СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ПОТОКА ДАННЫХ И МОБИЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
DATA STREAM TRANSMISSION METHOD AND MOBILE STATION

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет по временной заявке US 61/244,126, поданной в Патентное ведомство США 21 сентября 2009 г., содержание которой вводится ссылкой в настоящую заявку.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение относится к системам беспроводной связи и, более конкретно, к способам и системам обеспечения разнесенной передачи и оценки канала в восходящей линии.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Системы беспроводной связи широко используются для обеспечения передачи различных типов контента, такого как голос, данные и другая информация. Это могут быть системы многостанционного доступа, обеспечивающие поддержку связи одновременно для многих беспроводных терминалов путем совместного использования имеющихся ресурсов передачи (например, частотных каналов и/или временных интервалов). Поскольку осуществляется совместное использование ресурсов связи, их эффективное распределение играет важную роль, поскольку оно влияет на коэффициент использования ресурсов передачи и качество услуг, получаемых пользователями индивидуальных терминалов. Одной из таких систем беспроводной связи является система многостанционного доступа с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDMA), в которой осуществляется одновременный доступ многих беспроводных терминалов с использованием мультиплексирования с ортогональным разделением частот (OFDM).
[0004] OFDM - это технология модуляции с использованием множества поднесущих частот, в которой общая полоса частот системы делится на много частотных подканалов с ортогональными сигналами, причем каждый подканал связан с соответствующей поднесущей частотой, которая может модулироваться данными. Поскольку сигналы подканалов ортогональны, то возможно некоторое перекрытие спектров подканалов, в результате чего повышается спектральная эффективность. В системах OFDM поток пользовательских данных делится на параллельные потоки с меньшей скоростью передачи и каждый такой субпоток модулирует отдельную поднесущую.
[0005] В системах OFDMA ресурс передачи находится в двух измерениях: частотные каналы и временные интервалы. Ресурсы определенного частотного канала могут включать непрерывные и/или прерывистые группы поднесущих.
[0006] Примеры систем связи OFDM включают (без ограничения): протоколы беспроводной связи, такие как протокол беспроводной локальной вычислительной сети (WLAN), определяемый стандартами Института по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE), протоколы 802.11a, b, g и n (далее "Wi-Fi"), протокол беспроводной городской сети широкополосного доступа, определяемый стандартами IEEE 802.16 (далее "WiMAX"), протокол сети мобильной широкополосной связи 3GPP LTE, в которой используется пакетный доступ OFDM с высокоскоростным радиоинтерфейсом (HSOPA), или развивающейся универсальной наземной сети UMTS радиодоступа (E-UTRA), протокол 3GPP2 мобильных систем широкополосного доступа (UMB), протокол цифрового радиовещания (DAB) для систем цифрового радиовещания, протокол гибридного цифрового радио (HD), протокол системы цифрового наземного телевизионного вещания (DVB-T), протоколы систем сотовой связи Flash-OFDM и т.п. Протоколы систем проводной связи, использующих технологию OFDM, включают асимметричную цифровую абонентскую линию (ADSL) и цифровую абонентскую линию широкополосного доступа с очень высокой пропускной способностью (VDSL), связь по линиям электропитания (PLC), включая широкополосную связь по таким линиям (BPL), а также домашние сети для передачи мультимедийной информации по коаксиальным линиям (МоСА).
[0007] Как правило, в системах OFDMA каждый терминал осуществляет связь с одной или несколькими базовыми станциями по нисходящей и восходящей линиям. Термин "нисходящая линия" (DL) относится к линии связи в направлении от базовых станций к терминалам, а термин "восходящая линия" (UL) относится к линии связи в направлении от терминалов к базовым станциям.
[0008] В стандартах 3GPP LTE определены следующие физические каналы:
- Нисходящая линия (DL)
- Физический вещательный канал (РВСН): в этом канале передается системная информация для пользовательских устройств (UE), которым нужен доступ в сеть.
- Физический нисходящий управляющий канал (PDCCH): основное назначение этого физического канала - передача информации планирования (диспетчеризации).
- Физический канал индикатора гибридного запроса на повторение (PHICH): этот канал используется для указания состояния гибридного запроса на повторение.
- Физический нисходящий совместный канал (PDSCH): этот канал используется для осуществления функций адресной передачи и вызовов.
- Физический канал группового вещания (РМСН): в этом физическом канале передается системная информация для целей группового вещания.
- Физический управляющий канал индикатора формата (PCFICH): этот канал обеспечивает информацию, позволяющую устройствам UE декодировать информацию канала PDSCH.
- Восходящая линия (UL)
- Физический восходящий управляющий канал (PUCCH): этот канал используется для передачи сигнализации пользователей от одного или нескольких устройств UE, которые могут передавать информацию в управляющем канале. Канал PUCCH используется для передачи в систему, например, подтверждений приема и запросов на повторную передачу, запросов порядка следования пакетов и информации качества канала, измеренного устройством UE.
- Физический восходящий совместный канал (PUSCH): этот канал используется для передачи пользовательских данных от одного или нескольких мобильных устройств, которые могут передавать информацию в совместном канале.
- Физический канал случайного доступа (PRACH): этот физический восходящий канал позволяет устройству UE передавать в случайном порядке запросы доступа, когда устройство UE пытается получить доступ в систему беспроводной связи.
[0009] Линии нисходящей и восходящей связи в беспроводной системе многостанционного доступа могут быть обеспечены с использованием одной передающей антенны и одной приемной антенны (один вход-один выход, SISO), с использованием нескольких передающих антенн и одной приемной антенны (много входов-один выход, MISO), с использованием одной передающей антенны и нескольких приемных антенн (один вход-много выходов, SIMO) или с использованием нескольких передающих антенн и нескольких приемных антенн (много входов-много выходов, MIMO).
