ПРИЕМ ПЕРЕДАЧ H-ARQ БЕЗ ПОМЕХ В КВАЗИОРТОГОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ
RECEPTION OF H-ARQ TRANSFERS WITHOUT NOISE IN QUASI-ORTHOGONAL COMMUNICATION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в общем случае к связи, а более конкретно - к методикам приема данных в системе радиосвязи.
Уровень техники
Система беспроводной связи с множественным доступом может одновременно осуществлять связь с множеством терминалов в прямой и обратной линиях связи. Прямая линия связи (или нисходящая линия связи) относится к линии связи от базовых станций к терминалам, и обратная линия связи (или восходящая линия связи) относится к линии связи от терминалов к базовым станциям. Множество терминалов могут одновременно передавать данные по обратной линии связи и/или принимать данные по прямой линии связи. Это часто достигают с помощью мультиплексирования множества передач данных в каждой линии связи так, чтобы они были ортогональны друг к другу во временной, частотной и/или кодовой области. Полная ортогональность среди множества передач данных обычно не достигается в большинстве случаев из-за различных факторов, таких как условия в канале, несовершенство приемника и т.д. Однако ортогональное мультиплексирование гарантирует, что передача данных для каждого терминала создает минимальные помехи для передач данных для других терминалов.
В системе с ортогональным множественным доступом количество терминалов, которые могут осуществлять связь с базовой станцией в любой заданный момент времени, ограничено количеством ортогональных измерений, доступных для передачи данных. Количество доступных ортогональных измерений может определяться количеством доступных ортогональных кодов в системе с множественным доступом с кодовым разделением каналов (CDMA), количеством доступных частотных поддиапазонов в системе с множественным доступом с частотным разделением каналов (FDMA) или количеством доступных временных интервалов в системе с множественным доступом с временным разделением каналов (TDMA). Во многих случаях желательно предоставлять возможность большему количеству терминалов одновременно осуществлять связь с базовой станцией для улучшения пропускной способности системы. Однако, если количество осуществляющих связь терминалов превышает количество доступных ортогональных измерений, то эти терминалы создают помехи друг другу, и данные помехи могут ухудшать работу всех терминалов.
Поэтому в предшествующем уровне техники существует потребность в методиках поддержания одновременной связи с большим количеством терминалов в системе связи с множественным доступом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данной работе описаны методики обработки пакетов с удалением помех. Пакеты можно передавать с помощью терминалов, совместно использующих те же самые частотно-временные ресурсы, используя скачкообразное изменение частоты и гибридный запрос автоматического повтора (H-ARQ). Каждый пакет можно передавать в одном или большем количестве блоков в одном или большем количестве частотно-временных блоков, используемых для пакета. Передача H-ARQ для каждого пакета может заканчиваться всякий раз, когда пакет декодирован правильно или когда максимальное количество блоков передано для пакета.
В приемнике (например, в базовой станции) передачи блоков для пакетов принимают в частотно-временных блоках, используемых этими пакетами. Выполняют приемную пространственную обработку входных символов для получения обнаруженных символов, как описано ниже. Каждый пакет демодулируют и декодируют на основании всех обнаруженных символов, полученных для всех передач блоков, принятых для пакета. Если по меньшей мере один пакет декодирован правильно, то передачу H-ARQ для каждого правильно декодированного пакета заканчивают, например, посылая за пакетом подтверждение (ACK). Помехи из-за каждого правильно декодированного пакета оценивают, например, кодируя и модулируя пакет таким же образом, как это делает передатчик, и умножая результирующие символы на оценки канала для пакета. Оцененные помехи из-за каждого правильно декодированного пакета вычитают из входных символов для частотно-временного блока (ов), используемого этим пакетом. Затем выполняют приемную пространственную обработку символов без помех для всех частотно-временных блоков, используемых правильно декодированными пакетами, для получения новых обнаруженных символов для пакетов, декодированных с ошибкой и передаваемых в тех же самых частотно-временных блоках, как правильно декодированные пакеты. Каждый пакет, декодированный с ошибкой и перекрывающийся по меньшей мере частично (т.е. совместно использующий какой-либо частотно-временной блок) с каким-либо правильно декодированным пакетом, можно демодулировать и декодировать на основании всех обнаруженных символов, доступных для этого пакета.
Различные аспекты и варианты осуществления данного изобретения описаны более подробно ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Признаки и сущность настоящего изобретения станут более очевидными из сформулированного ниже подробного описания при рассмотрении его вместе с чертежами, на которых одинаковые позиционные обозначения идентифицируют соответствующие части по всему документу.
