УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ С ПОМОЩЬЮ НЕОРТОГОНАЛЬНОГО МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА С ФАЗОВЫМ ВРАЩЕНИЕМ В WI-FI СЕТЯХ

Настоящая полезная модель относится к устройствам передачи данных в нелизензируемом спектре.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ МОДЕЛИ
По мере роста количества устройств Wi-Fi возрастает необходимость увеличения эффективности передачи данных в сетях с устройствами различных поколений. Рабочая группа IEEE 802.11be нацелена на многократное увеличение пропускной способности и чрезвычайно низкие задержки в сетях Wi-Fi следующего поколения, которые будут после стандартов 802.11ac и 802.11ax. В дополнение к прямым подходам, таким как удвоение ширины канала до 320 МГц, увеличение порядка MIMO до 16 и повышение порядка фазового созвездия сигнально-кодовой конструкции (англ. modulation and coding scheme, MCS) до 4096, группа также рассматривает вопрос о повышении спектральной эффективности для нескольких передач пользователям, в которой задействованы устройства старых поколений. Одним из решений этого вопроса является неортогональный множественный доступ (англ.: Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA). Эта перспективная технология позволяет осуществлять несколько одновременных передач одним суперкадром, состоящим из множества простых кадров, каждый из которых имеет разную мощность и предназначен соответствующему пользователю. Кадр, обладающий наибольшей мощностью в суперкадре, называется опорным, в то время как все остальные кадры суперкадра называются вложенными. Используя NOMA, передатчик может рассылать несколько потоков данных различным приемникам параллельно с помощью суперкадров, используя одну антенну и те же частотно-временные ресурсы.
Тем не менее, прямой подход к мультиплексированию двух потомков данных, заключающийся в сложении сигналов разным пользователям с разными весовыми коэффициентами в частотном или временном пространстве обладает рядом недостатков, одним из которых является высокая чувствительность к ошибкам в оценке фазы принятого сигнала на принимающем устройстве, а также к ошибкам, возникающим при приеме сильно зашумленного сигнала.
Решением данной проблемы является отказ от использования классической модуляции всех вложенных кадров суперкадра. Вместо классических модуляций, описанных в стандарте IEEE 802.11, для фазового созвездия каждого вложенного кадра необходимо применять операции вращения и симметричного отображения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Некоторые варианты осуществления полезной модели описываются ниже со ссылками на прилагаемые фигуры.
Фигура 1 - схема предлагаемого мультиплексора.
Фигура 2 - диаграмма, описывающая принцип работы мультиплексора.
Фигура 3 - пример мультиплексирования OFDM сигналов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Аналогом данного технического решения является СПОСОБЫ И ТЕРМИНАЛЫ СВЯЗИ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ СЕТЕЙ СВЯЗИ МДКР (свидетельство на полезную модель RU 2272359 С2, заявка 2004117854/09 от 08.11.2002 г., опубликовано 20.03.2006 г., правообладатель МОТОРОЛА, ИНК. (US), авторы ОЛИВЕР Джон (US), МАЛЛЕТТ Александр (US), НГУЙЕН Мими (US)). Недостатками приведенного аналога являются его малые функциональные возможности и низкая устойчивость к помехам, вызванная методом мультиплексирования сигналов.
Целью данного технического решения является повышение устойчивости к помехам в канале передачи данных и, как следствие, повышение пропускной способности сети.
ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА
На фигуре 1 изображена пример схемы устройства для передачи сигналов с помощью неортогонального множественного доступа 100 для мультиплексирования двух потоков данных. Устройство состоит из генераторов данных 101 и 105, в которых происходит формирование кадра согласно стандарту IEEE 802.11 - к данным на передачу добавляется заголовок кадра и контрольная сумма. Генератор 105 соответствует генератору опорных кадров, в то время как генератор 101 соответствует генератору вложенных кадров. Также в модулях 101 и 105 происходит процедура помехоустойчивого кодирования информации. Из модулей 101 и 105 поток информации, представленный в битах, попадает в модуляторы 102 и 106 соответственно, где происходит трансляция битов на точки фазового созвездия, соответствующие выбранной MCS. Каждое значение точки фазового созвездия представляет собой синфазную и квадратурную составляющие сигнала (IQ), выраженные в виде комплексного числа, и для каждой MCS используется свое множество точек. Например, для наиболее надежной сигнально-кодовой конструкции (MCS0) используется двоичная фазовая манипуляция, в то время как для MCS2 используется квадратурная фазовая манипуляция.
После модулятора 102 IQ сигнал, соответствующий вложенному кадру, поступает в блок поворота фазы 103. Процедуру поворота фазы можно описать следующим уравнением:
1
10
jθ
x=xe,
10
1
где х - IQ сигнал до перед попаданием блок поворота фазы, х - IQ сигнал после блока поворота фазы, а θ - угол, на который совершается поворот созвездия. Для каждой пары значений MCS опорного кадра и вложенного кадра значение θ выбирается так, чтобы минимизировать вероятность ошибки при некорректной оценке фазы принятого сигнала. Например, если для передачи опорного кадра используется MCS0, а для передачи вложенного кадра используется MCS2, то после блока поворота фазы созвездие, соответствующее вложенному кадру, повернется на 90°.
После блока поворота 103 IQ сигнал, соответствующий вложенному кадру, поступает в блок симметричного отображения 104. Процедура симметричного отображения заключается в инвертировании мнимой и реальных частей комплексного числа, соответствующего IQ сигналу в зависимости от расположения сигнала. Блок симметричного отображения определяет номер строки и номер столбца, в котором расположено полученный IQ сигнал для заданного MCS и если номер столбца четный, то блок инвертирует действительную часть комплексного числа и, если номер строки четный, то инвертирует мнимую часть комплексного числа.
Фигура 2 иллюстрирует пример отображения при использовании квадратурной фазовой манипуляции для передачи как вложенного кадра, так и опорного кадра после выхода из мультиплексора и при повороте на θ=0°. Фазовое созвездие 201 соответствует мультиплексированному сигналу без процедуры симметричного отображения. Фазовое созвездие 202 соответствует мультиплексированному сигналу после применения симметричного отображения.
i
При попадании в мультиплексор IQ сигналы, принадлежащие опорному кадру и вложенным кадрам, умножаются на весовые коэффициенты G и складываются, образуя результирующий сигнал y. Для мультиплексирования двух сигналов результирующий сигнал y выглядит следующим образом.
1
1
2
2
y=Gx+Gx,
2
где х - IQ сигнал, соответствующий опорному кадру.
После мультиплексора IQ отсчеты попадают в блок обратного быстрого преобразования Фурье (БПФ) 108, где происходит преобразование сигнала из частотной области в временную. Далее в модуле вставки защитных интервалов 109 добавляется циклический префикс и после цифро-аналогового преобразователя 110 сигнал попадает в радио частотный блок 111 для трансляции в эфир сгенерированного сигнала.
ПРИМЕР
Рассмотрим пример работы устройства при мультиплексировании двух сигналов, использующих квадратурной фазовой манипуляции. Фигура 3 иллюстрирует результирующее созвездие в частотной области при повороте фазового созвездия вложенного кадра на θ=45°. Как видно из иллюстрации, вращению подвергается только созвездие вложенного кадра, в то время как созвездие опорного кадра не поворачивается, обеспечивая обратную совместимость разработанного устройства с уже существующими устройствами, поддерживающими стандарт IEEE 802.11, для отправки которым предназначен опорный кадр.