[0010] В системе MIMO может использоваться разнесенная передача для борьбы с эффектом быстрых замираний за счет передачи потока данных через несколько разнесенных антенн по каналам, в которых возникают независимые друг от друга замирания. Схемы разнесенной передачи разделяются на разнесенную передачу с разомкнутым контуром (OLTD) и разнесенную передачу с замкнутым контуром (CLTD). В схеме OLTD обратная связь от приемника не требуется. В одном из вариантов схемы CLTD принимающая сторона имеет информацию о схеме передающих антенн и рассчитывает корректировки фазы и амплитуды, которые должны быть применены к передающим антеннам для обеспечения максимальной мощности сигнала, принимаемого приемником. В другом варианте схемы CLTD, который указывается как выборочная разнесенная передача (STD), приемник обеспечивает передающую сторону информацией обратной связи, которая указывает, какие антенны должны использоваться для передачи.
[0011] Примером схемы OLTD является схема пространственно-временной разнесенной передачи Аламоути 2×1. Схема пространственно-временной разнесенной передачи Аламоути 2×1 предусматривает передачу блочного кода 2×2 Аламоути с использованием двух передающих антенн, использующих либо два временных слота (то есть, разнесенная передача пространственно-временных блочных кодов (STBC)), либо две поднесущих частоты (то есть разнесенная передача пространственно-частотных блочных кодов (SFBC)).
[0012] Основной проблемой, связанной с модуляцией разделенной несущей в системах связи и, в частности, в системах связи с использованием OFDM, является высокая величина отношения пиковой мощности к средней мощности (PAPR), которая присуща передаваемому сигналу. Большие пики сигналов возникают в передаваемом сигнале, когда сигналы поднесущих складываются по фазе. Такие большие пиковые величины сигналов могут приводить к насыщению усилителя мощности в передатчике и, соответственно, к нелинейным искажениям передаваемого сигнала, что приводит к ухудшению характеристик, например к увеличению частоты битовых ошибок (BER) и к внеполосному излучению (расширение спектра). Эту проблему высоких величин отношения PAPR можно частично устранить в нисходящей линии за счет использования усовершенствованных усилителей мощности с расширенным динамическим диапазоном. Однако в случае передачи по восходящей линии такое решение трудно реализовать из-за ограничений, накладываемых пользовательскими устройствами (UE), прежде всего по соображениям цены и размеров.
[0013] В версии 8 стандарта E-UTRA (3GPP), в которой в пользовательском устройстве поддерживается только одна передающая антенна, для каналов PUCCH и PUSCH используются два разных способа, чтобы поддерживать как можно более низкую величину PAPR. Для канала PUCCH, в котором используется схема многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), ортогональные расширяющие коды рассчитывают таким образом, чтобы они обеспечивали сравнительно низкую величину PAPR на выходе блока ОДПФ (обратное дискретное преобразование Фурье) обработки сигнала в схеме OFDM. С другой стороны, для канала PUSCH принята схема многостанционного доступа с разделением частот и одной несущей (SC-FDMA) для снижения уровня PAPR по сравнению с OFDMA. Схема SC-FDMA модуляции и многостанционного доступа благодаря использованию в ней одной несущей имеет меньший уровень PAPR передаваемого сигнала по сравнению с OFDMA.
[0014] В улучшенном стандарте E-UTRA заложены повышенные пиковые скорости передачи данных (например, до 500 Мбит/с в восходящей линии). Системы MIMO представляют собой перспективную технологию для достижения таких высоких скоростей передачи данных. Если используется схема MIMO, то устройство UE может использовать схему OLTD для обеспечения указанных максимальных скоростей передачи данных с приемлемым уровнем коэффициента ошибок. Однако предлагаемым в настоящее время схемам OLTD присущи вышеуказанные проблемы, связанные с высоким уровнем PAPR, а также известная проблема непарных символов (orphan symbols). Например, пространственно-временные блочные коды (STBC) обеспечивают низкий уровень PAPR, однако в этом случае требуется четное число символов на слот, в то время как пространственно-частотные блочные коды (SFBC) работают с любым числом символом, однако в этом случае повышается уровень PAPR. Разнесение циклической задержки (CDD), другая возможная схема разнесенной передачи, позволяет поддерживать низкий уровень PAPR и работает с любым числом символов, однако основные функциональные характеристики, которые она обеспечивает, хуже характеристик, обеспечиваемых кодированием STBC и SFBC.
[0015] Другая проблема, связанная с MIMO, относится к оценке восходящего канала. Опорные сигналы (RS) в восходящем канале для систем LTE могут быть разбиты на три широких класса: опорные сигналы для демодуляции сигналов канала PUSCH, опорные сигналы для демодуляции сигналов канала PUCCH и опорные сигналы для измерения качества восходящего канала. В настоящее время для определенных форматов PUCCH в системах LTE символы опорных сигналов внутри каждого слота отделены друг от друга. Это разделение опорных сигналов негативно сказывается при низких величинах отношения сигнал/шум, поскольку качество интерполяции при низких величинах отношения сигнал/шум ухудшается. Эффективным решением является назначение каждому устройству UE двух ортогональных последовательностей, так что оценка канала для каждой антенны может быть выполнена так же, как и в случае одной антенны. Однако такое решение влечет потери ресурсов (ортогональные последовательности), которые в противном случае могли бы использоваться для поддержки большего количества устройств UE. Кроме того, это решение приводит к дополнительным затратам в форме передачи служебной информации для информирования устройств UE о выборе дополнительной последовательности.