Фиг.1 показывает систему связи с множественным доступом.
Фиг.2 показывает разделение времени и частоты на частотно-временные блоки.
Фиг.3 показывает передачу H-ARQ в обратной линии связи.
Фиг.4 показывает передачи H-ARQ для трех терминалов.
Фиг.5 показывает передачу H-ARQ в частотно-временной плоскости.
Фиг.6 показывает процесс приема пакетов, посылаемых с H-ARQ.
Фиг.7 показывает структурную схему базовой станции и двух терминалов.
Фиг.8 показывает структурную схему блока обработки передаваемых (ПРД, TX) данных.
Фиг.9 показывает структурную схему блока передатчика с одной антенной.
Фиг.10 показывает структурную схему части базовой станции.
Фиг.11 показывает структурную схему блока обработки принимаемых (ПРМ, RX) данных.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Слово «примерный» в данной работе означает «служить примером или иллюстрацией». Любой вариант осуществления или разработки, описанный как «примерный», не обязательно следует рассматривать как предпочтительный или преимущественный по сравнению с другими вариантами осуществления или разработки.
Фиг.1 показывает систему 100 связи с квазиортогональным множественным доступом, которую также называют системой квазиортогонального разделенного доступа (QODA). Система 100 включает в себя базовые станции 110 и терминалы 120. Базовая станция - в общем случае стационарная станция, которая осуществляет связь с терминалами, и ее могут также называть точкой доступа, узлом B или использовать некоторую другую терминологию. Каждая базовая станция 110 обеспечивает зону действия связи в определенной географической области 102. Термин «сота» может относиться к базовой станции и/или к ее зоне обслуживания в зависимости от контекста, в котором используется данный термин. Для улучшения пропускной способности системы зона охвата базовой станции может быть разделена на множество меньших областей, например, на три меньших области 104a, 104b и 104c. Каждую меньшую область обслуживает соответствующая базовая приемопередающая подсистема (БППС, BTS). Термин «сектор» может относиться к БППС и/или к ее зоне охвата в зависимости от контекста, в котором используется термин. Для разделенной на сектора соты, БППС для всех секторов этой соты обычно совмещаются в пределах базовой станции соты. Для простоты термин «базовая станция» используется в общем случае в данной работе и для стационарной станции, которая обслуживает соту, и для стационарной станции, которая обслуживает сектор. При централизованной архитектуре контроллер 130 системы обеспечивает координацию и управление базовыми станциями 110.
Терминал может быть фиксированным или мобильным телефоном, и его могут также называть подвижной станцией, беспроводным устройством, пользовательским оборудованием или использовать некоторую другую терминологию. Каждый терминал в любой заданный момент времени может осуществлять связь с нулевым количеством, с одной или с множеством базовых станций. В последующем описании термины «терминал» и «пользователь» используются взаимозаменяемо.
Система 100 может использовать мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), которое является методикой модуляции множества несущих, при которой всю ширину полосы пропускания системы делят на множество (K) ортогональных частотных поддиапазонов. Эти поддиапазоны также называют тонами, поднесущими, элементарными сигналами, частотными каналами и т.д. Каждый поддиапазон связан с соответствующей поднесущей, которую можно модулировать с помощью данных. Символы модуляции фактически посылают в частотной области с помощью OFDM. Система 100 может также использовать перемежаемый FDMA (IFDMA) или узкополосный FDMA (NFDMA). IFDMA передает данные и/или пилот-сигнал в поддиапазонах, которые равномерно разнесены по K поддиапазонам. NFDMA передает данные и/или пилот-сигнал в смежных поддиапазонах среди K поддиапазонов. Символы модуляции фактически посылают во временной области с помощью IFDMA и NFDMA.
Система 100 может определять каналы трафика для облегчения распределения и использования доступных системных ресурсов. Канал трафика является средством для передачи данных по воздуху, и его могут также называть каналом, физическим каналом, каналом данных, каналом передачи и т.д. Каналы трафика можно определять для различных видов системных ресурсов, таких как частота и время.
