СПОСОБ И АППАРАТУРА ДЛЯ АСИНХРОННОГО OFDMA/SC-FDMA
METHOD AND APPARATUS FOR ASYNCHRONOUS OFDMA/SC-FDMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2420-537706RU/085
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает преимущество приоритета согласно заявке на патент США N 14/231,217, поданной 31 марта 2014 года, озаглавленной «Method and Apparatus for Asynchronous OFDMS/SC-FDMA», содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники
Настоящее раскрытие в целом направлено на асинхронную связь в системе беспроводной связи.
Уровень техники
Системы с множественным доступом с ортогональным частотным разделением (OFDMA)/с множественным доступом с частотным разделением с одной несущей частотой (SC-FDMA) преобладают в настоящее время. Как правило, в системе OFDMA каждому из сигналов нескольких различных пользователей (т.е. лиц, которые желают осуществлять связь через систему связи) будет назначена одна или более уникальных поднесущих. Каждая поднесущая генерируется и передается таким образом, который позволяет всем поднесущим быть переданными одновременно, не создавая помех друг другу. Поэтому независимые потоки информации могут быть модулированы на каждой поднесущей, с помощью чего каждая такая поднесущая может переносить независимую информацию от передатчика к одному или более приемникам.
Обычные системы OFDMA/SC-FDMA используют прямоугольную форму импульса, т.е. функцию sinc по частоте, которая имеет высокие боковые лепестки. В результате существуют жесткие требования к синхронизации, чтобы обеспечить ортогональность. Сигнализация с временным опережением требуется для синхронного множественного доступа, вызывающее служебные расходы. Эти служебные расходы увеличиваются с числом передатчиков, что является предметом внимания в таких приложениях, как осуществление связи между машинами, где множество машин осуществляют связь с базовой станцией. Более того, OFDMA/SC-FDMA является высокочувствительным к несоответствию сдвига несущей частоты (CFO) между различными электронными устройствами.
Одним способом избежать вышеуказанных проблем является использование мультиплексирования с ортогональным частотным разделением/квадратурной амплитудной модуляции со сдвигом, которое стало актуальным в обществе беспроводной связи в последнее время. Однако использование OFDM/OQAM имеет такие проблемы, как отношение пикового к среднему уровню мощности (PAPR), множественный вход - множественный выход (MIMO) передачи и хвостовые части временной области.
Поэтому желательно было бы суметь предоставить систему, которая обладает достоинствами OFDMA/SC-FDMA в качестве ее основной формы волны и при этом предлагает возможность асинхронной связи.
Сущность изобретения
Согласно одному варианту осуществления предлагается способ передачи данных в системе беспроводной связи. Способ содержит генерацию сигнала, соответствующую блокам ресурсов, назначенных на электронное устройство. Способ содержит фильтрацию сигнала, которая соответствует блокам ресурсов, назначенных на электронное устройство, с помощью фильтра, формирующего спектр, для уменьшения излучения бокового лепестка в соседней полосе частот, чтобы сформировать отфильтрованный сигнал. Способ содержит передачу отфильтрованного сигнала приемнику в системе связи во временном интервале, предоставленном планировщиком, связанным с приемником, причем временной интервал независимо задан по отношению к другим электронным устройствам, осуществляющим связь с приемником.
В другом варианте осуществления предоставляется электронное устройство для передачи данных в системе беспроводной связи. Электронное устройство содержит модулятор, выполненный с возможностью генерировать сигнал, соответствующий блокам ресурсов, назначенных на электронное устройство. Электронное устройство содержит фильтр, формирующий спектр, выполненный с возможностью фильтровать сигнал, который соответствует блокам ресурсов, назначенных на электронное устройство, для уменьшения излучения бокового лепестка в соседней полосе частот, чтобы сформировать отфильтрованный сигнал. Электронное устройство содержит передатчик, выполненный с возможностью передавать отфильтрованный сигнал приемнику в системе связи во временном интервале, предоставленном планировщиком, связанным с приемником, причем временной интервал независимо задан по отношению к другим электронным устройствам, осуществляющим связь с приемником.
В другом варианте осуществления предоставляется способ приема передачи данных в системе беспроводной связи. Способ содержит прием сигнала, соответствующий множеству модулированных сигналов, причем каждый из упомянутого множества модулированных сигналов соответствует уникальному электронному устройству. Способ содержит фильтрацию принятого сигнала с помощью множества фильтров, каждый из которых согласован с соответствующим фильтром в соответствующем электронном устройстве, чтобы получить отфильтрованный сигнал для соответствующего электронного устройства. Способ содержит выполнение операции быстрого преобразования Фурье (FFT) в отношении отфильтрованного сигнала, чтобы получить демодулированные данные, соответствующие соответствующему электронному устройству.
В другом варианте осуществления предоставлена аппаратура для приема передачи данных в системе беспроводной связи. Аппаратура содержит по меньшей мере одно устройство обработки, выполненное с возможностью принимать сигнал, соответствующий множеству модулированных сигналов, причем каждый из упомянутого множества модулированных сигналов соответствует уникальному электронному устройству. Упомянутое по меньшей мере одно устройство обработки выполнено с возможностью фильтровать принятый сигнал с помощью множества фильтров, каждый из которых согласован с соответствующим фильтром в соответствующем электронном устройстве, чтобы получить отфильтрованный сигнал для соответствующего электронного устройства. Упомянутое по меньшей мере одно устройство обработки выполнено с возможностью выполнять операцию быстрого преобразования Фурье (FFT) в отношении отфильтрованного сигнала, чтобы получить демодулированные данные, соответствующие соответствующему электронному устройству.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания настоящего раскрытия, а также его преимуществ сделаны ссылки на нижеследующие описания, принятые к рассмотрению вместе с прилагаемыми чертежами, в которых одинаковые цифры обозначают одинаковые объекты и в которых:
Фиг. 1 иллюстрирует пример системы связи для асинхронной связи согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 2А и 2В иллюстрируют пример устройств, которые могут реализовать асинхронную связь согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 3 иллюстрирует пример топологии или системы для реализации асинхронной связи согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 4 иллюстрирует эффект понижающей дискретизации в отношении спектра полосового сигнала;
Фиг. 5 иллюстрирует пример топологии или системы для реализации асинхронной связи согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 6 иллюстрирует пример топологии или системы для реализации асинхронной связи согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 7-9 иллюстрируют кривые BLER для разных модуляций по сравнению с синхронным OFDMA;
Фиг. 10 иллюстрирует блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ функционирования электронного устройства согласно одному варианту осуществления; и
Фиг. 11 иллюстрирует блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ функционирования приемника согласно одному варианту осуществления.
