УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ДУПЛЕКСА С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ (SDD) ДЛЯ СИСТЕМЫ СВЯЗИ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА
DEVICE AND METHOD FOR SPATIAL DIVISION DUPLEX (SDD) FOR MILLIMETRE-WAVE COMMUNICATION SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству и способу для дуплекса с пространственным разделением (SDD) для системы связи миллиметрового диапазона. В частности, настоящее изобретение относится к устройству и способу для системы связи на основе SDD, использующей миллиметровые электромагнитные волны для беспроводной связи между равноправными узлами (Р2Р).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последние годы мобильная связь продолжала свое развитие, причем количество абонентов услуг мобильной связи в настоящее время превышает 4,5 миллиарда и продолжает расти. В то же время, новые технологии и системы мобильной связи разработаны для удовлетворения возрастающих потребностей и предоставления пользователям мобильной связи большего числа приложений и услуг мобильной связи при их более высоком качестве. К примерам таких систем относятся системы Эволюционировавшей оптимизированной передачи данных (EvDO) Множественного доступа с кодовым разделением 2000 (CDMA2000), разработанные Проектом партнерства третьего поколения 2 (3GPP2), а также системы Широкополосного CDMA (WCDMA), Высокоскоростной пакетной передачи данных (HSPA) и Долгосрочного развития (LTE), разработанные Проектом партнерства третьего поколения (3GPP), и мобильные системы Глобального взаимодействия для доступа к микроволновым сетям (WiMAX), разработанные Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). По мере того, как все больше людей становятся пользователями систем мобильной связи и с помощью этих систем предоставляется больше услуг обогащенных данных, существует возрастающая потребность в системе мобильной связи с более высокой емкостью, большей пропускной способностью, меньшим запаздыванием и более высокой надежностью.
Миллиметровые волны представляют собой радиоволны с диапазоном радиочастот 30 ГГц-300 ГГц, которые обладают уникальными характеристиками распространения ввиду их меньших длин волн. Например, на небольшой площади может быть размещено большее число антенн, что обеспечивает антенну с высоким коэффициентом усиления при небольшом форм-факторе. Системы беспроводной связи миллиметрового диапазона достигли скоростей передачи данных 10 Гб/с на расстояниях в несколько километров. Однако современные технологии не вполне пригодны для коммерческой мобильной связи ввиду таких проблем, как стоимость, сложность, энергопотребление и форм-фактор. В последнее время проводились научно-исследовательские работы по использованию систем беспроводной связи миллиметрового диапазона для беспроводной связи ближнего действия. Например, был достигнут прогресс в разработке 60-гигагерцовых радиочастотных интегральных схем (RFIC) и вариантов построения антенн, однако 60-гигагерцовым RFIC в настоящее время по-прежнему присуща низкая эффективность и высокая стоимость, а миллиметровым волнам - потери при распространении.
С целью решения проблемы потерь при распространении миллиметровых волн может использоваться формирование диаграммы направленности. Формирование диаграммы направленности представляет собой метод обработки сигналов, используемый для направленной передачи или приема сигналов с помощью специальной избирательности благодаря использованию адаптивных диаграмм направленности приема/передачи для получения усиления сигнала. При передаче формирователь диаграммы направленности регулирует фазу и относительную амплитуду сигнала в каждой передающей антенне для формирования картины конструктивной и деструктивной интерференции в волновом фронте. При приеме информация от различных антенн объединяется, так что предпочтительно наблюдается ожидаемая диаграмма излучения.
Фиг. 1 иллюстрирует формирование диаграммы направленности передачи в соответствии с предшествующим уровнем техники.
На фиг. 1 изображен передатчик 100, имеющий множество передающих антенн 102 в передающей антенной решетке 101.
Весовой коэффициент формирования диаграммы направленности передачи gti, который показан на фиг. 1 как коэффициент усиления gt1-gtN, применяется к сигналу, передаваемому от отдельной i-й из передающих антенн 102 антенной решетки 101. Коэффициент усиления используется для коррекции фазы и относительной амплитуды сигнала, передаваемого от каждой из передающих антенн 102. Сигнал для передачи от каждой из передающих антенн 102 может быть усилен отдельно. В качестве альтернативы может использоваться один усилитель либо усилители, число которых меньше числа передающих антенн. Кроме того, весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности или коэффициенты усиления могут применяться до усиления сигнала или после усиления сигнала.
Фиг. 2 иллюстрирует формирование диаграммы направленности приема в соответствии с предшествующим уровнем техники.
На фиг. 2 изображен приемник 200, имеющий множество приемных антенн 202 в приемной антенной решетке 201.
Сигнал, принимаемый каждой из приемных антенн 202, усиливается малошумящим усилителем (LNA). Весовой коэффициент формирования диаграммы направленности приема gri, который показан на фиг. 2 как gr1-grN, применяется к сигналу, принимаемому и усиливаемому от отдельной i-й из приемных антенн 202. Коэффициент усиления используется для коррекции фазы и относительной амплитуды сигнала, принимаемого от каждой из приемных антенн 202. Весовым коэффициентом формирования диаграммы направленности приема может быть коррекция коэффициента усиления. Сигналы со скорректированной фазой и амплитудой объединяются для формирования принимаемого сигнала. Усиление приемной антенны обеспечивается за счет когерентного или конструктивного сложения сигналов от каждой из приемных антенн 202.
Фиг. 3 иллюстрирует динамическое формирование диаграммы направленности в соответствии с предшествующим уровнем техники.
В соответствии с фиг. 3 множество весовых коэффициентов gt1-gt5 применяется к исходящему сигналу s(t) для формирования эквифазного волнового фронта диаграммы направленности передачи ТхВ.
+j(2π/λ)2dcosθ
Весовые коэффициенты gt1-gt5 используются лишь для регулирования и/или коррекции фазы сигнала s(t). Сигнал s(t) подается на множество антенн А1-А5, при этом каждая антенна имеет соответствующий один из весовых коэффициентов gt1-gt5, и каждая из антенн А1-А5 располагается на определенном расстоянии d от каждой из соседних антенн А1-А5. Например, как показано на фиг. 3, сигнал s(t) подается на антенну А1, имеющую весовой коэффициент gt1, равный e, который применяется к сигналам, передаваемым через антенну А1, для управления сигналом s(t) по отношению к его фазе. Весовые коэффициенты gt2-gt5, соответственно, применяются к сигналу s(t) на антеннах А2-А5. Таким образом, каждая из антенн А1-А5 формирует сигнал фазовой коррекции s(t), который может управляться в определенном направлении, имеющем эквифазный волновой фронт, изображенный на фиг. 3. Фазовая коррекция, применяемая к антеннами А1-А5, использующим весовые коэффициенты gt2-gt5, может применяться как к передаче, так и к приему сигнала s(t), чтобы управление диаграммой направленности передачи и диаграммой направленности приема могло осуществляться в заданном направлении.
Фиг. 4 иллюстрирует пример цифрового формирования диаграммы направленности в соответствии с предшествующим уровнем техники.
0
(M-1)
0
(M-1)
0
(M-1)
0
(M-1)
0
(N-1)
0
(N-1)
0
(N-1)
В соответствии с фиг. 4 цифровое формирование диаграммы направленности может использоваться для достижения различных преимуществ, таких как производительность и гибкость, реализуемых приемопередатчиком 400. Как показано на фиг. 4, M сигналов, включающих в себя сигналы s(t)-st, передается по соответствующим трактам передачи для передачи соответствующими антеннами приемопередатчика 400. Весовые коэффициенты передачи wt-wt, соответственно, применяются к сигналам s(t)-st по соответствующим трактам передачи, каждый из которых содержит соответствующий цифроаналоговый преобразователь (DAC) DAC1-DACM. Передаваемые сигналы s(t)-st принимаются соответствующими антеннами приемника 200. Принимаемые сигналы r(t)-rt принимаются по соответствующим трактам приема, каждый из которых содержит малошумящий усилитель (LNA) и аналого-цифровой преобразователь (ADC) ADC1-ADCN. Весовые коэффициенты приема wr-wr, соответственно, применяются к принимаемым сигналам r(t)-rt. Следовательно, за счет применения к цифровым сигналам цифрового формирования диаграммы направленности может быть достигнута оптимальная емкость канала даже при изменяющемся состоянии канала. Однако из-за наличия M или N полных приемопередатчиков при цифровом формировании диаграммы направленности используется большой объем оборудования. Таким образом, цифровое формирование диаграммы направленности увеличивает емкость канала при увеличении как сложности оборудования, так и энергопотребления.