[0016] Существует потребность в улучшенных схемах разнесенной передачи для восходящей линии. Также существует потребность в улучшенных схемах оценки канала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] В настоящем изобретении предлагается способ передачи потока данных передающим устройством в системе беспроводной связи с использованием схемы "много входов-много выходов" (MIMO), в которой передающее устройство содержит группу передающих антенн. Способ включает: применение к потоку данных дискретного преобразования Фурье (ДПФ) для формирования множества последовательностей символов; попарное объединение символов первой последовательности символов из указанного множества последовательностей символов с символами второй последовательности символов из указанного множества последовательностей для формирования множества пар символов, причем в результате операции попарного объединения возникает лишний (непарный) символ; применение к парам символов пространственно-временного блочного кодирования (STBC) для формирования групп STBC-символов, каждая из которых связана с соответствующей антенной из группы антенн; применение операции разнесения циклической задержки (CDD) к непарному символу для формирования множества CDD-символов, каждый из которых связан с соответствующей антенной из группы антенн; и передачу через каждую из антенн соответствующей группы STBC-символов и соответствующего CDD-символа.
[0018] В настоящем изобретении также предлагается мобильная станция, содержащая контроллер и группу передающих антенн, причем мобильная станция обеспечивает передачу потока данных в системе беспроводной связи с использованием схемы "много входов-много выходов" (MIMO). Контроллер обеспечивает: применение к потоку данных дискретного преобразования Фурье (ДПФ) для формирования множества последовательностей символов; попарное объединение символов первой последовательности символов из указанного множества последовательностей символов с символами второй последовательности символов из указанного множества последовательностей для формирования множества пар символов, причем в результате операции попарного объединения возникает лишний (непарный) символ; применение к парам символов пространственно-временного блочного кодирования (STBC) для формирования групп STBC-символов, каждая из которых связана с соответствующей антенной из группы антенн; применение операции разнесения циклической задержки (CDD) к непарному символу для формирования множества CDD-символов, каждый из которых связан с соответствующей антенной из группы антенн; и передачу через каждую из антенн соответствующей группы STBC-символов и соответствующего CDD-символа.
[0019] Другие особенности и признаки настоящего изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники после ознакомления с нижеприведенным описанием конкретных вариантов осуществления изобретения вместе с прилагаемыми фигурами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0020] На фигурах иллюстрируются варианты осуществления изобретения, которые являются всего лишь примерами.
[0021] Фигура 1 - общая схема системы сотовой связи.
[0022] Фигура 2 - блок-схема базовой станции, которая может быть использована для осуществления некоторых вариантов настоящего изобретения.
[0023] Фигура 3 - блок-схема мобильного терминала, который может быть использован для осуществления некоторых вариантов настоящего изобретения.
[0024] Фигура 4 - блок-схема ретрансляционной станции, которая может быть использована для осуществления некоторых вариантов настоящего изобретения.
[0025] Фигура 5 - логическая блок-схема OFDM-передатчика, который может быть использован для осуществления некоторых вариантов настоящего изобретения.
[0026] Фигура 6 - логическая блок-схема OFDM-приемника, который может быть использован для осуществления некоторых вариантов настоящего изобретения;
[0027] Фигура 7А - блок-схема SC-FDMA-передатчика.
[0028] Фигура 7В - блок-схема SC-FDMA-приемника.
[0029] Фигура 8 - вариант схемы пространственно-временного блочного кодирования (STBC).
[0030] Фигура 9 - один из вариантов схемы опорных сигналов, которая может использоваться для поддержки оценки канала.
[0031] Фигура 10 - другой вариант схемы опорных сигналов, которая может использоваться для поддержки оценки канала.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0032] На прилагаемых фигурах одинаковые элементы указываются одинаковыми ссылочными обозначениями. На фигуре 1 показан контроллер (BSC) 10 базовых станций, который управляет беспроводной связью внутри сот 12, обслуживаемых соответствующими базовыми станциями (BS) 14. В некоторых конфигурациях каждая сота дополнительно разделена на секторы 13 или зоны (не показаны). В общем случае каждая базовая станция 14 обеспечивает связь, используя модуляцию OFDM, с мобильными терминалами 16, находящимися в пределах соты 12, связанной с соответствующей базовой станцией 14. Перемещения мобильных терминалов 16 относительно базовых станций 14 приводит к значительным флуктуациям состояния канала. Как показано на фигуре 1, базовые станции 14 и мобильные терминалы 16 имеют по несколько антенн, обеспечивающих пространственное разнесение для осуществления связи. Как это описывается ниже более подробно, связь между базовыми станциями 14 и мобильными терминалами 16 может обеспечиваться с помощью ретрансляционных станций 15. Мобильные терминалы 16 в области 18 могут передаваться из любой соты 12, сектора 13, зоны (не показана), от любой базовой станции 14 или ретрансляционной станции 15 в другую соту 12, сектор 13, зону (не показана), к любой базовой станции 14 или ретрансляционной станции 15. В некоторых конфигурациях базовые станции 14 обмениваются информацией между собой и с другой сетью (такой, как базовая сеть или сеть Интернет, не показаны) по транзитной сети 11. В некоторых конфигурациях контроллер 10 базовых станций не используется.