Подробное описание
Фиг. 1 иллюстрирует пример системы 100 связи. В целом, система 100 позволяет множественным беспроводным или проводным пользователям передавать и принимать данные и другую информацию. Система 100 может реализовать один или более способов доступа к каналу, таких, как множественный доступ с кодовым разделением (CDMA), множественный доступ с временным разделением (TDMA), множественный доступ с частотным разделением (FDMA), ортогональный FDMA (OFDMA) или множественный доступ с частотным разделением с одной несущей частотой (SC-FDMA).
В этом примере система 100 связи включает в себя электронные устройства (ED) 110а-110с, сети 120а-120b радиодоступа (RANs), основную сеть 130, коммутируемую телефонную сеть 140 общего пользования (PSTN), Интернет 150 и другие сети 160. Хотя некоторое число этих компонентов или элементов показано на Фиг. 1, любое число этих компонентов или элементов может быть включено в систему 100.
Устройства ED 110а-110с выполнены с возможностью функционировать и/или осуществлять связь в системе 100. Например, устройства ED 110а-110с выполнены с возможностью передавать и/или принимать через беспроводные или проводные каналы связи. Каждое ED 110a-110c представляет собой любое подходящее конечное устройство пользователя и может включать в себя такие устройства (или могут относиться к), как оборудование/устройство пользователя (UE), беспроводной блок передачи/приема (WTRU), мобильная станция, стационарный или мобильный блок абонента, сотовый телефон, персональный цифровой помощник (PDA), смартфон, ноутбук, компьютер, сенсорный планшет, беспроводной датчик или устройство бытовой техники.
Сети RAN 120а-120b здесь включают в себя базовые станции 170a-170b соответственно. Каждая базовая станция 170a-170b выполнена с возможностью беспроводного соединения с одним или более устройствами ED 110a-110c, чтобы обеспечить доступ к основной сети 130, к PSTN 140, в Интернет 150 и/или в другие сети 160. Например, базовые станции 170a-170b могут включать в себя (или быть) одну или более из нескольких широкоизвестных устройств, таких, как базовая приемопередающая станция (BTS), Узел В (NodeB), усовершенствованная базовая станция (eNodeB), домашний NodeB, домашний eNodeB, контроллер узла, точка доступа (AP) или беспроводной маршрутизатор. Устройства ED 110a-110c выполнены с возможностью соединения и осуществления связи с помощью Интернета 150 и могут получить доступ к основной сети 130, PSTN 140 и/или другим сетям 160.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, базовая станция 170а формирует часть RAN 120a, которая может включать в себя другие базовые станции, элементы и/или устройства. Кроме того, базовая станция 170b формирует часть RAN 120b, которая может включать в себя другие базовые станции, элементы и/или устройства. Каждая базовая станция 170a-170b функционирует, чтобы передавать и/или принимать беспроводные сигналы в пределах конкретной географической области или зоны, которые иногда называют «сотой». В некоторых вариантах осуществления технология множественный вход - множественный выход (MIMO) может применяться при наличии нескольких приемопередатчиков для каждой соты.
Базовые станции 170a-170b осуществляют связь с одним или более устройствами ED 110a-110c через один или более воздушных (радио) интерфейсов 190, используя линии беспроводной связи. Радиоинтерфейсы 190 могут применять любую подходящую технологию радиодоступа.
Предполагается, что система 100 может использовать функциональные возможности многоканального доступа, включая такие схемы, как описано выше. В конкретных вариантах осуществления базовые станции и устройства ED реализуют LTE, LTE-A и/или LTE-B. Конечно, другие схемы множественного доступа и беспроводные протоколы могут быть применены.
Сети RAN 120a-120b имеют связь с основной сетью 130, чтобы предоставлять устройствам ED 110a-110c голосовую передачу, передачу данных, приложений, голосовую связь по Интернет- протоколу (VoIP) или другие услуги. Понятно, что сети RAN 120a-120b и/или основная сеть 130 может иметь прямую или непрямую связь с одной или более другими сетями RAN (не показано). Основная сеть 130 может также служить в качестве доступа шлюза для других сетей (таких, как PSTN 140, Интернет 150 и других сетей 160). Кроме того, некоторые или все устройства ED 110a-110c могут включать в себя функциональные возможности для осуществления связи с различными беспроводными сетями через различные беспроводные линии, используя различные беспроводные технологии и/или протоколы. Вместо беспроводной связи (или в дополнение к ней) устройства ED могут осуществлять связь через проводные каналы связи с поставщиком услуг или коммутатором (не показан) и с Интернетом 150.
Несмотря на то, что Фиг. 1 иллюстрирует один пример системы связи, разные изменения могут быть сделаны к Фиг. 1. Например, система 100 связи может включать в себя любое число устройств ED, базовых станций, сетей или других компонентов в любой подходящей конфигурации.
Фиг. 2А и 2В иллюстрируют пример устройств, которые могут реализовывать способы и принципы согласно настоящему раскрытию. В частности, Фиг. 2А иллюстрирует пример ED 110, а Фиг. 2В иллюстрирует пример базовой станции 170. Эти компоненты могут быть использованы в системе 100 или в любой подходящей системе.