Фиг. 5 иллюстрирует пример аналогового формирования диаграммы направленности в соответствии с предшествующим уровнем техники.
0
(M-1)
0
(M-1)
0
(N-1)
В соответствии с фиг. 5 аналоговое формирование диаграммы направленности осуществляется приемопередатчиком 500. В соответствии с приведенным на фиг. 5 аналоговым формированием диаграммы направленности, число преобразователей данных, таких как DAC и ADC, показанных на фиг. 4, может быть сокращено. Как показано на фиг. 5, в приемопередатчике 500 передаваемый сигнал s(t) проходит через DAC 501 для преобразования цифровой формы передаваемого сигнала s(t) в аналоговую форму передаваемого сигнала s(t), который затем подается на множество передающих антенн 503 по соответствующим сигнальным трактам. Соответствующие весовые коэффициенты передачи wt-wt применяются к соответствующим аналоговым сигналам s(t), проходящим по соответствующим сигнальным трактам, в каждом из которых имеется смеситель, на передающие антенны. Приемопередатчик 500 принимает соответствующие аналоговые сигналы s(t), имеющие соответствующие весовые коэффициенты передачи wt-wt, с помощью множества приемных антенн 504. Множество принимаемых сигналов проходит по соответствующим сигнальным трактам, в каждом из которых имеются LNA и смеситель, при этом к множеству принимаемых сигналов применяются соответствующие весовые коэффициенты wr-wr. Затем взвешенные сигналы преобразуются в цифровой сигнал с помощью ADC 502 для формирования принимаемого сигнала r(t). В связи с этим, при приведенном на фиг. 5 аналоговом формировании диаграммы направленности в приемопередатчике 500 используются лишь один DAC 501 и один ADC 502, тем самым сокращая число преобразователей данных.
Фиг. 6 иллюстрирует пример радиочастотного (РЧ) формирования диаграммы направленности в соответствии с предшествующим уровнем техники.
0
(N-1)
В соответствии с фиг. 6 РЧ формирование диаграммы направленности осуществляется приемопередатчиком 600. Как показано на фиг. 6, РЧ формирование диаграммы направленности может сократить число смесителей, используемых для выполнения операций формирования диаграммы направленности. В приемопередатчике 600 передаваемый сигнал s(t) преобразуется из цифровой формы в аналоговую форму с помощью DAC 601. Затем аналоговый передаваемый сигнал s(t) проходит через смеситель 602 с целью подачи на множество передающих антенн 603 по соответствующим сигнальным трактам для передачи. Передатчик 600 принимает передаваемые сигналы с помощью множества приемных антенн 604, каждая из которых имеет соответствующий сигнальный тракт, содержащий LNA и соответствующие весовые коэффициенты приема wr-wr, применяемые к множеству принимаемых сигналов. Взвешенные принимаемые сигналы суммируются сумматором 605, а затем смешиваются смесителем 606 и проходят через ADC 607 для формирования принимаемого сигнала r(t). Таким образом, смеситель не размещается в каждом из сигнальных трактов приемных антенн 604, при этом меньшее число смесителей приводит к снижению сложности оборудования и энергопотребления. Однако снижение гибкости управления формированием диаграммы направленности, уменьшение функциональной возможности множественного доступа и снижение числа пользователей множественного доступа приводит к ограниченным функциональным возможностям формирования диаграммы направленности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Существующие стандарты беспроводной связи между равноправными узлами (Р2Р) в миллиметровом диапазоне, такие как технология WirelessHD, ЕСМА-387 И IEEE 802.15.3c, используют дуплекс с временным разделением (TDD), в котором в определенный момент времени только одно из двух осуществляющих связь устройств выполняет передачу или прием. TDD или дуплекс с частотным разделением (FDD) часто используются для разделения передаваемых сигналов и принимаемых сигналов базовых станций в традиционных сотовых или мобильных широкополосных системах. В традиционных системах с TDD базовые станции осуществляют передачу во временных интервалах нисходящей линии, а мобильные станции осуществляют передачу во временных интервалах восходящей линии. Следовательно, существующие стандарты для миллиметрового диапазона обеспечивают лишь полудуплексную связь. Иными словами, в существующих стандартах Р2Р в миллиметровом диапазоне для беспроводной связи одновременные операции передачи и приема невозможны.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
В вариантах настоящего изобретения рассматриваются, по меньшей мере, вышеупомянутые проблемы и/или недостатки и обеспечиваются преимущества, описываемые ниже. В связи с этим, в одном варианте настоящего изобретения предлагаются устройство и способ для дуплекса с пространственным разделением (SDD) для системы связи миллиметрового диапазона.
В соответствии с одним вариантом настоящего изобретения предлагается беспроводной терминал для дуплексной системы связи миллиметрового диапазона. Устройство содержит передающую антенную решетку, имеющую множество передающих антенн для формирования передающего луча с пространственно-формируемой диаграммой направленности, и приемную антенную решетку, имеющую множество приемных антенн для формирования приемного луча с пространственно-формируемой диаграммой направленности, при этом множество передающих антенн и множество приемных антенн используют одну и ту же частоту в одно и то же время для сигнала связи соответствующих передающего и приемного лучей, и при этом передающий луч с пространственно-формируемой диаграммой направленности и приемный луч с пространственно-формируемой диаграммой направленности пространственно не перекрываются.
В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения предлагается система мобильной связи на основе дуплекса с пространственным разделением (SDD) с использованием миллиметровых волн. Устройство содержит первый беспроводной терминал, содержащий первую передающую антенную решетку, имеющую множество первых передающих антенн для передачи первого передающего луча с пространственно-формируемой диаграммой направленности, и первую приемную антенную решетку, имеющую множество первых приемных антенн для формирования первого приемного луча с пространственно-формируемой диаграммой направленности, и второй беспроводной терминал, содержащий вторую передающую антенную решетку, имеющую множество вторых передающих антенн для передачи второго передающего луча с пространственно-формируемой диаграммой направленности, и вторую приемную антенную решетку, имеющую множество вторых приемных антенн для формирования второго приемного луча с пространственно-формируемой диаграммой направленности, направленного на передающий луч первого беспроводного терминала.
В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения, предлагается способ обеспечения мобильной связи на основе дуплекса с пространственным разделением (SDD) с использованием миллиметровых волн. Данный способ включает в себя формирование первого передающего луча с помощью выбранных из множества передающих антенн передающей антенной решетки, передачу первого сигнала на первый беспроводной терминал посредством первого передающего луча в соответствии с заданной частотой в заданный момент времени, формирование первого приемного луча с помощью выбранных из множества приемных антенн приемной антенной решетки и прием второго сигнала от второго беспроводного терминала посредством первого приемного луча в соответствии с заданной частотой в заданный момент времени, при этом каждый из первого передающего луча и первого приемного луча имеет пространственно-формируемую диаграмму направленности, и при этом передающий луч с пространственно-формируемой диаграммой направленности и приемный луч с пространственно-формируемой диаграммой направленности пространственно не перекрываются.
Другие варианты, преимущества и отличительные признаки изобретения станут понятны специалистам из нижеследующего подробного описания, которое в совокупности с прилагаемыми чертежами раскрывает примеры осуществления изобретения.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как описано выше, в существующих стандартах Р2Р для миллиметрового диапазона для беспроводной связи возможны одновременные операции передачи и приема, при этом соседние базовые станции могут использовать одни и те же частотные и временные интервалы для соответствующей связи с двумя различными мобильными станциями.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеописанные и иные варианты, признаки и преимущества некоторых примеров осуществления настоящего изобретения станут более понятными из нижеследующего описания во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 иллюстрирует формирование диаграммы направленности передачи в соответствии с предшествующим уровнем техники;
фиг. 2 иллюстрирует формирование диаграммы направленности приема в соответствии с предшествующим уровнем техники;
фиг. 3 иллюстрирует динамическое формирование диаграммы направленности в соответствии с предшествующим уровнем техники;
фиг. 4 иллюстрирует пример цифрового формирования диаграммы направленности в соответствии с предшествующим уровнем техники;
фиг. 5 иллюстрирует пример аналогового формирования диаграммы направленности в соответствии с предшествующим уровнем техники;
фиг. 6 иллюстрирует пример радиочастотного (РЧ) формирования диаграммы направленности в соответствии с предшествующим уровнем техники;
фиг. 7 иллюстрирует дуплексную систему связи между равноправными узлами (Р2Р) миллиметрового диапазона в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 8 иллюстрирует дуплексную систему беспроводной связи миллиметрового диапазона в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 9 иллюстрирует систему мобильной связи на основе SDD миллиметрового диапазона в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 10 иллюстрирует разделение передаваемых сигналов и принимаемых сигналов с помощью динамического формирования диаграммы направленности в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 11 представляет собой структурную схему, иллюстрирующую коррекцию весовых коэффициентов формирования диаграммы направленности передачи и приема в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 12 иллюстрирует систему на основе SDD в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 13 иллюстрирует систему на основе SDD в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 14 иллюстрирует систему на основе SDD в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 15 иллюстрирует систему на основе SDD в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 16 иллюстрирует размещение антенных элементов в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 17 иллюстрирует размещение антенных элементов в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 18 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую базовую станцию в системе беспроводной связи в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения;
фиг. 19 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую мобильную станцию в системе беспроводной связи в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения.