[0033] На фигуре 2 приведена схема одного из вариантов базовой станции 14. Базовая станция 14 в общем случае содержит систему 20 управления, процессор 22 основной полосы частот, схемы 24 радиопередающего тракта, схемы 26 радиоприемного тракта, антенны 28 и сетевой интерфейс 30. Схемы 26 радиоприемного тракта осуществляют прием несущих информацию радиочастотных сигналов, передаваемых одним или несколькими удаленными передатчиками мобильных терминалов 16 (см. фигуру 3) и ретрансляционных станций 15 (см. фигуру 4). Усилитель с низким уровнем шумов и фильтр (не показаны) обеспечивают усиление сигнала и исключение из него широкополосных помех. После этого схемы преобразования сигнала с понижением частоты и оцифровки (не показаны) преобразуют принятый отфильтрованный сигнал в сигнал на промежуточной или основной частоте, который затем преобразуется в цифровую форму с формированием одного или нескольких потоков цифровой информации.
[0034] Процессор 22 основной полосы частот обрабатывает принятый оцифрованный сигнал для извлечения информации или бит данных, переносимых принятым сигналом. Эта обработка обычно включает демодуляцию, декодирование и коррекцию ошибок. Процессор 22 основной полосы частот обычно реализуется на одном или нескольких цифровых сигнальных процессорах или на специализированных интегральных схемах. Затем принятая информация передается по беспроводной сети через сетевой интерфейс 30 или передается на другой мобильный терминал 16, обслуживаемый базовой станцией 14, напрямую или через ретранслятор 15.
[0035] На передающей стороне процессор 22 основной полосы частот принимает оцифрованные данные, которые могут представлять собой голос, данные или информацию управления, из сетевого интерфейса 30 под управлением системы 20 управления и кодирует данные для передачи. Закодированные данные передаются в схемы 24 радиопередающего тракта, где они модулируют один или несколько несущих сигналов, имеющих необходимую частоту или частоты передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированные сигналы несущей частоты до уровня, подходящего для передачи, и через согласующие схемы (не показаны) направляет модулированные сигналы несущей частоты в антенны 28. Процессы модуляции и обработки описываются ниже более подробно.
[0036] На фигуре 3 представлена схема одного из вариантов мобильного терминала 16. Так же, как и базовая станция 14, мобильный терминал 16 содержит систему 32 управления, процессор 34 основной полосы частот, схемы 36 радиопередающего тракта, схемы 38 радиоприемного тракта, антенны 40 и схемы 42 интерфейса пользователя. Схемы 38 радиоприемного тракта осуществляют прием несущих информацию радиочастотных сигналов, передаваемых одной или несколькими базовыми станциями 14 и ретрансляторами 15. Усилитель с низким уровнем шумов и фильтр (не показаны) обеспечивают усиление сигнала и исключение из него широкополосных помех. После этого схемы преобразования сигнала с понижением частоты и оцифровки (не показаны) преобразуют принятый отфильтрованный сигнал в сигнал на промежуточной или основной частоте, который затем преобразуется в цифровую форму с формированием одного или нескольких потоков цифровой информации.
[0037] Процессор 34 основной полосы частот обрабатывает принятый оцифрованный сигнал для извлечения информации или бит данных, переносимых принятым сигналом. Эта обработка обычно включает демодуляцию, декодирование и коррекцию ошибок. Процессор 34 основной полосы частот обычно реализуется на одном или нескольких цифровых сигнальных процессорах и на специализированных интегральных схемах.
[0038] Для осуществления передачи информации процессор 34 основной полосы частот принимает из системы 32 управления оцифрованные данные, которые могут представлять собой голос, данные или информацию управления, и кодирует эти данные для передачи. Закодированные данные передаются в схемы 36 радиопередающего тракта, где они используются модулятором для модуляции одного или нескольких несущих сигналов, имеющих необходимую частоту или частоты передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированные сигналы несущей частоты до уровня, подходящего для передачи, и через согласующие схемы (не показаны) направляет модулированные сигналы несущей частоты в антенны 40. Специалистам в данной области техники известны различные технологии модуляции и обработки, которые используются для передачи сигналов между мобильным терминалом и базовой станцией, либо напрямую, либо через ретрансляционную станцию.
[0039] При использовании модуляции OFDM полоса передачи делится на множество ортогональных несущих частот. Каждая несущая частота модулируется цифровыми данными, которые должны быть переданы. Поскольку при модуляции OFDM осуществляется разбиение полосы передачи на множество несущих частот, то ширина полосы частот для каждой несущей частоты уменьшается и время модуляции для нее увеличивается. Поскольку все несущие передаются параллельно, то скорость передачи для цифровых данных или символов на некоторой заданной несущей частоте ниже, чем в случае одной несущей.
[0040] При модуляции OFDM используется обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ) информации, которая должна быть передана. При демодуляции осуществляется быстрое преобразование Фурье принятого сигнала (БПФ), обеспечивающее извлечение переданной информации. На практике ОБПФ и БПФ осуществляются с использованием цифровой обработки сигнала, при которой выполняется обратное дискретное преобразование Фурье (ОДПФ) и дискретное преобразование Фурье (ДПФ) соответственно. Соответственно, характерной особенностью модуляции OFDM является формирование ортогональных сигналов поднесущих частот для множества полос в канале передачи. Модулированные сигналы представляют собой цифровые данные, имеющие сравнительно низкую скорость передачи и способные находиться в пределах своих соответствующих частотных полос. Отдельные несущие частоты не модулируются непосредственно цифровыми сигналами. Вместо этого все несущие частоты модулируются сигналами с выхода функционального блока ОБПФ.