Как показано на Фиг. 2А, ED 110 включает в себя по меньшей мере один блок 200 обработки. Блок 200 обработки реализует разные операции обработки ED 110. Например, блок 200 обработки может выполнять кодирование сигнала, обработку данных, управление питанием, обработку ввода/вывода или любые другие функциональные возможности, позволяющие ED 110 функционировать в системе 100. Блок 200 обработки также поддерживает способы и принципы, описанные более подробно выше. Каждый блок 200 обработки включает в себя любое подходящее устройство обработки или вычисления, выполненное с возможностью выполнять одну или более операций. Каждый блок 200 обработки может, например, включать в себя микропроцессор, микроконтроллер, цифровой сигнальный процессор, программируемую пользователем вентильную матрицу или применение специфической интегральной схемы.
ED 110 также включает в себя по меньшей мере один приемопередатчик 202. Приемопередатчик 202 выполнен с возможностью модулировать данные или другую информацию для передачи  с помощью по меньшей мере одной антенны или NIC (контроллер сетевого интерфейса) 204. Приемопередатчик 202 также выполнен с возможностью демодулировать данные или другую информацию, принятую  с помощью по меньшей мере одной антенны 204. Каждый приемопередатчик 202 включает в себя любую подходящую структуру для генерации сигналов для беспроводной или проводной передачи и/или обработки сигналов, принятых беспроводным способом или с помощью проводов. Каждая антенна 204 включает в себя любую подходящую структуру для передачи и/или приема беспроводных или проводных сигналов. Один или множественные приемопередатчики 202 могут быть использованы в ED 110, и одна или множественные антенн 204 могут быть использованы в ED 110. Несмотря на то, что приемопередатчик 202 показан как одиночный функциональный блок, он может также быть реализован, используя по меньшей мере один передатчик и по меньшей мере один отдельный приемник.
ED 110 дополнительно включает в себя один или более устройств 206 ввода/вывода или интерфейсов (таких, как проводной интерфейс к Интернет 150). Устройства 206 ввода/вывода способствуют взаимодействию с пользователем или другими устройствами (сетевые коммуникации) в сети. Каждое устройство 206 ввода/вывода включает в себя любую подходящую структуру для предоставления информации к или приема/предоставления информации от пользователя, такого, как динамик, микрофон, кнопочная панель, клавиатура, дисплей или сенсорный экран, включая сетевой интерфейс связи.
Кроме того, ED 110 включает в себя по меньшей мере одну память 208. Память 208 хранит инструкции и данные, используемые, сгенерированные или собранные посредством ED 110. Например, память 208 может хранить программные или программно-аппаратные инструкции, выполняемые блоком(и) 200 обработки, и данные, используемые для уменьшения или исключения помех в поступающих сигналах. Каждая память 208 включает любое подходящее энергозависимое и/или энергонезависимое хранилище и поисковое(ые) устройство(а). Любой подходящий тип памяти может быть использован как память с произвольной выборкой (RAM), память только для чтения (ROM), жесткий диск, оптический диск, карта модуля идентификации абонента (SIM), флеш-карта, защищенная цифровая карта памяти (SD) и тому подобное.
Как показано на Фиг. 2В, базовая станция 170 включает в себя по меньшей мере один блок 250 обработки по меньшей мере один передатчик 252 по меньшей мере один приемник 254, одну или более антенн 256 по меньшей мере одну память 258 и одно или более устройств ввода/вывода или интерфейсов 266. Планировщик 253, который будет понятен специалисту в данной области техники, соединен с блоком 250 обработки. Планировщик 253 может быть включен в состав или функционировать отдельно от базовой станции 170. Блок 250 обработки реализует разные операции обработки базовой станции 170, такие как кодирование сигнала, обработку данных, управление питанием, обработку ввода/вывода или любые другие функциональные возможности. Блок 250 обработки может также поддерживать способы и принципы, описанные более подробно выше. Каждый блок 250 обработки включает в себя любое подходящее устройство обработки или вычисления, выполненное с возможностью выполнять одну или более операций. Каждый блок 250 обработки может, например, включать в себя микропроцессор, микроконтроллер, цифровой сигнальный процессор, программируемую пользователем вентильную матрицу или специфическую интегральную схему.
Каждый передатчик 252 включает в себя любую подходящую структуру для генерации сигналов для беспроводной или проводной передачи одному или более устройствам ED или другим устройствам. Каждый приемник 254 включает в себя любую подходящую структуру для обработки сигналов, принятых беспроводным способом или с помощью проводов от одного или более устройств ED или других устройств. Несмотря на то, что по меньшей мере один передатчик 252 и по меньшей мере один приемник 254 показаны как отдельные компоненты, они могут быть скомбинированы в приемопередатчик. Каждая антенна 256 включает в себя любую подходящую структуру для передачи и/или приема беспроводных или проводных сигналов. Хотя общая антенна 256 показана здесь соединенной и с передатчиком 252 и приемником 254, одна или более антенн 256 может быть соединена с передатчиком(ами) 252, и одна или более отдельных антенн 256 могут быть соединены с приемником(ами) 254. Каждая память 258 включает в себя любое подходящее энергозависимое и/или энергонезависимое хранилище и устройство(а) извлечения. Каждое устройство 266 ввода/вывода способствует взаимодействию с пользователем или другими устройствами (сетевые коммуникации) в сети. Каждое устройство 266 ввода/вывода включает в себя любую подходящую структуру для предоставления информации к или приему/предоставлению информации от пользователя, включая в себя коммуникации по сетевому интерфейсу.
Дополнительные подробности, касающиеся устройств ED 110 и базовых станций 170, известны специалистам в данной области техники. По этой причине эти подробности опущены здесь для упрощения.