На всех чертежах одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одних и тех же или подобных элементов, признаков и структур.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее описание со ссылкой на прилагаемые чертежи представлено, чтобы способствовать пониманию примеров осуществления изобретения, определенных формулой изобретения и ее эквивалентами. Оно включает в себя различные конкретные детали, чтобы помочь в этом понимании, но их следует рассматривать лишь в качестве примеров. В связи с этим, специалистам должно быть понятно, что возможны различные изменения описанных здесь вариантов осуществления в пределах объема и сущности изобретения. Кроме того, для ясности и краткости, описания общеизвестных функций и конструкций опускаются.
Термины и слова, используемые в нижеследующем описании и формуле изобретения, не ограничиваются библиографическими значениями, а лишь используются авторами изобретения для обеспечения ясного и непротиворечивого понимания изобретения. В связи с этим, специалистам должно быть ясно, что нижеследующее описание примеров осуществления настоящего изобретения представлено только для наглядности, а не с целью ограничения изобретения, определенного формулой изобретения и ее эквивалентами.
Следует понимать, что формы единственного числа включают в себя ссылки на множественное число, если контекст однозначно не требует иного толкования. Так, например, ссылка на «поверхность компонента» включает в себя ссылку на одну или более таких поверхностей.
Под термином «по существу» подразумевается, что упоминаемая характеристика, параметр или величина не обязательно должна быть достигнута в точности, но что отклонения и изменения, включая, например, допуски, ошибки измерений, ограничения точности измерений и прочие факторы, известные специалистам, могут возникать в количествах, не устраняющих эффект, который характеристика должна была оказывать.
Примеры осуществления настоящего изобретения могут описываться применительно к «мобильной станции». Однако следует понимать, что это всего лишь обобщенный термин и что изобретение в равной степени применимо к любому из мобильного телефона, портативного персонального компьютера (ПК), персонального цифрового помощника (PDA), карманного персонального компьютера (КПК), смартфона, терминала Международных мобильных телекоммуникаций 2000 (IMT-2000), терминала беспроводной локальной вычислительной сети (ЛВС), ретранслятора, приемопередатчика и любому иному подходящему устройству беспроводной связи, которое передает и/или принимает беспроводные или радиочастотные сигналы для связи. Кроме того, примеры осуществления настоящего изобретения могут описываться применительно к «базовой станции». Однако следует понимать, что это всего лишь обобщенный термин и что изобретение в равной степени применимо к любому из базовой станции, развитого узла В (eNB), ретранслятора, элемента беспроводной сети, приемопередатчика, точки доступа и любого иного подходящего устройства беспроводной связи, которое передает и/или принимает беспроводные сигналы или радиочастотные сигналы для связи. В связи с этим, термины «мобильная станция» и «базовая станция» не должны использоваться для ограничения применения настоящих идей изобретения любым определенным типов устройства или приспособления. Термин «беспроводной терминал» является обобщенным термином, который относится к любому из базовой станции и мобильной станция. Термины «беспроводной терминал» и «терминал» могут использоваться здесь на равных основаниях.
К примерам осуществления настоящего изобретения относятся устройство и способ для системы связи на основе дуплекса с пространственным разделением (SDD), которая использует миллиметровые электромагнитные волны для беспроводной связи.
Системы и способы связи на основе SDD различных описываемых здесь вариантов осуществления представлены применительно к беспроводной связи с использованием миллиметровых волн. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и системы и способы связи на основе SDD применимы к другим подходящим средам передачи данных, таким как радиоволны с частотами 10 ГГц-30 ГГц, иным подобным средам передачи данных, обладающим свойствами, аналогичными миллиметровым волнам, либо к электромагнитным волнам с терагерцовыми частотами, инфракрасному, видимому излучению и иным оптическим средам. В настоящих примерах осуществления термин «диапазон сотовой связи» относится к частотам приблизительно от нескольких сотен мегагерц до нескольких гигагерц, а «диапазон миллиметровых волн» относится к частотам приблизительно от нескольких десятков гигагерц до нескольких сотен гигагерц.
Миллиметровые волны претерпевают более высокие потери при распространении, чем радиоволны, имеющие более низкие частоты. Более высокие потери при распространении могут стать более выраженными при использовании миллиметровых волн для связи в локальной зоне, например, в диапазоне от 10 м до 100 м, либо для связи в зоне широкого охвата в диапазоне свыше 100 м. С целью уменьшения указанных более высоких потерь при распространении при связи на миллиметровых волнах используются антенны, имеющие высокие коэффициенты усиления. Ввиду малой длины волны миллиметровых волн (например, λ=5 мм для несущей частоты 60 ГГц) в антенной решетке, имеющей множество антенн, размер антенн и разнос между антеннами могут быть малыми, например, размер антенн и разнос между антеннами могут составлять λ/2 для цели формирования диаграммы направленности. Малый размер антенн и разнос между антеннами миллиметровых волн обеспечивают большое число антенн на малой площади. Большое число малых антенн на малой площади обеспечивает высокий коэффициент усиления лучей антенн на относительно малой площади. Большое число антенн и высокий коэффициент усиления лучей антенн обеспечивают узкие антенные лучи. Эти характеристики антенн миллиметровых волн позволяют реализовать такие технологии, как Множественный доступ с пространственным разделением (SDMA) и пространственное повторное использование.
Фиг. 7 иллюстрирует дуплексную систему связи между равноправными узлами (Р2Р) миллиметрового диапазона в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с фиг. 7 дуплексная система связи между равноправными узлами (Р2Р) миллиметрового диапазона 700 содержит терминалы 705 и 706, каждый из которых имеет передающую антенную решетку 701, содержащую множество передающих антенн 702, и приемную антенную решетку 703, содержащую множество приемных антенн 704. Терминал 705 осуществляет двустороннюю связь с терминалом 706. Иными словами, как терминал 705, так и терминал 706 передает и принимает данные одновременно на одной и той же частоте в один и тот же момент времени. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и терминал 705 и терминал 706 могут передавать и принимать данные на различных частотах в различные моменты времени либо связываться с помощью иных подходящих способов.
Терминалы 705 и 706 используют пространственное формирование диаграммы направленности при передаче и приеме данных с целью разделения сигналов передачи и приема. Каждая из соответствующих передающих антенн 702 и соответствующих приемных антенн 704 терминала 705 и терминала 706 имеет L антенн, упорядоченных в первом направлении, и имеет N антенн, упорядоченных во втором направлении, перпендикулярном первому направлению, для формирования матрицы из L на N антенн. Кроме того, соответствующие передающие антенны 702 и соответствующие приемные антенны 704 терминала 705 и терминала 706 отделены друг от друга для передачи и приема раздельных сигналов передачи и приема. Терминал 705 передает данные на терминал 706 с помощью передающего луча ТхВ1, который формируется по направлению к приемным антеннам 704 терминала 705. Терминал 706 принимает данные посредством активирования приемного луча RxB2, который формируется по направлению к передающим антеннам 702 терминала 705 для приема сигнала передающего луча ТхВ1.
Терминалы 705 и 706 могут представлять собой, по меньшей мере, одно из беспроводной базовой станции, либо беспроводного сетевого ретранслятора, либо иного элемента беспроводной сети, мобильного терминала, приемопередатчика или иного подходящего устройства беспроводной связи, которое передает и принимает радиосигналы или радиочастотные сигналы для связи.
Одновременно с передачей сигнала передающего луча ТхВ1 с терминала 705 на терминал 706 передаваемый сигнал может передаваться с терминала 306 на терминал 705 посредством передающего луча ТхВ2, как показано на фиг. 7. Терминал 706 передает данные на терминал 705 посредством передающего луча ТхВ2, формируемого по направлению к приемным антеннам 704 терминала 705. Терминал 706 принимает данные посредством активирования приемного луча RxB1, формируемого по направлению к передающим антеннам 702 терминала 704 для приема передающего луча ТхВ2.