[0041] В одном из вариантов схема OFDM предпочтительно используется по меньшей мере для нисходящей передачи от базовых станций 14 на мобильные терминалы 16. Каждая базовая станция 14 имеет "n" передающих антенн 28 (n>1), и каждый мобильный терминал 16 имеет "m" приемных антенн 40 (m>1). Причем следует иметь в виду, что в принципе и передающие, и приемные антенны могут использоваться как для приема, так и для передачи с использованием соответствующих антенных переключателей.
[0042] Когда используются ретрансляционные станции 15, для нисходящей передачи от базовых станций 14 на ретрансляторы 15 и далее на мобильные терминалы 16 предпочтительно используется схема OFDM.
[0043] Так же, как и базовая станция 14 и мобильный терминал 16, ретрансляционная станция 15 содержит систему 132 управления, процессор 134 основной полосы частот, схемы 136 радиопередающего тракта, схемы 138 радиоприемного тракта, антенны 130 и схемы 142 модуля ретрансляции. Схемы 142 модуля ретрансляции обеспечивают ретранслятору 15 возможность осуществления связи между базовой станцией 14 и мобильными терминалами 16. Схемы 138 радиоприемного тракта осуществляют прием несущих информацию радиочастотных сигналов, передаваемых одной или несколькими базовыми станциями 14 и мобильными терминалами 16. Усилитель с низким уровнем шумов и фильтр (не показаны) обеспечивают усиление сигнала и исключение из него широкополосных помех. После этого схемы преобразования сигнала с понижением частоты и оцифровки (не показаны) преобразуют принятый отфильтрованный сигнал в сигнал на промежуточной или основной частоте, который затем преобразуется в цифровую форму с формированием одного или нескольких потоков цифровой информации.
[0044] Процессор 134 основной полосы частот обрабатывает принятый оцифрованный сигнал для извлечения информации или бит данных, переносимых принятым сигналом. Эта обработка обычно включает демодуляцию, декодирование и коррекцию ошибок. Процессор 134 основной полосы частот обычно реализуется на одном или нескольких цифровых сигнальных процессорах и на специализированных интегральных схемах.
[0045] Для осуществления передачи информации процессор 134 основной полосы частот принимает оцифрованные данные, которые могут представлять собой голос, данные или информацию управления, из системы 132 управления и кодирует эти данные для передачи. Закодированные данные передаются в схемы 136 радиопередающего тракта, где они используются модулятором для модуляции одного или нескольких несущих сигналов, имеющих необходимую частоту или частоты передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированные сигналы несущей частоты до уровня, подходящего для передачи, и через согласующие схемы (не показаны) направляет модулированные сигналы несущей частоты в антенны 130. Как это уже указывалось, специалистам в данной области техники известны различные технологии модуляции и обработки, которые используются для передачи сигналов между мобильным терминалом и базовой станцией, либо напрямую, либо через ретрансляционную станцию.
[0046] Ниже со ссылками на фигуру 5 описывается логическая архитектура процесса передачи при использовании схемы OFDM. Сначала контроллер 10 базовых станций передает на базовую станцию 14 данные, которые должны быть переданы на мобильные терминалы 16, либо напрямую, либо через ретрансляционную станцию 15. Как это будет описано ниже более подробно, базовая станция 14 использует индикаторы качества канала (CQI), связанные с мобильными терминалами, для планирования данных для передачи, а также для выбора подходящих схем кодирования и модуляции для передачи запланированных данных. Индикаторы CQI могут быть получены непосредственно от мобильных терминалов 16 или могут быть определены на базовой станции 14 по получаемой от них информации. В любом случае индикатор CQI для каждого мобильного терминала 16 может быть, например, функцией отношения сигнал/помеха (SIR), а также может определяться степенью изменения амплитуды сигнала в канале в полосе частот OFDM.
[0047] Запланированные данные 44, представляющие собой поток бит, скремблируются с помощью функционального блока 46 скремблирования таким образом, чтобы снизить величину отношения пиковой и средней мощностей, связанных с данными. Для скремблированных данных определяется циклический контрольный код (CRC), который добавляется к скремблированным данным с помощью функционального блока 48 добавления кода CRC. После этого выполняется канальное кодирование с помощью функционального блока 50 канального кодирования для эффективного введения избыточности в данные, чтобы обеспечить обнаружение и исправление ошибок в мобильном терминале 16. Как это будет описано ниже более подробно, канальное кодирование для конкретного мобильного терминала 16 осуществляется в зависимости от величины параметра CQI, связанного с этим мобильным терминалом. В некоторых вариантах функциональный блок 50 канального кодирования использует известную схему турбокодирования. После этого закодированные данные обрабатываются с помощью функционального блока 52 согласования скорости передачи данных для компенсации увеличения объема данных, связанного с кодированием.
[0048] Для перемежения битов в закодированных данных используется функциональный блок 54 перемежения для минимизации потерь идущих подряд бит данных. Полученная последовательность бит данных упорядоченным образом отображается функциональным блоком 56 отображения в соответствующие символы, определяемые выбранной модуляцией в основной полосе частот. Предпочтительно используется квадратурная амплитудная модуляция (QAM) или квадратурная фазовая модуляция (QPSK). Как это будет описано ниже более подробно, глубина модуляции выбирается в зависимости от индикатора CQI, полученного для определенного мобильного терминала. Символы могут быть упорядоченным образом перегруппированы с помощью функционального блока 58 перемежения символов для дальнейшего повышения устойчивости передаваемого сигнала к периодическим потерям данных, вызываемым частотно-селективными замираниями (федингом).