Фиг. 3 иллюстрирует пример топологии или системы 300 для беспроводной передачи данных согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Система 300 содержит множество электронных устройств (ED) 302 до 303 (например, ED #1 до ED #K) и по меньшей мере один приемник 320. В некоторых вариантах осуществления каждое электронное устройство 302, 303 могут содержать электронное устройство 110 Фиг. 1, и приемник 320 может содержать базовую станцию 170 Фиг. 1. Методики, описанные здесь, могут быть использованы для асинхронной системы, в которой приемник принимает асинхронную суперпозицию сигналов устройств ED. Эти методики могут также быть использованы для синхронных систем, в которых приемник принимает синхронную суперпозицию сигналов устройств ED.
Каждое ED 302, 303 содержит соответствующий модулятор 306, 307 OFDM, выполненный с возможностью принимать соответствующие данные 304, 305 и соответствующий фильтр 308, 309, формирующий спектр. Данные 304, 305 могут быть последовательностью данных модуляции, и модуляторы 306, 307 OFDM включают в себя блоки обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT). Модуляторы 306, 307 OFDM могут также включать в себя соответствующие генераторы циклического префикса (CP) (не показаны).
В процессе функционирования каждый ED 302, 303 генерирует свой модулированный сигнал (который является результатом операции IFFT в отношении последовательности данных модуляции), соответствующий его назначенным блокам ресурсов. Блок ресурсов представляет собой набор элементов ресурсов. Каждый элемент ресурсов соответствует специфической поднесущей в конкретном символе OFDM. Например, блок ресурсов в LTE определяется как набор 12×14=168 элементов ресурсов (например, 12 следующих друг за другом поднесущих в 14 следующих друг за другом символах OFDM). Сигнал может быть сигналом OFDM, сигналом DFTS-OFDM или другим сигналом. В дальнейшем каждое ED 302, 303 проводит свой сигнал OFDM через свой соответствующим образом сконструированный фильтр 308, 309, формирующий спектр для того, чтобы исключить излучение бокового лепестка на соседние электронные устройства по частоте. Специалисту в данной области техники будет понятно, что несмотря на то, что ссылки сделаны, чтобы исключить боковой лепесток, описанные способы и системы будут также применяться, если фильтр уменьшает или сильно ослабляет боковые лепестки. Фильтрация делает сигнал каждого ED локализированным по частоте. Устройства ED назначают рядом друг с другом по частоте так, чтобы каждый сигнал после фильтрации локализировался на некотором уровне таким образом, чтобы сумма помех, которые устройства ED вызывают друг для друга, являлась незначительной.
Для иллюстрации, фильтр 308, формирующий спектр, расположен в центре на назначенных блоках ресурсов ED #1, его ширина полосы равна полной ширине блоков ресурсов, назначенных на ED #1, и временная длительность равен половине символа OFDM. Аналогично, фильтр 309, формирующий спектр, расположен в центре на назначенных блоках ресурсов ED #K, его ширина полосы равна полной ширине блоков ресурсов, назначенных на ED #K, и временная длительность равнан половине символа OFDM.
Фильтры 308, 309, формирующие спектр, обладают свойством исключения излучения острого бокового лепестка так, что электронные устройства 302, 303 не вызывают помехи друг для друга во время асинхронной передачи. В качестве иллюстративного примера, фильтр 308, формирующий спектр, может быть фильтром с конечной импульсной характеристикой (FIR) или другим подходящим фильтром.
Каждое ED 302, 303 начинает передачу в любое время - нет нужды синхронизироваться с другими устройствами ED. Тем не менее, приемнику 320 необходимо знать, когда совершается передача.
Модулированные сигналы, передаваемые каждым из устройств ED 302, 303, проходят через каналы связи и принимаются на приемнике 320 и комбинируются так, что приемник 320 принимает комбинированный сигнал 310. Как проиллюстрировано, принятый сигнал 310 проходит через цепочки К операций, соответствующих K устройствам ED 302, 303. Выход каждой цепочки (например, 334, 335) представляет собой демодулированную последовательность соответствующего ED.
i
*
Для иллюстрации, операция приемника i-й цепочки включает в себя фильтрацию, где принятый сигнал 310 проходит через фильтр h(-n), который согласован с соответствующим фильтром, используемым в ED #i. Роль этой согласованной фильтрации двояка: во-первых, он отвергает вклад других устройств ED из сигнала 310. Это обеспечивает, что приемник OFDM (т.е. последующий блок FFT в цепочке) не захватывает какие-либо помехи от соседствующих устройств ED. Во-вторых, согласованная фильтрация увеличивает принятое отношение сигнал-шум от ED #i.
1
K
*
*
Например, операция приемника первой цепочки включает в себя фильтрацию, где принятый сигнал 310 проходит через фильтр 322 h(-n), который является согласованным с фильтром 308, используемым в ED #1 302. Аналогичным образом операция приемника К-й цепочки включает в себя фильтрацию, где принятый сигнал 310 проходит через фильтр 323 h(-n), который согласован с фильтром 309, используемым в ED #K 303.
i
i
i
i
*
Операция приемника i-й цепочки включает в себя синхронизацию по времени на каждое ED, которая выполняется в блоке синхронизации по времени. Например, на выходе фильтрации, описанной выше, функциональное окно сдвигается установленным образом, чтобы быть синхронизированным по времени с соответствующим ED. Подходящий сдвиг по времени включает в себя задержку ED #i вместе с суммарной задержкой комплектного фильтра g(n)h(n)*h(-n), т.е. задержка его самого сильного отвода, которая является, как правило, его средним отводом. Начальные и конечные хвостовые части сигнала благодаря комплектному (сквозному) фильтру g(n) отсекаются.