С целью обеспечения дуплексной связи Р2Р передающие антенны 702, а также прочие схемы и элементы передачи, такие как усилитель мощности, смеситель с повышением частоты и иные схемы и элементы передачи, и приемные антенны 704, а также прочие схемы приема, такие как LNA, смеситель с понижением частоты или иные схемы и элементы приема в соответствующих терминалах 705 и 706 должны быть отделены друг от друга. Например, в терминале 705, как показано на фиг. 7, схемы передачи и схемы приема отделены друг от друга. В связи с этим, при формировании диаграммы направленности передачи и приема, благодаря разделению, помехи между схемами передачи и схемами приема терминала 705 могут быть подавлены. Подавление помех позволяет терминалу 705 использовать одни и те же временные и частотные ресурсы для передающего луча ТхВ1 и приемного луча RxB1 и их соответствующих передаваемых и принимаемых сигналов. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и ввиду разделения между схемами передачи и приема при выполнении формирования диаграммы направленности передачи и приема может использоваться одно и то же распределение интервалов времени с использованием соседних частот или двух наборов частот, очень близких друг к другу.
Фиг. 8 иллюстрирует дуплексную систему беспроводной связи миллиметрового диапазона в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с фиг. 8 дуплексная система 400 связи Р2Р миллиметрового диапазона содержит терминалы 805 и 806, каждый из которых имеет передающую антенную решетку 801, содержащую множество передающих антенн 802, и приемную антенную решетку 803, содержащую множество приемных антенн 804. Подобно примеру осуществления, описываемому со ссылкой на фиг. 7, терминал 805 осуществляет двустороннюю связь с терминалом 806 с использованием пространственного формирования диаграммы направленности при передаче и приеме данных с целью разделения сигналов передачи и приема по соответствующим лучам передачи и приема. Соответствующие передающие антенны 802 и соответствующие приемные антенны 804 терминалов 805 и 806 отделены друг от друга с целью передачи и приема раздельных сигналов передачи и приема. Терминалы 805 и 806 передают и принимают данные друг другу и друг от друга способом, аналогичным описанному выше со ссылкой на фиг. 7.
Одновременно со связью между терминалами 805 и 806 терминал 806 может связываться с беспроводным терминалом 807. Терминал 806 передает данные на беспроводной терминал 807 посредством передающего луча ТхВ3, который формируется по направлению к беспроводному терминалу 807. Терминал 806 принимает данные от беспроводного терминала 807 посредством активирования приемного луча RxB3, формируемого по направлению к беспроводному терминалу 807 с целью приема данных, передаваемых беспроводным терминалом 807. Беспроводным терминалом 807 может быть устройство конечного пользователя системы беспроводной связи, такое как мобильный или беспроводной телефон, беспроводной персональный цифровой помощник, мобильный компьютер или иные подобные беспроводные электронные устройства.
Терминал 806 может осуществлять связь с беспроводным терминалом 807 с использованием тех же частоты и времени, которые использовались для связи с терминалом 805. Терминал 806 выполняет операцию формирования диаграммы направленности по передающему лучу ТхВ3 и приемному лучу RxB3. Операция формирования диаграммы направленности, выполняемая терминалом 806, осуществляет пространственное разделение передающего луча ТхВ2 и передающего луча ТхВ3 при одновременной передаче обоих лучей с терминала 806 соответствующим получателям, на терминал 805 и на беспроводной терминал 807.
Терминал 806 может использовать лишь выбранные отдельные из соответствующих передающих антенн 802 для выполнения операции формирования диаграммы направленности для передачи. Например, различные отдельные из передающих антенн 802, которые пространственно отделены друг от друга, могут использоваться для соответствующего формирования передающих лучей ТхВ2 и ТхВ3. Аналогичным образом, отобранные отдельные из соответствующих приемных антенн 804 используются для формирования приемных лучей RxB2 и RxB3 для выполнения операции формирования диаграммы направленности для приема. Различные и пространственно разделенные отдельные из приемных антенн 804 могут использоваться для соответствующего формирования приемных лучей RxB2 и RxB3. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и пространственное формирование диаграммы направленности может не использоваться, при этом могут использоваться иные подходящие средства передачи и приема данных с терминала 806 и на него.
Фиг. 9 иллюстрирует систему мобильной связи на основе SDD миллиметрового диапазона в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с фиг. 9 система мобильной связи на основе SDD миллиметрового диапазона или, иными словами, система 900 беспроводной связи изображена на фиг. 9. Система 900 беспроводной связи на основе SDD содержит три базовые станции BS1, BS2 и BS3 и шесть мобильных станций MS1, MS2, ..., MS6. Каждая из трех базовых станций BS1, BS2 и BS3 имеет соответствующую зону связи или соты 101-103, в которых размещаются мобильные станции MS1-MS6. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и система 400 беспроводной связи на основе SDD может иметь различное число базовых станций и мобильных станций.
Как показано на фиг. 9, базовая станция BS1 осуществляет связь с мобильными станциями MS1 и MS2, базовая станция BS2 осуществляет связь с мобильными станциями MS3 и MS4, а базовая станция BS3 осуществляет связь с мобильными станциями MS5 и MS6. Базовая станция BS1 одновременно передает данные на мобильную станцию MS1 и принимает данные с мобильной станции MS2 на одной и той же частоте в одно и то же время. Иными словами, базовая станция BS1 использует одну и ту же частоту для связи с двумя различными мобильными станциями MS1 и MS2 одновременно. Однако для связи с мобильной станцией MS1 одновременно со связью с мобильной станцией MS2 базовая станция BS1 должна разделять соответствующие сигналы передачи и приема.
Разделение между сигналами передачи и приема достигается с помощью пространственного формирования диаграммы направленности, тем самым обеспечивая беспроводную связь на основе SDD. Для выполнения пространственного формирования диаграммы направленности каждая из базовых станций BS1-BS2 снабжена набором передающих антенн, который отделен от набора приемных антенн. Передающие антенны, а также другие схемы и элементы передачи, такие как усилитель мощности, смеситель с повышением частоты и прочие схемы и элементы передачи, а также другие схемы и элементы приема, такие как LNA, смеситель с понижением частоты или прочие схемы и элементы приема каждой из базовых станций BS1-BS3, должны быть отделены друг от друга в каждой из базовых станций BS1-BS3. Например, в базовой станции BS1 схемы передачи и схемы приема отделены друг от друга. В связи с этим, при осуществлении формировании диаграммы направленности передачи и приема, благодаря разделению, помехи между схемами передачи и схемами приема базовой станции BS1 могут быть подавлены. Подавление помех позволяет базовой станции BS1 использовать одни и те же временные и частотные ресурсы для передающего луча ТХВ1 и приемного луча RXB1 и их соответствующих сигналов передачи и приема. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и ввиду разделения между схемами передачи и приема при выполнении формирования диаграммы направленности передачи и приема может использоваться одно и то же распределение интервалов времени с использованием соседних частот или двух наборов частот, очень близких друг к другу.
В соответствии с одним примером осуществления, в каждой из базовых станций BS1-BS3 используются две отдельные фазированные антенные решетки. Одна из фазированных антенн используется в качестве передающей антенной решетки, а другая из фазированных антенн используется в качестве приемной антенной решетки. Эти две антенные решетки разделены заданным расстоянием для уменьшения помех принимаемому сигналу от передаваемого сигнала. Базовые станции BS1-BS3 должны также надлежащим образом координировать соответствующие передачи нисходящей линии и восходящей линии. Например, в случае базовой станции BS1 передающий луч ТХВ1 и приемный луч RXB2 достаточно разделены в пространственной области, чтобы дополнительно уменьшать помехи в принимаемом сигнале от передаваемого сигнала.
Для координации соответствующих передач нисходящей линии и восходящей линии или, иными словами, для координации формирования диаграммы направленности передачи и диаграммы направленности приема в базовой станции, такой как базовая станция BS1, базовой станции BS1 требуется информация о состоянии канала нисходящей и восходящей линии. Ряд способов может использоваться для получения информации о состоянии канала нисходящей линии и восходящей линий между базовой станцией BS1 и одной или более мобильных станций MS1-MS6, которые осуществляют связь с базовой станцией BS1. Например, базовая станция BS1 может получать от одной из мобильных станций MS1-MS6 информацию о состоянии канала нисходящей линии, которая может содержать информацию о предпочтительном формировании диаграммы направленности передачи нисходящей линии в составе информации о состоянии канала нисходящей линии. Базовая станция BS1 может конфигурировать одну из мобильных станций MS1-MS6, чтобы передавать зондирующий опорный сигнал восходящей линии, чтобы базовая станция BS1 могла получать информацию о состоянии канала нисходящей линии и информацию формирования диаграммы направленности приема из зондирующего опорного сигнала восходящей линии. В соответствии с другим примером осуществления, в системе TDD, имеющей передающую и приемную антенны, калиброванные друг с другом, базовая станция может использовать информацию о состоянии канала восходящей линии в качестве информации о состоянии канала нисходящей линии. Таким образом, в системе TDD для передачи информации о состоянии канала нисходящей линии на базовую станцию мобильные станции не требуются.