[0049] На этой стадии группы бит отображены в символы, представляющие точки в диаграмме амплитуд и фаз сигналов (созвездие). Когда необходимо пространственное разнесение, блоки символов обрабатываются дополнительно с помощью функционального блока 60 кодирования для получения пространственно-временных блочных кодов (STC), в результате чего передаваемые сигналы становятся более устойчивыми к помехам, и при этом упрощается их декодирование в мобильном терминале 16. Функциональный блок 60 STC-кодирования будет обрабатывать входные символы для получения "n" выходных сигналов, соответствующих количеству передающих антенн 28 базовой станции 14. Система 20 управления и/или процессор 22 основной полосы частот, как это было описано со ссылками на фигуру 2, будут обеспечивать сигнал управления отображением для управления процессом STC-кодирования. На этой стадии символы для "n" выходов представляют данные, которые должны быть переданы и которые могут быть извлечены в мобильном терминале 16.
[0050] Для рассматриваемого варианта принимается, что базовая станция 14 имеет две антенны 28 (n=2) и функциональный блок 60 STC-кодирования обеспечивает два выходных потока символов. Соответственно, каждый из потоков символов, формируемых функциональным блоком 60 STC-кодирования, направляется в соответствующие процессоры 62 ОБПФ, показанные отдельно для лучшего понимания. Специалистам в данной области техники будет понятно, что для обеспечения такой цифровой обработки сигналов может использоваться один или несколько процессоров, по отдельности или в сочетании с другими процессорами, рассмотренными в настоящем описании. Процессоры 62 ОБПФ предпочтительно будут обрабатывать соответствующие символы для осуществления в отношении них обратного преобразования Фурье. На выходе процессоров 62 ОБПФ обеспечиваются символы во временной области. Символы группируются во временной области в кадры, которые связываются с префиксом с помощью функционального блока 64 введения префиксов. Каждый полученный сигнал преобразуется с переносом его на более высокую промежуточную частоту и затем преобразуется в аналоговый сигнал с помощью соответствующих схем 66 повышения частоты (DUC) и цифроаналогового преобразования (D/A). Затем одновременно осуществляется модуляция полученными аналоговыми сигналами требуемой радиочастоты, усиление и передача через схемы 68 ВЧ-тракта и антенны 28. Следует отметить, что между поднесущими распределяются пилот-сигналы (опорные сигналы), известные мобильному терминалу 16, предполагаемому получателю информации. Мобильный терминал 16, который далее будет описан более подробно, будет использовать эти пилот-сигналы для оценки качества канала.
[0051] На фигуре 6 иллюстрируется прием переданных сигналов мобильным терминалом 16, либо напрямую от базовой станции 14, либо через ретранслятор 15. После получения переданных сигналов каждой из антенн 40 мобильного терминала 16 эти сигналы демодулируются и усиливаются соответствующими схемами 70 ВЧ-тракта. В интересах краткости и ясности изложения на фигуре 6 показан только один из двух приемных трактов. Схемы 72 аналого-цифрового преобразования (A/D) и преобразования (понижения) частоты осуществляют оцифровку и преобразование полученного аналогового сигнала для цифровой обработки. Полученный цифровой сигнал может использоваться схемами 74 автоматической регулировки усиления для управления усилением схем 70 ВЧ-тракта в зависимости от уровня принятого сигнала.
[0052] Сначала цифровой сигнал подается на вход функционального блока 76 синхронизации, который содержит функциональный блок 78 грубой синхронизации, обеспечивающий буферизацию нескольких символов OFDM и вычисление автокорреляционной функции двух последовательных символов OFDM. Полученный указатель времени, соответствующий максимуму вычисленной корреляции, задает временное окно для точной синхронизации, которое используется функциональным блоком 80 точной синхронизации для определения точного начального положения кадра на основе заголовков. Выходная информация функционального блока 80 точной синхронизации обеспечивает получение кадра функциональным блоком 84 выравнивания кадра. Надлежащее выравнивание кадра важно, чтобы последующая обработка с использованием БПФ обеспечивала точное преобразование из временной области в частотную область. Алгоритм точной синхронизации основан на корреляции между принятыми пилот-сигналами, содержащимися в заголовках, и локальной копией известной информации пилот-сигналов. После выравнивания кадра префикс символа OFDM удаляется функциональным блоком 86 удаления префиксов и полученные совокупности символов направляются в функциональный блок 88 коррекции смещения частоты, которая осуществляет компенсацию системного сдвига частоты, связанного с отсутствием синхронизации местных генераторов передатчика и приемника. В предпочтительных вариантах функциональный блок 76 синхронизации содержит логическую схему 82 оценки сдвигов частоты и времени, которая использует заголовки для оценки влияния этих сдвигов на переданный сигнал и передает эти оценки в функциональный блок 88 коррекции для надлежащей обработки символов OFDM.
[0053] На этой стадии символы OFDM во временной области уже готовы для преобразования в частотную область с помощью функционального блока 90, осуществляющего БПФ. В результате преобразования получают символы в частотной области, которые подаются на вход функционального блока 92 обработки. Функциональный блок 92 обработки обеспечивает извлечение распределенного пилот-сигнала с помощью схемы 94 извлечения распределенного пилот-сигнала, затем на основе извлеченного пилот-сигнала с помощью функционального блока 96 осуществляет оценку канала и обеспечивает частотные характеристики канала для всех поднесущих частот с использованием функционального блока 98 реконструкции канала. Чтобы определить частотную характеристику канала для каждой поднесущей частоты, пилот-сигнал представляет собой множество пилот-символов, распределенных по символам данных, передаваемым на OFDM-поднесущих, по известной схеме, как во временной, так и в частотной областях. В функциональном блоке 92 обработки осуществляется сравнение принятых пилот-символов с пилот-символами, рассчитанными для определенных поднесущих в определенных временных интервалах, для определения частотной характеристики канала для поднесущих, на которых были переданы эти пилот-символы. При этом осуществляется интерполяция для оценки частотной характеристики канала для большинства, если не для всех, из остающихся поднесущих частот, для которых не обеспечиваются пилот-символы. Действительные и интерполированные отклики канала используются для оценки общей частотной характеристики канала, которая включает отклики канала для большей части, если не для всех, поднесущих в OFDM-канале.