1
1
1
K
K
K
*
*
Для иллюстрации, операция приемника первой цепочки включает в себя синхронизацию по времени, которая выполняется в блоке 324 синхронизации по времени. На выходе фильтра 322 компенсированный по задержке сигнал получается путем сдвига функционального окна установленным образом, чтобы быть синхронизированным по времени с соответствующим ED (например, ED #1 302). Подходящий сдвиг по времени включает в себя задержку ED #1 302 вместе с суммарной задержкой комплектного фильтра g(n)h(n)*h(-n). Компенсированный по задержке сигнал затем разделяется на символы OFDM, и циклический префикс (CP) удаляется из каждого принятого символа OFDM блоком 326 удаления циклического префикса. Аналогично, операция приемника К-й цепочки включает в себя синхронизацию по времени, которая выполняется в блоке 325 синхронизации по времени. На выходе фильтра 323 компенсированный по задержке сигнал получается путем сдвига функционального окна установленным образом, чтобы быть синхронизированным по времени с соответствующим ED (например, ED #K 303). Подходящий сдвиг по времени включает в себя задержку ED #K 303 вместе с суммарной задержкой комплектного фильтра g(n)h(n)*h(-n). Компенсированный по задержке сигнал затем разделяется на символы OFDM, и циклический префикс (CP) удаляется из каждого принятого символа OFDM блоком 327 удаления циклического префикса.
i
i
2
i
i
i
i
[log
M
]
Операция приемника i-й цепочки включает в себя понижающую дискретизацию, которая выполняется в блоке понижающей дискретизации. Например, каждый символ OFDM подвергается понижающей дискретизации с коэффициентом N/N, где N является размером быстрого преобразования Фурье (FFT) каждого символа OFDM ED и N2, где Mявляется числом поднесущих, назначенных на ED #i. Поэтому каждый результирующий символ OFDM имеет Nдискретов. Понижающая дискретизация делается ради снижения сложности приемника. Коэффициент понижающей дискретизации выбирается так, чтобы удовлетворить критерию дискретизации Найквиста для реконструкции с ограничением 2 в степени N, чтобы обеспечить последующее FFT.
Например, операция приемника первой цепочки включает в себя понижающую дискретизацию, которая выполняется в блоке 328 понижающей дискретизации. Аналогично операция приемника К-й цепочки включает в себя понижающую дискретизацию, которая выполняется в блоке 329 понижающей дискретизации.
i
1
K
Операция приемника i-й цепочки включает в себя масштабирование, чтобы учесть эффект понижающей дискретизации, и масштабированный сигнал проходит через блок FFT точки N (например, «короткий» FFT) для преобразования каждого символа в частотную область. Например, операция приемника первой цепочки включает в себя масштабирование сигнала с понижающей дискретизацией, для учета эффекта понижающей дискретизации, и масштабированный сигнал проходит через блок 330 FFT точки N. Аналогичным образом операция приемника К-й цепочки включает в себя масштабирование сигнала с понижающей дискретизацией, для учета эффекта понижающей дискретизации, и он проходит через блок 331 FFT точки N.
Операция приемника i-й цепочки включает в себя циклический сдвиг поднесущей, который выполняется в блоке циклического сдвига поднесущей, для принятия во внимание понижающей дискретизации полосовых сигналов. Например, операция приемника первой цепочки включает в себя циклический сдвиг поднесущей, который выполняется в блоке 332 циклического сдвига поднесущей. Аналогично операция приемника К-й цепочки включает в себя циклический сдвиг поднесущей, который выполняется в блоке 333 циклического сдвига поднесущей. Выход каждой цепочки (например, 334, 335) представляет собой демодулированную последовательность соответствующего ED.
Несмотря на то, что Фиг. 3 иллюстрирует один пример системы 300 для беспроводной передачи данных согласно варианту осуществления настоящего раскрытия, разные изменения могут быть сделаны для Фиг. 3. Например, разные компоненты на Фиг. 3 могут быть скомбинированы, дополнительно подразделены, перемещены или опущены, а вспомогательные компоненты могут быть добавлены согласно конкретным нуждам. Также, система 300 может включать в себя любое число каждого компонента, показанного на Фиг. 3.
s
s
Фиг. 4 иллюстрирует эффект понижающей дискретизации в отношении спектра полосового сигнала, где спектр полосового сигнала проиллюстрирован на 402. Полосовой сигнал, повторяющийся по частоте 1/T, проиллюстрирован на 404. Как проиллюстрировано на 406, спектр сигнала с понижающей дискретизацией с частотой дискретизации 1/T может быть циклически сдвинутой версией исходного спектра в зависимости от спектра, занимаемого полосовым сигналом и частотой понижающей дискретизации. Роль циклического сдвига поднесущей, проиллюстрированного на Фиг. 3, состоит в том, чтобы компенсировать этот эффект, так как сигнал OFDM ED #i на Фиг. 3 является полосовым, как правило.
s
Несмотря на то, что Фиг. 4 иллюстрирует один пример эффекта понижающей дискретизации в отношении спектра полосового сигнала, разные изменения могут быть сделаны на Фиг. 4. Например, спектр полосового сигнала и частота дискретизации 1/Tпредназначены только для иллюстрации.
Фиг. 5 иллюстрирует другой пример топологии или системы 500 для беспроводной передачи данных согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Система 500 содержит множество электронных устройств 302 до 303 (например, ED #1 до ED #K) Фиг. 3 и по меньшей мере один приемник 520. Различия между этим примером и примером, проиллюстрированном на Фиг. 3, состоят в том, что в этом примере нет понижающей дискретизации, нет короткого FFT и нет циклического сдвига поднесущей. Вместо этого полноразмерное FFT выполняется на каждом ED.