При этом информация о состоянии канала нисходящей линии и восходящей линии используется для координации связи по нисходящей линии и восходящей линии для осуществления беспроводной связи на основе SDD. Наряду с информацией о состоянии каналов нисходящей линии и восходящей линии для координации передач нисходящей линии и восходящей линии может использоваться и другая информация, такая как состояние буфера, показатель степени обслуживания, приоритеты при планировании или иная подобная передаваемая информация. Базовая станция, такая как базовая станция BS1, определяет первую мобильную станцию - в данном случае мобильную станцию MS2 - для передачи в заданное время с использованием заданной частоты. Так, например, базовая станция BS1 определяет формирование диаграммы направленности передачи, размер пакета, схемы модуляции и кодирования и прочие параметры связи для передач нисходящей линии. Базовая станция BS1 также определяет вторую мобильную станцию - в данном случае мобильную станцию MS1 - для приема в заданное время с использованием заданной частоты. Так, например, базовая станция BS1 определяет формирование диаграммы направленности приема, размер пакета, схемы модуляции и кодирования и прочие параметры связи для передач по восходящей линии.
Определение формирования диаграммы направленности передачи и диаграммы направленности приема с использованием одних и тех же частотно-временных ресурсов не должно происходить в одно и то же время. Иными словами, базовая станция BS1 может определять формирование диаграммы направленности приема, а также соответствующее заданное время и заданную частоту в первую очередь. После первого определения базовая станция BS1 может определять формирование диаграммы направленности передачи и те же заданное время и заданную частоту, что и использовались при формировании диаграммы направленности приема. Базовая станция может отправлять предоставление нисходящей линии на мобильную станцию MS2 и предоставление восходящей линии на мобильную станцию MS1 для координации передач нисходящей линии и восходящей линии. Сообщения предоставления нисходящей линии и восходящей линии могут передаваться в различное время. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и сообщения предоставления нисходящей линии и восходящей линии могут передаваться в одно и то же время.
Мобильные станции MS1-MS6 работают в полудуплексном режиме, так что в определенное время мобильные станции MS1-MS6 осуществляют только передачу или прием. Иными словами, мобильные станции MS1-MS6 не осуществляют пространственного формирования диаграммы направленности при передаче или приеме сигналов на базовые станции BS1-BS6 или с них. Таким образом, мобильные станции MS1-MS6, соответственно, используют лишь одну антенну как при передаче сигнала на соответствующие отдельные базовые станции BS1-BS6, так и при приеме сигнала с них. Поэтому благодаря работе в полудуплексном режиме каждая из мобильных станций MS1-MS6 может использовать одну антенну как для передачи сигналов, так и для приема.
Как показано на фиг. 9, пространственное формирование диаграммы направленности включает в себя, на каждой из базовых станций BS1-BS3, формирование раздельных лучей передачи и приема. Базовая станция BS1 передает данные на мобильную станцию MS2 посредством активирования передающего луча ТхВ1 по направлению к мобильной станции MS2. Мобильная станция MS2 принимает данные, передаваемые базовой станцией BS1, посредством активирования приемного луча RxB1 по направлению к передающим антеннам базовой станции BS1 для приема передаваемого сигнала передающего луча ТхВ1.
В то же время, когда базовая станция BS1 передает данные на мобильную станцию MS2 на определенной частоте, мобильная станции MS1 может передавать данные на базовую станцию BS1 на той же определенной частоте, используемой базовой станцией BS1 для связи с мобильной станцией MS1. Базовая станция BS1 принимает данные от мобильной станции MS1 посредством активирования приемного луча RxB1 по направлению к мобильной станции MS1. Мобильная станция MS1 передает данные на базовую станцию BS1 посредством активирования передающего луча ТхВ2 по направлению к базовой станции BS1. В соте 1, как показано на фиг. 5, передающий луч ТхВ1 практически не перекрывается с передающим лучом ТхВ2 и приемным лучом RxB2. Кроме того, в соте 1 приемный луч RxB2 практически не перекрывается с передающим лучом ТхВ1 и приемным лучом RxB1. Базовая станция BS1 применяет формирование диаграммы направленности к передающему лучу ТхВ1 и к приемному лучу RxB2, чтобы они практически не перекрывались друг с другом в направлении распространения.
Базовая станция BS2 передает данные на мобильную станцию MS3 посредством активирования передающего луча ТхВ3 по направлению к мобильной станции MS3. В то же время, базовая станция BS2 принимает данные от мобильной станции MS4 на той же частоте, используемой для передачи данных от базовой станции BS2 к мобильной станции MS3. Базовая станция BS2 принимает данные от мобильной станции MS4 посредством активирования приемного луча RxB3 по направлению к мобильной станции MS4. В соте 2 мобильные станции MS3 и MS4 не образуют каких-либо передающих или приемных лучей. Следовательно, передаваемый сигнал мобильной станции MS3, передаваемый по передающему лучу ТхВ3, может создавать помехи в принимаемом сигнале мобильной станции MS4, принимаемом приемным лучом RxB3. Однако если имеется существенное пространственное разделение между мобильными станциями MS3 и MS4, эти помехи могут и не быть серьезными. Пространственное разделение между мобильными станциями MS3 и MS4 позволяет базовой станции BS2 пространственно отделять передающий луч ТхВ3 от приемного луча RxB3 благодаря использованию формирования диаграммы направленности.
Мобильная станция MS5 передает данные на базовую станцию BS3 посредством активирования передающего луча ТхВ4 по направлению к базовой станции BS3. Базовая станция BS3 принимает данные от мобильной станции MS5 посредством активирования приемного луча RxB4 по направлению к мобильной станции MS5. В то же время, базовая станция BS3 может передавать данные на мобильную станцию MS6 посредством активирования передающего луча ТхВ5 по направлению к мобильной станции MS6. Пространственное разделение между мобильными станциями MS5 и MS6 позволяет базовой станции BS3 пространственно отделять передающий луч ТхВ4 от приемного луча RxB4 благодаря использованию формирования диаграммы направленности.
В соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения, в системе мобильной связи миллиметрового диапазона первая базовая станция передает первый сигнал, а вторая базовая станция, находящаяся вблизи упомянутой первой базовой станции, принимает второй сигнал при тех же частотно-временных ресурсах. Иными словами, ближайшие базовые станции могут использовать одни и те же частотные и временные интервалы для соответствующей связи с двумя различными мобильными станциями. Например, в соответствии с фиг. 5, базовая станция BS1 может передавать первый сигнал на мобильную станцию MS2, в то время как базовая станция BS2 принимает второй сигнал от мобильной станции MS4 на той же частоте и в то же время, что у первого сигнала, передаваемого от базовой станции BS1 к мобильной станции MS2. Иными словами, возможна одновременная передача сигнала к мобильной станции MS2 от базовой станции BS1 и прием другого сигнала от мобильной станции MS4 к базовой станции BS2 с использованием той же частоты.
Одновременная передача и прием с использованием тех же частоты и времени различными ближайшими базовыми станциями BS1 и BS2 возможны ввиду строгой направленности миллиметровых волн, достигаемой с помощью операции формирования диаграммы направленности на базовых станциях BS1 и BS2. Кроме того, базовая станция BS1 может принимать третий сигнал от мобильной станции MS1, а базовая станция BS2 может передавать четвертый сигнал на мобильную станцию MS3, причем базовая станция BS1 принимает третий сигнал на той же частоте и в то же время, с которыми базовая станция BS2 передает четвертый сигнал на мобильную станцию MS3. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и в системе мобильной связи миллиметрового диапазона и передатчик, и приемник, или оба они могут выполнять операцию формирования диаграммы направленности.
Фиг. 10 иллюстрирует разделение передаваемых сигналов и принимаемых сигналов с помощью динамического формирования диаграммы направленности в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с фиг. 10 приемопередатчик 1000 передает передаваемый сигнал на мобильную станцию MS3 с использованием передающего луча ТХВ10 и принимает принимаемый сигнал от мобильной станции MS4 с использованием приемного луча RXB10.