[0054] Символы в частотной области и информация реконструкции канала, которые получают из частотных характеристик канала для каждого тракта приема сигнала, подаются на вход STC-декодера 100, который осуществляет STC-декодирование в обоих приемных трактах для восстановления переданных символов. Реконструкция канала обеспечивает STC-декодер 100 информацией для коррекции частотной характеристики, достаточной для устранения искажений, вносимых каналом передачи, при обработке соответствующих символов в частотной области. В контексте настоящего изобретения ретрансляционная станция может действовать как другая базовая станция или как терминал.
[0055] Функциональный блок 102 обратного перемежения, логика работы которого соответствует логике работы функционального блока 58 перемежения символов передатчика, восстанавливает порядок следования извлеченных символов. Затем функциональный блок 104 обратного отображения осуществляет демодулирование или обратное отображение полученной последовательности символов. После этого функциональный блок 106 обратного перемежения бит, логика работы которого соответствует логике работы функционального блока 54 передатчика, осуществляющего перемежение бит, восстанавливает исходный порядок следования бит. Полученная последовательность бит обрабатывается функциональным блоком 108 обратной коррекции скорости передачи данных и подается на вход декодера 110 канала для восстановления скремблированных данных и контрольной суммы CRC. Соответственно, функциональный блок 112 удаляет контрольную сумму CRC, обычным образом проверяет скремблированные данные и подает их в функциональный блок 114 дескремблирования, который осуществляет дешифрование с использованием известного кода дескремблирования базовой станции для получения исходных данных 116.
[0056] Параллельно с восстановлением данных 116 определяется и передается на базовую станцию 14 индикатор CQI или по меньшей мере информация, достаточная для определения на базовой станции 14 индикатора CQI. Как уже отмечалось, величина индикатора CQI может определяться отношением мощности сигнала к помехе (SIR), а также степенью изменения частотной характеристики канала для различных поднесущих частот в полосе частот OFDM. Во втором случае для определения степени изменения отклика канала в полосе частот OFDM будет использоваться усиление канала для каждой поднесущей частоты для передачи информации, сравниваемой для различных поднесущих частот. Хотя существуют различные способы измерения степени изменения отклика канала, однако используется способ вычисления стандартного отклонения усиления канала для каждой поднесущей частоты в полосе частот OFDM, используемой для передачи данных.
[0057] На фигурах 1-6 представлен конкретный пример системы связи, которая может использоваться для реализации в ней вариантов настоящего изобретения. Следует понимать, что варианты настоящего изобретения могут быть реализованы в системах связи, архитектура которых отличается от архитектуры этого конкретного примера, но при этом они работают в соответствии с реализацией вариантов, как это указывается в настоящем описании.
[0058] В одном из вариантов система связи, иллюстрируемая на фигурах 1-6, соответствует требованиям стандартов 3GPP LTE, и в ней используется схема многостанционного доступа с разделением частот и одной несущей (SC-FDMA) для передач в восходящей линии связи от мобильного устройства 16 в ретрансляционную станцию 15 или базовую станцию 14.
[0059] На фигурах 7А и 7В иллюстрируются основные стадии обработки сигналов соответственно в передатчике и приемнике для канала SC-FDMA. Как показано на фигурах 7А и 7В, схема SC-FDMA может рассматриваться как схема OFDMA с предварительным кодированием с использованием дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Во всем процессе обработки при передаче и приеме сигналов по схемам SC-FDMA и OFDMA имеется несколько сходных моментов. Эти общие моменты OFDMA и SC-FDMA связаны с передающими схемами 702 OFDMA и приемными схемами 704 OFDMA и будут понятны специалистам в данной области техники после ознакомления с настоящим описанием. Схема SC-FDMA четко отличается от схемы OFDMA предварительным кодированием 703 модулированных символов с использованием ДПФ и соответствующим преобразованием 705 ОДПФ демодулированных символов. В связи с этим предварительным кодированием модулирование поднесущих частот SC-FDMA не будет независимым, как в случае поднесущих OFDMA. В результате отношение PAPR для сигналов SC-FDMA ниже отношения PAPR для сигналов OFDMA.
[0060] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения разнесенная передача пространственно-временных блочных кодов (STBC) используется как схема OLTD путем подачи определенной последовательности в блок 60 STC-кодирования на схеме фигуры 5 (например, для каналов PUSCH и PUCCH). Более конкретно, в случае канала PUSCH для пар символов из двух последовательных слотов может использоваться кодирование STBC. Если символы характеризуются низким уровнем PAPR, то кодирование STBC сохраняет этот низкий уровень. Если после формирования пар символов возникает непарный символ ("лишний" символ), то он может быть передан с использованием схемы разнесения циклической задержки (CDD) с большой задержкой. Эта задержка может составлять, например, четверть цикла или три четверти цикла. Задержка упрощает реализацию без ухудшения основных функциональных характеристик. Кроме того, задержка делает систему CDD эквивалентной системе MIMO с предварительным кодированием за счет обеспечения разнесения по частоте, если условия распространения сигнала в канале изменяются во времени. Книга кодовых комбинаций может иметь размер 4, как это уже принято для систем MIMO с замкнутым контуром в линиях нисходящей связи. Такой подход эквивалентен схеме переходов в матрице предварительного кодирования (РМН), когда матрица предварительного кодирования изменяется от одной записи в книге кодовых комбинаций к другой записи.