Модулированные сигналы, передаваемые устройствами ED 302, 303, комбинированы так, что приемник 520 принимает комбинированный сигнал 310. Как проиллюстрировано, принятый сигнал 310 проходит через К цепочек операций, соответствующих K устройствам ED 302, 303. Выход каждой цепочки представляет собой демодулированную последовательность соответствующего ED (e.g., 534, 535).
i
1
K
*
*
*
Для иллюстрации, операция приемника i-й цепочки включает в себя фильтрацию, где принятый сигнал 310 проходит через фильтр h(-n), который согласован с соответствующим фильтром, используемым в ED #i. Например, операция приемника первой цепочки включает в себя фильтрацию, где принятый сигнал 310 проходит через фильтр 522 h(-n), который согласован с фильтром 308, используемым в ED #1 302. Аналогично, операция приемника К-й цепочки включает в себя фильтрацию, где принятый сигнал 310 проходит через фильтр 523 h(-n), который согласован с фильтром 309, используемым в ED #K 303.
1
1
1
*
Операция приемника i-й цепочки включает в себя синхронизацию по времени каждого ED, которая выполняется в блоке синхронизации по времени. Например, на выходе фильтрации, описанной выше, функциональное окно сдвигается установленным образом, чтобы быть синхронизированным по времени с соответствующим ED. Для иллюстрации, операция приемника первой цепочки включает в себя синхронизацию по времени, которая выполняется в блоке 524 синхронизации по времени. На выходе фильтра 522 компенсированный по задержке сигнал получается путем сдвига функционального окна установленным образом, чтобы быть синхронизированным по времени с соответствующим ED (например, ED #1 302). Подходящий сдвиг по времени включает в себя задержку ED #1 302 вместе с суммарной задержкой комплектного фильтра g(n)h(n)*h(-n). Компенсированный по задержке сигнал затем подразделяется на символы OFDM, и циклический префикс (CP) удаляется из каждого принятого символа OFDM блоком 526 удаления циклического префикса.
K
K
K
*
Аналогично операция приемника К-й цепочки включает в себя синхронизацию по времени, которая выполняется блоком 525 синхронизации по времени. На выходе фильтра 523 компенсированный по задержке сигнал получается путем сдвига функционального окна установленным образом, чтобы быть синхронизированным по времени с соответствующим ED (например, ED #K 303). Подходящий сдвиг по времени включает в себя задержку ED #K 303 вместе с суммарной задержкой комплектного фильтра g(n)h(n)*h(-n). Компенсированный по задержке сигнал затем подразделяется на символы OFDM, и циклический префикс (CP) удаляется из каждого принятого символа OFDM блоком 527 удаления циклического префикса.
Операция приемника i-й цепочки включает в себя полноразмерное FFT, выполненное на каждом ED в блоке FFT для преобразования каждого символа в частотную область. Например, операция приемника первой цепочки включает в себя выполнение полноразмерного FFT в блоке 530 FFT после того, как циклический префикс удален. Аналогично операция приемника К-й цепочки включает в себя полноразмерное FFT в блоке 531 FFT, после того как циклический префикс удален. Выход каждой цепочки (например, 534, 535) представляет собой демодулированную последовательность соответствующего ED.
Несмотря на то, что Фиг. 5 иллюстрирует один пример системы 500 для беспроводной передачи данных согласно варианту осуществления настоящего раскрытия, разные изменения могут быть сделаны для Фиг. 5. Например, разные компоненты на Фиг. 5 могут быть скомбинированы, дополнительно подразделены, перемещены или опущены, и вспомогательные компоненты могут быть добавлены согласно конкретным нуждам. Также система 500 может включать любое число каждого компонента, показанного на Фиг. 5.
Фиг. 6 иллюстрирует другой пример топологии или системы 600 для беспроводной передачи данных согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Система 600 содержит множество электронных устройств 302 до 303 (например, ED #1 до ED #K) Фиг. 3 и по меньшей мере один приемник 620. Различия между этим примером и примером, представленным на Фиг. 5, состоят в том, что в этом примере есть только одиночное полноразмерное FFT, выполняемое в приемнике 620.
Модулированные сигналы, передаваемые устройствами ED 302, 303, комбинированы так, что приемник 620 принимает комбинированный сигнал 310. Как проиллюстрировано, принятый сигнал 310 проходит через К цепочек работ, соответствующих К устройствам ED 302, 303. Выход каждой цепочки представляет собой демодулированную последовательность соответствующего ED (например, 634, 635).
i
i
K
*
*
*
Для иллюстрации, операция приемника в i-ой цепочке включает в себя фильтрацию, где принятый сигнал 310 проходит через фильтр h(-n), который согласован с соответствующим фильтром, используемым в ED #i. Например, операция приемника в первой цепочке включает в себя фильтрацию, где принятый сигнал 310 проходит через фильтр 622 h(-n), который согласован с фильтром 308, используемым в ED #1 302. Аналогично операция приемника К-й цепочки включает в себя фильтрацию, где принятый сигнал 310 проходит через фильтр 623 h(-n), который согласован с фильтром 309, используемым в ED #K 303.
1
1
1
*
Операция приемника i-й цепочки включает в себя синхронизацию по времени для каждого ED, которая выполняется в блоке синхронизации по времени. Например, на выходе фильтрации, описанной выше, функциональное окно сдвигается установленным образом, чтобы быть синхронизированным по времени с соответствующим ED. Для иллюстрации, операция приемника первой цепочки включает в себя синхронизацию по времени, которая выполняется в блоке 624 синхронизации по времени. На выходе фильтра 622 компенсированный по задержке сигнал получается путем сдвига функционального окна установленным образом, чтобы быть синхронизированным по времени с соответствующим ED (например, ED #1 302). Подходящий сдвиг по времени включает в себя задержку ED #1 302 вместе с суммарной задержкой комплектного фильтра g(n)h(n)*h(-n). Компенсированный по задержке сигнал затем подразделяется на символы OFDM, и циклический префикс (CP) удаляется из каждого принятого символа OFDM блоком 626 удаления циклического префикса.