0
(M-1)
В соответствии с приведенным на фиг. 10 примером осуществления, передаваемый сигнал и принимаемый сигнал отделены друг от друга с помощью динамического формирования диаграммы направленности. Цифровой сигнал s(t) передается по сигнальному тракту передачи на DAC 1001 для преобразования цифровой формы сигнала s(t) в аналоговую форму сигнала s(t). Смеситель 1002 подает соответствующие части аналогового сигнала s(t) на соответствующие передающие антенны 1003. Весовые коэффициенты передачи wt-wt, соответственно, применяются к соответствующим частям аналоговой формы сигнала s(t) для формирования передающего луча ТХВ10. Затем взвешенные соответствующие части сигнала s(t) проходят через соответствующие усилители мощности РА для передачи с соответствующих отдельных передающих антенн 1003 в виде передающего луча ТХВ10. Передающий луч ТХВ10 передает передаваемый сигнал на мобильную станцию MS3.
0
(N-1)
0
(M-1)
0
(N-1)
0
(M-1)
0
(N-1)
0
(M-1)
0
(N-1)
Приемопередатчик 1000 принимает принимаемый сигнал от мобильной станции MS4 по соответствующим отдельным приемным антеннам 1004. Каждый сигнальный тракт приема, заканчивающийся в соответствующих отдельных приемных антеннах 1004, содержит малошумящий усилитель LNA для усиления принимаемого сигнала, который проходит по сигнальному тракту приема и имеет весовые коэффициенты приема wr-wr, соответственно, применяемые в приемном луче RXB10 или для его формирования с получением формы, изображенной на фиг. 10. Принимаемые сигналы суммируются сумматором 1005, смешиваются смесителем 1006 и преобразуются из аналоговой формы сигнала в цифровую форму принимаемого сигнала r(t) с помощью ADC 1007. Весовые коэффициенты передачи wt- wt и весовые коэффициенты приема wr-wr, которые используются для формирования диаграммы направленности, выбираются для максимизации передаваемого сигнала s(t), передаваемого в MS3, и максимизации принимаемого сигнала r(t), принимаемого от мобильной станции MS4. Кроме того, весовые коэффициента передачи wt-wt и весовые коэффициенты приема wr-wr выбираются для минимизации помех между передающим лучом ТХВ10 и приемным лучом RXB10 в приемопередатчике 1000. Следовательно, весовые коэффициенты передачи wt-wt и весовые коэффициенты приема wr-wr выбираются с тем, чтобы передаваемый сигнал s(t), передаваемый от приемопередатчика 1000 к мобильной станции MS3, не создавал недопустимой величины помех для принимаемого сигнала r(t), принимаемого от мобильной станции MS4.
Фиг. 11 представляет собой структурную схему, иллюстрирующую коррекцию весовых коэффициентов формирования диаграммы направленности передачи и приема в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с фиг. 11 на этапе S1101 выбирается мобильная станция для приема данных, передаваемых из источника данных. Источником данных может быть приемопередатчик, базовая станция, беспроводной терминал или иные подобные электронные устройства, способные передавать сигнал или выполнять передачу данных. Далее на этапе S1102 мобильная станция выбирается в качестве мобильной станции, от которой принимаются данные. На этапе S1103 весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности оцениваются в соответствии с информацией о формировании диаграммы направленности передачи и приема и/или информацией о канале передачи и приема. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности могут оцениваться в соответствии с иной подходящей информацией, либо могут считаться равными заранее заданным весовым коэффициентам, либо могут не оцениваться, и этап S1103 может не выполнять и пропускаться. Далее на этапе 1104 выбираются весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности передачи и весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности приема.
Весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности передачи и весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности приема совместно выбираются на этапе S1104. Иными словами, весовой коэффициент формирования диаграммы направленности передачи и весовой коэффициент формирования диаграммы направленности приема выбираются в одно и то же время, чтобы минимизировать помехи между передающим лучом и приемным лучом. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и весовой коэффициент формирования диаграммы направленности передачи и весовой коэффициент формирования диаграммы направленности приема могут выбираться в различное время. Далее на этапе 1105 передаваемые данные и принимаемые данные передаются посредством передающего луча и приемного луча соответственно. На этапе 1105 передаваемые данные передачи передаются в то же время и на той же частоте, при которых принимаются принимаемые данные приема.
Фиг. 12 иллюстрирует систему на основе SDD в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения.
1
2
В соответствии с фиг. 12 приемопередатчик 1200 содержит передающую антенную решетку 1201, ориентированную в первом направлении, и приемную антенную решетку 1202, ориентированную во втором направлении, которое отличается от первого направления. Например, передающая антенная решетка 1201 и приемная антенная решетка 1202 могут входить в качестве граней в многогранную антенну, имеющую трехмерную геометрическую форму, такую как шестигранная призма, куб, трехгранная призма, пирамида или множество иных подходящих геометрических форм. В приведенном на фиг. 12 примере осуществления передаваемый сигнал s(t) передается на мобильную станцию MS1 с передающей антенной решетки 1201 в первом направлении, в котором размещается мобильная станция MS1. Принимаемый сигнал r(t) принимается с мобильной станции MS2 приемной антенной решеткой 1202, обращенной к мобильной станции MS2, которая размещается во втором направлении.
1
2
Передающая и приемная антенные решетки 1201 и 1202 являются двумя из шести граней антенных решеток, которые размещаются в форме шестигранной призмы. Как показано на фиг. 12, каждая из граней антенных решеток охватывает приблизительно 60 градусов таким образом, что каждый сектор полной окружности вокруг приемопередатчика 1200 имеет соответствующую грань антенной решетки. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и число градусов, охватываемых каждой из граней антенных решеток, может являться любым подходящим числом градусов, соответствующим геометрической форме граней антенных решеток. Интервал пространственной ориентации между гранями антенных решеток формы шестигранной призмы или иной геометрической формы обеспечивает пространственное разделение между передаваемым сигналом s(t) и принимаемым сигналом r(t).
Фиг. 13 иллюстрирует систему на основе SDD в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения.
1
2
1
2
В соответствии с фиг. 13 приемопередатчик 1300 содержит антенну 1301, имеющую множество граней антенных решеток, включающих в себя первую грань 1302 антенной решетки. В приведенном на фиг. 13 примере осуществления передаваемый сигнал s(t) передается на мобильную станцию MS1 с помощью первой грани 1302 антенной решетки, а принимаемый сигнал r(t) принимается от мобильной станции MS1 с помощью первой грани 1302 антенной решетки. Иными словами передаваемый сигнал s(t) передается на мобильную станцию MS1 с помощью той же грани антенной решетки, а именно, первой грани 1302 антенной решетки, которая используется для приема принимаемого сигнала r(t) от мобильной станции MS1.
1
2
1
(M-1)
1
(N-1)
1
(M-1)
1
(N-1)
1
1
С целью использования первой грани 1302 антенной решетки как для передачи передаваемого сигнала s(t), так и для приема принимаемого сигнала r(t) от мобильной станции MS1 приемопередатчик применяет весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности к соответствующим антеннам первой грани 1302 антенной решетки. В частности, как передатчик 1305, так и приемник 1306 соединены с первой гранью 1302 антенной решетки. Первая грань 1302 антенной решетки содержит множество антенн, некоторые из которых используются в качестве передающих антенн 1303, а остальные из них используются в качестве приемных антенн 1304. Для обеспечения пространственного разделения между передаваемым сигналом и принимаемым сигналом передающего/приемного луча TRXB, направленного на мобильную станцию MS1, весовые коэффициента формирования диаграммы направленности передачи wt-wt и весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности приема wr-wr, соответственно, применяются к передающим антеннам 1303 и приемным антеннам 1304. Коррекция соответствующих отдельных весовых коэффициентов формирования диаграммы направленности передачи wt-wt и весовых коэффициентов формирования диаграммы направленности приема wr-wr обеспечивает пространственную коррекцию передающего/приемного луча TRXB таким образом, что передаваемый сигнал s(t) может быть пространственно отделен от принимаемого сигнала r(t) в передающем/приемном луче TRXB.
Фиг. 14 иллюстрирует систему на основе SDD в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения.