[0061] Для канала PUCCH может использоваться STBC-кодирование пар символов из двух ортогональных последовательностей. В канале PUCCH число символов в каждом подкадре четное. Однако в некоторых случаях число символов в каждом слоте будет нечетным. В таких случаях последний символ слота 0 может быть спарен с первым символом слота 1.
Поскольку два слота находятся в разных полосах частот, для этих символов может использоваться приемник с минимальной среднеквадратической ошибкой.
[0062] На фигуре 8 иллюстрируется кодирование STBC, применяемой к парам символов из двух идущих подряд последовательностей с низким уровнем PAPR, так что этот низкий уровень сохраняется. Если два спаренных STBC-символа из разных слотов передаются в разных полосах частот в связи с перескоком частоты между слотами, то может использоваться приемник с минимальной среднеквадратической ошибкой. В противном случае может использоваться декодер Аламоути. Например, форматы 2/2а/2b канала PUCCH могут иметь нечетное число символов в каждом слоте и четное число символов в каждом подкадре.
[0063] В тех случаях, когда число символов в каждом подкадре нечетное, в результате спаривания символов остается один непарный символ, указываемый также как лишний символ. Для лишнего символа может использоваться разнесенная передача CDD. Например, для канала PUSCH один символ второго слота выделяется для опорного сигнала измерений.
[0064] Предлагается использовать циклический сдвиг (CS) CDD, равный четверти или трем четвертям символа OFDM или SC-FDMA (CS=N/4 или CS=3N/4) для упрощения реализации и улучшения основных функциональных характеристик. Как было указано, при CS=N/4 или CS=3N/4 схема CDD может считаться эквивалентной схеме переходов в матрице предварительного кодирования (РМН) в направлении частоты и в следующем порядке:
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mn>1</mn></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>−</mo><mi>j</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>j</mi></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mn>1</mn></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>j</mi></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>−</mo><mi>j</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
или
[0065] Вышеупомянутые книги кодовых комбинаций уже приняты для систем MIMO с замкнутым контуром в линиях нисходящей связи. Схема РМН может быть реализована достаточно просто и работает так же или даже лучше по сравнению со схемой CDD с другими величинами CS.
[0066] Для оценки канала PUCCH при одновременной передаче несколькими антеннами для передачи опорного сигнала (RS) может использоваться двухуровневая схема мультиплексирования с кодовым разделением сигналов (CDM), в которой первый уровень разделяет устройства UE (аналогично поддержке только одной передающей антенны) и второй уровень разделяет антенны. Например, когда используются две передающие антенны и два сообщения RS на один слот, обе антенны передают одно и то же сообщение RS. Однако блок из четырех RS (во времени и в пространстве) кодируется кодом Адамара. Предпочтительно только каждому устройству UE в каждый момент времени назначается только одна последовательность. Для улучшения характеристик такой схемы сообщения RS могут передаваться в середине каждого слота для снижения действия помех, приводящих к появлению ошибок в кодовых комбинациях.
[0067] На фигуре 9 иллюстрируется схема расположения двух сообщений RS в одном слоте (например, для канала PUCCH с нормальным циклическим префиксом (CP) в системе LTE для форматов 2, 2а и 2b). Могут передаваться сообщения RS, закодированные кодом Адамара, причем обе антенны используют одну и ту же ортогональную последовательность в заданном слоте. Сообщения RS кодируются кодом Адамара во времени и пространстве внутри каждого слота: RS1 - обе антенны Тх.1 и Тх.2 передают последовательность S1; RS2 - передающая антенна Тх.1 передает последовательность S1, а передающая антенна Тх.2 передает последовательность - S1.
[0068] На фигуре 10 иллюстрируется другая схема расположения двух сообщений RS в одном слоте. Как уже указывалось, для двухуровневой схемы CDM, используемой для передачи сообщений RS, они могут быть расположены рядом друг с другом в середине слота, как показано на фигуре 10. В одном из вариантов для канала PUCCH с нормальным CP для форматов 2/2а/2b символы 3 и 4 могут использоваться для сообщений RS в слоте 0 и символы 2 и 3 могут использоваться для сообщений RS в слоте 1. Можно будет понять, что данный подход позволяет подавить действие помех, приводящих к появлению ошибок в кодовых комбинациях, и улучшить основные функциональные характеристики.
[0069] Предпочтительно предложенная передача сообщений RS по двухуровневой схеме CDM обеспечивает эффективную оценку канала для схемы CDM MIMO. Может осуществляться мультиплексирование того же числа устройств UE, как и в случае одной антенны, и исключается необходимость в изменении существующей схемы назначения последовательности сообщений RS. Кроме того, поскольку используется взаимно однозначное соответствие между режимом передачи в восходящей линии и схемой формирования/отображения последовательности сообщений RS, то исключается необходимость во введении дополнительного бита сигнализации. Как уже отмечалось, предлагаемое расположение сообщение RS позволяет при использовании передачи сообщений RS по двухуровневой схеме CDM обеспечить улучшение функциональных характеристик за счет подавления действия помех, приводящих к появлению ошибок в кодовых комбинациях.
[0070] Другие модификации будут очевидны специалистам в данной области техники, и поэтому объем изобретения определяется прилагаемой формулой.