K
K
K
*
Аналогично, операция приемника К-й цепочки включает в себя синхронизацию по времени, которая выполняется в блоке 625 синхронизации по времени. На выходе фильтра 623 компенсированный по задержке сигнал получается путем сдвига функционального окна установленным образом, чтобы быть синхронизированным по времени с соответствующим ED (например, ED #K 303). Подходящий временной сдвиг включает в себя задержку ED #K 303 вместе с суммарной задержкой комплектного фильтра g(n)h(n)*h(-n). Компенсированный по задержке сигнал затем подразделяется на символы OFDM, и циклический префикс (CP) удаляется из каждого принятого символа OFDM блоком 627 удаления циклического префикса. Выходы блоков 626, 627 удаления циклических префиксов суммируются для формирования комбинированного выхода 628.
Операция приемника включает в себя одиночное полноразмерное FFT, выполняемое в блоке FFT для преобразования каждого символа в частотную область. Например, операция приемника первой цепочки включает в себя выполнение одиночного полноразмерного FFT в отношении комбинированного символа удаленного циклического префикса в блоке 630 FFT. Аналогично операция приемника К-й цепочки включает в себя выполнение одиночного полноразмерного FFT в отношении комбинированного символа удаленного циклического префикса в блоке 630 FFT. Выход каждой цепочки (например, 634, 635) представляет собой демодулированную последовательность соответствующего ED.
Несмотря на то, что Фиг. 6 иллюстрирует один пример системы 600 для беспроводной передачи данных согласно варианту осуществления настоящего раскрытия, разные изменения могут быть сделаны на Фиг. 6. Например, разные компоненты на Фиг. 6 могут быть комбинированы, дополнительно подразделены, перемещены, опущены, и вспомогательные компоненты могут быть добавлены согласно конкретным нуждам. Также, система 600 может включать в себя любое число каждого компонента, показанного на Фиг. 6.
Фиг. 7-9 иллюстрируют кривые частоты блоков с ошибками (BLER) для разных модуляций, используя предлагаемую систему асинхронного OFDMA/SC-FDMA по сравнению с использованием синхронного OFDMA. Фиг. 7 иллюстрирует выполнение BLER предлагаемой системы асинхронного OFDMA/SC-FDMA с квадратурной манипуляцией с фазовым сдвигом (QPSK) и частотой прямой коррекции ошибок (FEC) ½ по каналу с аддитивным белым Гауссовским шумом (AWGN). Как проиллюстрировано на Фиг. 7, асинхронный OFDMA показывает по сути такую же производительность, как и синхронный OFDMA для QPSK.
Фиг. 8 иллюстрирует производительность BLER предлагаемой системы асинхронного OFDMA/SC-FDMA с 16QAM и частотой FEC ½ по каналу с AWGN. Как проиллюстрировано, потеря производительности составляет менее чем 0,05 дБ для 16QAM.
Фиг. 9 иллюстрирует производительность BLER предлагаемой системы асинхронного OFDMA/SC-FDMA с 64QAM и частотой FEC ½ по каналу с AWGN. Как проиллюстрировано на Фиг. 9, потеря производительности составляет менее чем 0,2 дБ для 64QAM.
i
i
При определении результатов, проиллюстрированных на Фиг. 7-9, система асинхронного OFDMA с восходящей линией связи была смоделирована при использовании предлагаемой схемы в сценарии, где три устройства ED осуществляют связь с приемником. Три блока ресурсов были назначены на каждое ED, и одна защитная поднесущая была сохранена между каждой парой ED, которые являются соседними по частоте. Фильтр FIR был использован с временной длительностью T/2, где Т является длительностью символа OFDM без CP. Размер FFT ED был N=1024, а размеры FFT приемника были N=64, 1≤  ≤3. Ширина полосы передачи была 10 МГц, и сигналы проходили через канал с аддитивным белым Гауссовским шумом (AWGN) со случайными задержками, равномерно распределенными между 0 и Т.
Ради сравнения, модифицированный приемник также смоделирован, причем выходные сигналы блоков синхронизации по времени на каждом ED добавлены вместе и проходят через одиночный демодулятор OFDM с величиной FFT 1024 (как проиллюстрировано на Фиг. 6). Результат моделирования для каждого уровня модуляции также показан на Фиг. 7-9, как «Отфильтрованный, 1 период поднесущей, одиночное FFT». Как проиллюстрировано, этот приемник имеет дефицит производительности, который является более значимым для более высоких уровней модуляции. Потеря производительности происходит из-за остаточной помехи между ED, которая остается в демодулированном сигнале после одиночной операции FFT. Это иллюстрирует достоинство отдельной обработки ED в предлагаемом декодере асинхронного OFDMA/SC-FDMA в отличие от одиночной операции FFT.
На Фиг. 10 представлена блок схема последовательности операций, иллюстрирующая способ 1000 функционирования электронного устройства согласно раскрытым вариантам осуществления, которые могут быть выполнены, например, с помощью электронного устройства, такого, как электронное устройство 110 на Фиг. 1 или электронные устройства 302,303 на Фиг. 3,5 и 6.
Способ 1000 включает в себя генерирование сигнала, соответствующего блокам ресурсов, назначенных на беспроводное устройство на этапе 1002. Например, каждое ED 302, 303 генерирует свой модулированный сигнал (который является результатом операции IFFT на модулированной последовательности данных), соответствующий своим назначенным блокам ресурсов.
Способ 1000 включает в себя фильтрацию сигнала, которая соответствует блокам ресурсов, назначенных на беспроводное устройство с помощью фильтра, формирующего спектр, и формирование отфильтрованного сигнала, который исключает излучение бокового лепестка на второе беспроводное устройство, соседнее с беспроводным устройством по частоте на этапе 1004. Например, каждое ED 302, 303 проводит (передает) свой сигнал OFDM через свой подходящим образом сконструированный фильтр 308, 309, формирующий спектр, для того, чтобы исключить излучение бокового лепестка на соседнее электронное устройство по частоте.