1
1
1
1
В соответствии с фиг. 14 приемопередатчик 1400 содержит антенну 1401, имеющую множество антенных решеток, ориентированных в различных направлениях, включая первую грань 1402 антенной решетки, ориентированную в первом направлении, в котором размещается мобильная станция MS1. Первая антенная решетка делится на передающую зону ТХ для передачи передаваемого сигнала s(t) и приемную зону RX для приема принимаемого сигнала r(t). В связи с этим, передаваемый сигнал s(t) и принимаемый сигнал r(t) используют различные антенные элементы, которые соответствующим образом размещаются в передающей зоне ТХ и приемной зоне RX. Кроме того, антенны передающей зоны ТХ и приемной зоны RX пространственно отделены друг от друга таким образом, что соответствующие антенные элементы не смешиваются друг с другом.
1
1
1
1
0
(M-1)
0
(N-1)
В приведенном на фиг. 14 примере осуществления передаваемый сигнал s(t) передается на мобильную станцию MS1 с первой грани 1402 антенной решетки из передающей зоны ТХ, а принимаемый сигнал r(t) принимается от той же мобильной станции MS1 на той же первой грани 1402 антенной решетки в приемной зоне RX. Пространственное разделение между передаваемым сигналом s(t) и принимаемым сигналом r(t) обеспечивается коррекцией весовых коэффициентов формирования диаграммы направленности передачи wt-wt и весовых коэффициентов формирования диаграммы направленности приема wr-wr на соответствующих передающих и приемных антенных элементах, которые расположены, соответственно, в передающей зоне ТХ и приемной зоне RX на одной и той же первой грани 1402 антенной решетки.
Фиг. 15 иллюстрирует систему на основе SDD в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения.
1
2
В соответствии с фиг. 15 приемопередатчик 1500, антенна 1501 и первая грань 1502 антенной решетки аналогичны описанным со ссылкой на пример осуществления, приведенный на фиг. 14. Однако в приведенном на фиг. 15 примере осуществления передаваемый сигнал s(t) и принимаемый сигнал r(t) соответствуют различным пользователям, а именно, первой мобильной станции MS1 и второй мобильной станции MS2. В частности, передающий луч ТХВ1 направлен на мобильную станцию MS1, а приемный луч RXB1 направлен на мобильную станцию MS2. Однако как передающий луч ТХВ1, так и приемный луч RXB1 исходят из одной и той же первой грани 1502 антенной решетки. Однако передающий луч ТХВ1 формируется с помощью антенных элементов, расположенных в передающей зоне ТХ первой грани 1502 антенной решетки 1502, а приемный луч RXB1 формируется с помощью антенных элементов, расположенных в приемной зоне RX первой грани 1502 антенной решетки.
1
2
0
(M-1)
0
(N-1)
В связи с этим, первая грань 1502 антенной решетки может использоваться для одновременной передачи передаваемого сигнала s(t) и приема принимаемого сигнала r(t), соответственно, от различных пользователей, а именно, первой мобильной станции MS1 и второй мобильной станции MS2. Формирование диаграммы направленности применяется к передающему лучу ТХВ1 с помощью весовых коэффициентов передачи wt-wt и, кроме того, применяется к приемному лучу RXB1 с помощью весовых коэффициентов приема wr-wr. Благодаря отделению передающей зоны ТХ от приемной зоны RSX, помехи между передающей и приемной антеннами минимизируются за счет пространственного отделения передающих и приемных антенных элементов друг от друга на соответствующих левых и правых сторонах первой грани 1502 антенной решетки. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и передающие и приемные антенные элементы и соответствующие передающая зона ТХ и приемная зона RX могут размещаться или располагаться иными подходящими способами. Например, передающая зона ТХ может располагаться в верхней части первой грани 1502 антенной решетки, а приемная зона RX может располагаться в нижней части первой грани 1502 антенной решетки.
Фиг. 16 иллюстрирует размещение антенных элементов в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с фиг. 16 передающие антенные элементы ТХ и приемные антенные элементы RX располагаются в предварительно заданной конфигурации, чтобы подавлять передаваемые сигналы в приемных антенных элементах RX. Каждый антенный элемент как из числа передающих антенных элементов ТХ, так и из числа приемных антенных элементов RX располагается так, чтобы быть разнесенным на расстояние разнесения d. Иными словами, как показано на фиг. 16, два передающих антенных элемента ТХ1 и ТХ2 располагаются вблизи друг друга на расстоянии разнесения d, и два приемных антенных элемента RX1 и RX2 располагаются вблизи друг друга на расстоянии разнесения d. Кроме того, передающие антенные элементы ТХ располагаются вблизи приемных антенных элементов RX на расстоянии разнесения d. Для того чтобы передаваемые сигналы подавлялись в приемных антенных элементах RX, расстояние разнесения d составляет половину длины волны передаваемого сигнала. Иными словами, расстояние разнесения d составляет λ/2, где λ - длина волны передаваемого сигнала.
Благодаря тому, что расстояние разнесения d составляет половину длины волны передаваемого сигнала, передаваемый сигнал, передаваемый от передающих антенных элементов ТХ, приходит сдвинутым по фазе в приемных антенных элементах RX. Более конкретно, за счет разнесения двух передающих элементов ТХ на расстояние разнесения d величиной λ/2 соответствующим образом переданные передаваемые сигналы - по одному от каждого из передающих элементов ТХ - будут находиться не в фазе при поступлении на один из приемных антенных элементов RX. Поскольку разность фаз между соответствующим образом переданными сигналами передачи составляет 180 градусов на одном из приемных антенных элементов RX, переданные сигналы передачи будут подавлять друг друга, тем самым устраняя помехи в принимаемых сигналах в приемных антенных элементах RX.
Фиг. 17 иллюстрирует размещение антенных элементов в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с фиг. 17 приемный антенный элемент RX1 располагается между первым передающим антенным элементом ТХ1 и вторым передающим антенным элементом ТХ2. Как приемный антенный элемент RX1, так и передающие антенные элементы ТХ1 и ТХ2 располагаются на расстоянии друг от друга на расстоянии разнесения d величиной λ/2, где λ - длина волны передаваемого сигнала, передаваемого от передающих антенных элементов ТХ1 и ТХ2. С целью подавления помех от передаваемого сигнала, передаваемого от передающих антенных элементов ТХ1 и ТХ2, в принимаемом сигнале, принимаемом в приемном антенном элементе RX, к передающему антенному элементу ТХ2 применяется сдвиг фазы на 180 градусов (т.е., весовой коэффициент антенны), как показано на фиг. 17. В связи с этим, если передаваемые сигналы передаются, соответственно, с передающих антенных элементов ТХ1 и ТХ2, они сдвинуты по фазе на 180 градусов относительно друг друга и, следовательно, будут взаимно компенсировать друг друга в приемном антенном элементе RX. Однако варианты настоящего изобретения этим не ограничиваются, и любой подходящий сдвиг фазы может применяться к любому подходящему передающему антенному элементу, чтобы передаваемые сигналы взаимно компенсировали друг друга в приемном антенном элементе.
Фиг. 18 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую базовую станцию в системе беспроводной связи в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с фиг. 18 базовая станция 1800 содержит приемопередатчик 1802 диапазона сотовой связи, приемопередатчик 1804 миллиметрового диапазона, приемопередатчик 1806 связи по фиксированной линии, контроллер 1808 и запоминающее устройство 1810. Базовая станция 1800 может содержать любое число дополнительных структурных элементов. Однако описание дополнительных структурных элементов базовой станции 1800 для краткости опущено. Базовая станция 1800 может использоваться в качестве терминала, как описывается со ссылкой на фиг. 3 и 4.
Приемопередатчик 1802 диапазона сотовой связи содержит антенную систему, приемник и передатчик, которые работают в диапазоне сотовой связи. Антенная система используется для передачи сигналов в эфир и приема их из эфира. Приемник преобразует сигнал в диапазоне сотовой связи, принимаемом посредством антенной системы, в сигнал базовой полосы и демодулирует сигнал базовой полосы. Например, приемник может содержать блок радиочастотной (РЧ) обработки, блок демодуляции, блок декодирования каналов и т.д. Блок РЧ обработки преобразует сигнал в диапазоне сотовой связи, принимаемый посредством антенной системы, в сигнал базовой полосы. Блок демодуляции может состоять из оператора быстрого преобразования Фурье (БПФ) для извлечения данных на каждой поднесущей из сигнала, принимаемого с блока РЧ обработки, и т.д. Блок декодирования каналов может состоять из демодулятора, обращенного перемежителя, декодера каналов и т.д. Передатчик преобразует сигнал базовой полосы в сигнал в диапазоне сотовой связи и передает сигнал в диапазоне сотовой связи посредством антенной системы. Например, передатчик может содержать блок кодирования канала, блок модуляции и блок РЧ обработки. Блок кодирования канала может содержать кодер канала, перемежитель, модулятор и т.д. Блок модуляции может содержать оператор обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) для помещения передаваемых данных на множество ортогональных поднесущих и т.д. В системе мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM) блок модуляции может содержать оператор ОБПФ. В системе множественного доступа с кодовым разделением (CDMA) оператор ОБПФ может быть заменен на модулятор расширения кода и т.д. Блок РЧ обработки преобразует сигнал базовой полосы, принимаемый с блока модуляции, в сигнал в диапазоне сотовой связи и выдает сигнал в диапазоне сотовой связи посредством антенной системы.
Приемопередатчик диапазона миллиметровых волн 1804 содержит антенную систему, приемник и передатчик, которые работают в миллиметровом диапазоне. Антенная система используется для передачи сигналов в эфир и приема их из эфира. Антенная система может иметь решетку передающих антенн, имеющую передающие антенны, и решетку приемных антенн, имеющую приемные антенны. При этом антенная система может формировать один или более направленных лучей для связи в миллиметровом диапазоне, как дополнительно описано выше. Приемник преобразует сигнал в миллиметровом диапазоне, принимаемый посредством антенной системы, в сигнал базовой полосы и демодулирует сигнал базовой полосы. Например, приемник может содержать блок РЧ обработки, блок демодуляции, блок декодирования каналов и т.д. Блок РЧ обработки преобразует сигнал в миллиметровом диапазоне, принимаемый посредством антенной системы, в сигнал базовой полосы. Блок демодуляции может состоять из оператора БПФ для извлечения данных на каждой поднесущей из сигнала, принимаемого с блока РЧ обработки, и т.д. Блок декодирования каналов может состоять из демодулятора, обращенного перемежителя, декодера каналов и т.д. Передатчик преобразует сигнал базовой полосы в сигнал в миллиметровом диапазоне и передает сигнал в миллиметровом диапазоне посредством антенной системы. Например, передатчик может содержать блок кодирования канала, блок модуляции и блок РЧ обработки. Блок кодирования канала может содержать кодер канала, перемежитель, модулятор и т.д. Блок модуляции может содержать оператор ОБПФ для помещения передаваемых данных на множество ортогональных поднесущих и т.д. В системе OFDM блок модуляции может содержать оператор ОБПФ. В системе CDMA оператор ОБПФ может быть заменен на модулятор расширения кода и т.д. Блок РЧ обработки преобразует сигнал базовой полосы, принимаемый с блока модуляции, в сигнал в миллиметровом диапазоне и выдает сигнал в миллиметровом диапазоне посредством антенной системы.
Приемопередатчик связи по фиксированной линии 1806 обеспечивает связь по фиксированной линии с другими сетевыми объектами в системе беспроводной связи, такими как другие базовые станции, сервер/шлюз пакетных данных и точка доступа миллиметровых волн.
Контроллер 1808 управляет всеми операциями базовой станции 1800. Операции базовой станции 1800 включают в себя любые из операций, прямо или косвенно описанные выше как выполняемые базовой станцией. Кроме того, контроллер 1808 генерирует передаваемые данные и обрабатывает принимаемые данные.
Запоминающее устройство 1810 хранит программы, используемые контроллером 1808 для операций базовой станции, и различные данные, включая любую информацию и/или любые алгоритмы, описываемые здесь как принимаемые, передаваемые, сохраняемые или используемые базовой станцией.
Фиг. 19 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую мобильную станцию в системе беспроводной связи в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с фиг. 19 мобильная станция 1900 содержит приемопередатчик 1902 диапазона сотовой связи, приемопередатчик 1904 миллиметрового диапазона, контроллер 1906 и запоминающее устройство 1908. Мобильная станция 1900 может содержать любое число дополнительных структурных элементов. Однако описание дополнительных структурных элементов мобильной станции 1900 для краткости опущено. Мобильная станция 1900 может использоваться в качестве беспроводного терминала, как описывается со ссылкой на фиг. 4.
Приемопередатчик 1902 диапазона сотовой связи содержит антенную систему, приемник и передатчик, которые работают в диапазоне сотовой связи. Антенная система используется для передачи сигналов в эфир и приема их из эфира. Приемник преобразует сигнал в диапазоне сотовой связи, принимаемый посредством антенной системы, в сигнал базовой полосы и демодулирует сигнал базовой полосы. Например, приемник может содержать блок РЧ обработки, блок демодуляции, блок декодирования канала и т.д. Блок РЧ обработки преобразует сигнал в диапазоне сотовой связи, принимаемый посредством антенной системы, в сигнал базовой полосы. Блок демодуляции может состоять из оператора БПФ для извлечения данных на каждой поднесущей из сигнала, принимаемого с блока РЧ обработки, и т.д. Блок декодирования канала может включать в себя демодулятор, обращенный перемежитель, декодер канала и т.д. Передатчик преобразует сигнал базовой полосы в сигнал в диапазоне сотовой связи и передает сигнал в диапазоне сотовой связи посредством антенной системы. Например, передатчик может содержать блок кодирования канала, блок модуляции и блок РЧ обработки. Блок кодирования канала может содержать кодер канала, перемежитель, модулятор и т.д. Блок модуляции может содержать оператор ОБПФ для помещения передаваемых данных на множество ортогональных поднесущих и т.д. В системе OFDM блок модуляции может содержать оператор ОБПФ. В системе CDMA оператор ОБПФ может быть заменен на модулятор расширения кода и т.д. Блок РЧ обработки преобразует сигнал базовой полосы, принимаемый с блока модуляции, в сигнал в диапазоне сотовой связи и выдает сигнал в диапазоне сотовой связи посредством антенной системы.
Приемопередатчик 1904 диапазона миллиметровых волн содержит антенную систему, приемник и передатчик, которые работают в миллиметровом диапазоне. Антенная система используется для передачи сигналов в эфир и приема их из эфира. При этом антенная система может формировать один или более направленных лучей для связи в миллиметровом диапазоне, как дополнительно описано выше. Приемник преобразует сигнал в миллиметровом диапазоне, принимаемый посредством антенной системы, в сигнал базовой полосы и демодулирует сигнал базовой полосы. Например, приемник может содержать блок РЧ обработки, блок демодуляции, блок декодирования канала и т.д. Блок РЧ обработки преобразует сигнал в миллиметровом диапазоне, принимаемый посредством антенной системы, в сигнал базовой полосы. Блок демодуляции может состоять из оператора БПФ для извлечения данных на каждой поднесущей из сигнала, принимаемого с блока РЧ обработки, и т.д. Блок декодирования канала может состоять из демодулятора, обращенного перемежителя, декодера канала и т.д. Передатчик преобразует сигнал базовой полосы в сигнал в миллиметровом диапазоне и передает сигнал в миллиметровом диапазоне посредством антенной системы. Например, передатчик может содержать блок кодирования канала, блок модуляции и блок РЧ обработки. Блок кодирования канала может содержать кодер каналов, перемежитель, модулятор и т.д. Блок модуляции может содержать оператор ОБПФ для помещения передаваемых данных на множество ортогональных поднесущих и т.д. В системе OFDM блок модуляции может содержать оператор ОБПФ. В системе CDMA оператор ОБПФ может быть заменен на модулятор расширения кода и т.д. Блок РЧ обработки преобразует сигнал базовой полосы, принимаемый с блока модуляции, в сигнал в миллиметровом диапазоне и выдает сигнал в миллиметровом диапазоне посредством антенной системы.
Контроллер 1906 управляет всеми операциями мобильной станции 1900. Операции мобильной станции 1900 включают в себя любые из операций, прямо или косвенно описанные выше как выполняемые мобильной станцией. Кроме того, контроллер 1906 генерирует передаваемые данные и обрабатывает принимаемые данные.
Запоминающее устройство 1908 хранит программы, используемые контроллером 1906 для операций мобильной станции 1900, и различные данные, включая любую информацию и/или любые алгоритмы, описываемые здесь как принимаемые, передаваемые, сохраняемые или используемые базовой станцией.
Хотя примеры осуществления описаны с использованием базовых станций и мобильных станций, настоящее изобретение этим не ограничивается. Варианты настоящего изобретения могут быть применены специалистом к иной технологии мобильной и/или беспроводной связи с использованием топологий системы и устройств, таких как радиорелейная связь между базовыми станциями, прямая связь между мобильными станциями и различные реализации коллективной связи.
Хотя изобретение показано и описано со ссылкой на некоторые примеры его осуществления, специалистам должно быть ясно, что в нем возможны различные изменения в форме и деталях в пределах сущности и объема изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.