Способ 1000 включает в себя передачу отфильтрованного сигнала на приемник в системе беспроводной связи во временном интервале, представленном планировщиком, связанным с приемником, причем временной интервал независимо задан по отношению к другим электронным устройствам, осуществляющим связь с приемником на этапе 1006. В одном варианте осуществления отфильтрованный сигнал передается с опорной синхронизацией. Опорная синхронизация представляет собой, в одном примере, известный шаблон, который позволяет передатчику и приемнику синхронизироваться самостоятельно. В другом примере информация синхронизации от независимого источника может быть использована для синхронизации ED с приемником. Например, модулированный сигнал, передаваемый ED 302 на Фиг. 3, передается приемнику 320 во временном интервале, предоставленном планировщиком 253. Временной интервал, предоставленный ED 302, независимо задан по отношению к другим электронным устройствам (например, ED 303), осуществляющим связь с приемником 320. Аналогично модулированный сигнал, передаваемый ED 303 на Фиг. 3, передается приемнику 320 во временном интервале, предоставленном планировщиком 253. Временной интервал, предоставленный ED 303, независимо задан по отношению к другим электронным устройствам (например, ED 302), осуществляющим связь с приемником 320. Поскольку отфильтрованный сигнал, переданный каждым ED 302, 303, передается приемнику 320 во временном интервале, предоставленном планировщиком 253, который независимо задан по отношению к другим электронным устройствам, осуществляющим связь с приемником, и поскольку отфильтрованный сигнал, переданный каждым ED 302, 303, уменьшает или исключает излучение бокового лепестка в соседней полосе частот, служебные сигналы по отношению к временному опережению передачи сигнала могут быть уменьшены.
Несмотря на то, что Фиг. 10 иллюстрирует один пример способа 1100 функционирования электронного устройства согласно раскрытым вариантам осуществления, разные изменения могут быть сделаны для Фиг. 10. Например, хотя разные этапы показаны как набор этапов, они на Фиг. 10 могут совпадать, происходить параллельно, происходить в разном порядке или происходить любое число раз.
Фиг. 11 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ 1100 функционирования приемника согласно раскрытым вариантам осуществления, которые могут быть выполнены, например, с помощью базовый станции, такой, как базовая станция 170 Фиг. 1 или приемник 620 Фиг. 6.
Способ 1100 включает в себя прием сигнала, соответствующий множеству модулированных сигналов, причем каждый из множества модулированных сигналов соответствует уникальному электронному устройству на этапе 1102. Например, принятый сигнал 310, который соответствует модулированным сигналам, передаваемым каждым ED 302, 303, принимается приемником 320.
1
*
Способ 1100 включает в себя фильтрацию принятого сигнала с помощью фильтра, который согласован с соответствующим фильтром в соответствующем электронном устройстве, чтобы получить отфильтрованный сигнал для соответствующего электронного устройства на этапе 1104. Например, операция приемника первой цепочки включает в себя фильтрацию принятого сигнала 310 с помощью фильтра 322 h(-n), который согласован с фильтром 308, используемым в ED #1 302.
i
Способ 1100 включает в себя выполнение операции быстрого преобразования Фурье (FFT) в отношении отфильтрованного сигнала, для получения демодулированных данных, соответствующих соответствующему электронному устройству на этапе 1106. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 3, операция приемника i-ой цепочки включает в себя масштабирование, чтобы принять во внимание эффект понижающей дискретизации, и масштабированный сигнал, передаваемый через блок FFT точки N(например, «короткий» FFT) для преобразования каждого символа в частотную область. В качестве другого примера, как проиллюстрировано на Фиг. 5, операция приемника первой цепочки включает в себя выполнение полноразмерного FFT в блоке 530 FFT после того, как циклический префикс удален. В качестве еще одного примера, как проиллюстрировано на Фиг. 6, операция приемника первой цепочки включает в себя выполнение одиночного полноразмерного FFT в отношении комбинированного выхода синхронизации по времени с помощью циклического префикса, удаленного в блоке 630 FFT.
Несмотря на то, что Фиг. 11 иллюстрирует один пример способа 1100 функционирования приемника согласно раскрытым вариантам осуществления, разные изменения могут быть сделаны для Фиг. 11. Например, хотя разные этапы показаны как набор этапов, они на Фиг. 11 могут совпадать, происходить параллельно, происходить в различном порядке или происходить любое число раз.
В некоторых вариантах осуществления некоторые или все функции или процессы одного или более устройств реализуются или поддерживаются программой компьютера, которая формируется из машиночитаемого кода программы и которая осуществлена в машиночитаемом носителе. Фраза «машиночитаемый код программы» включает в себя любой тип кода компьютера, включающего в себя код источника, объектный код и исполнимый код. Фраза «машиночитаемый носитель» включает в себя любой тип носителя, способного иметь доступ с помощью компьютера, такого, как память только для чтения (ROM), память с произвольной выборкой (RAM), накопитель на жестком диске, компакт-диск (CD), цифровой видеодиск (DVD) или любой другой тип памяти.
Может быть преимущественным, чтобы сформулировать определения некоторых слов и фраз, используемых в этом патентном документе. Термины «включать в себя» и «содержать», а также их производные означают включение без ограничений. Термин «или» является включающим, означающим и/или. Фразы «соотносимый с» и «соотносимый вместе с этим», а также их производные означают включать в себя, быть включенным в пределах, взаимосвязывать с, содержать, содержаться в пределах, присоединять к или с, связываться к или с, общающийся с, подключиться к, чередовать, сопоставлять, находиться вблизи от, направляться к или с, иметь, иметь свойство чего-либо или тому подобное.
Хотя это раскрытие описывает некоторые варианты осуществления и, как правило, соотносит способы, исправления и перестановки этих вариантов осуществления и способов будут очевидны специалистам в данной области техники. Согласно этому приведенное выше описание примера вариантов осуществления не определяет или ограничивает данное раскрытие. Другие изменения, замены и исправления также возможны без отклонения от сущности и объема настоящего раскрытия, как определено в прилагаемой формуле изобретения.