Фиг.2 показывает примерное разделение времени и частоты на частотно-временные блоки. Частотно-временной блок могут также называть блоком передачи или может использоваться некоторая другая терминология. Каждый частотно-временной блок соответствует определенному набору поддиапазонов в определенном временном интервале. Поддиапазоны могут быть сформированы с помощью OFDM, IFDMA, NFDMA или некоторой другой методики модуляции. Набор поддиапазонов может включать в себя один или множество поддиапазонов, которые могут быть непрерывными или распределенными по ширине полосы пропускания системы. Временной интервал может охватывать один или множество периодов символа, и его могут также называть слотом, временным интервалом, периодом интервала связи и т.д. Период символа является продолжительностью времени, в течение которой передают символ модуляции. N частотно-временных блоков доступны в каждом временном интервале, где N>1.
Фиг.2 также показывает примерное отображение канала трафика на запрограммированную последовательность частотно-временных блоков. Частотно-временные блоки для канала трафика могут скачкообразно изменяться по частоте в различных временных интервалах для достижения частотного разнесения, как показано на фиг.2. Канал трафика может быть связан с шаблоном скачкообразного изменения частоты (СИЧ, FH), который указывает определенный частотно-временной блок для использования для канала трафика в каждом временном интервале, пригодном для использования для передачи данных.
В варианте осуществления квазиортогонального мультиплексирования (QOM) определяют множество (M) наборов каналов трафика, причем каждый набор содержит множество (N) каналов трафика. Каждый канал трафика отображают на один частотно-временной блок в каждом временном интервале, используемом для передачи данных, и связывают с запрограммированной последовательностью частотно-временных блоков. N каналов трафика в каждом наборе ортогональны друг другу и нет двух каналов трафика в наборе, которые используют тот же самый частотно-временной блок. М наборов каналов перекрываются друг с другом, и М каналов трафика в М наборах отображают на каждый частотно-временной блок. В данной работе «перекрытие» и «перекрывающийся» относятся к использованию того же самого частотно-временного блока для множества каналов трафика, пакетов, передач и т.д.
Для М наборов каналов могут использовать случайное или обычное перекрытие. При случайном перекрытии отображение канала на ресурс для канала трафика в наборе каналов является псевдослучайным относительно отображений канала на ресурс для каналов трафика в каждом другом из M-1 наборов каналов. Случайное перекрытие может обеспечивать разнесение помех внутри сектора. При обычном перекрытии отображение канала на ресурс для канала трафика в наборе каналов - то же самое, как отображение канала на ресурс для одного из каналов трафика в каждом другом из М-1 наборов каналов. Следовательно, М каналов трафика отображают и повторно используют исключительно ту же самую последовательность частотно-временных блоков. Обычное перекрытие может использоваться для терминалов, которые являются пространственно не коррелированными. И для случайного, и для обычного перекрытия, методики приемной пространственной обработки могут использоваться для выделения перекрывающихся передач в том же самом частотно-временном блоке.
В общей сложности в системе доступно для использования М·N каналов трафика. Для простоты последующее описание предполагает, что каждому терминалу может быть назначен один канал трафика. Для заданного количества терминалов (U), планируемых для передачи, минимальное количество (L) наборов каналов может использоваться для этих терминалов для минимизации помех внутри сектора, где  и  обозначает оператор наименьшего целого числа, который обеспечивает целочисленное значение, которое равно или больше x. Каждому планируемому терминалу может быть назначен канал трафика из L наборов каналов.
Система может использовать H-ARQ, который также называют передачей с возрастающей избыточностью (ВИ, IR). При H-ARQ передатчик посылает одну или множество передач для пакета данных до тех пор, пока пакет не будет правильно декодирован приемником, или пока не будет послано максимальное количество передач. H-ARQ улучшает надежность передачи данных и поддерживает настройку скорости для пакетов при изменении условий в канале.
Фиг.3 показывает передачу H-ARQ в обратной линии связи. Терминал обрабатывает (например, кодирует и модулирует) пакет данных (пакет 1) и генерирует множество (Q) блоков данных, где Q>1. Блок данных могут также называть кадром, подпакетом или использовать некоторую другую терминологию. Каждый блок данных для пакета может содержать достаточную информацию, чтобы предоставить возможность базовой станции правильно декодировать пакет при благоприятных условиях в канале. Q блоков данных содержат различную информацию избыточности для пакета. Каждый блок данных можно посылать в любом количестве временных интервалов. Для примера, показанного на фиг.3, каждый блок данных посылают в одном временном интервале.
q
q
m
q
q
q
m
Терминал передает первый блок данных (блок 1) для пакета 1 во временном интервале 1. Базовая станция принимает и обрабатывает (например, демодулирует и декодирует) блок 1, определяет, что пакет 1 декодирован с ошибкой, и посылает отрицательное подтверждение (NAK) терминалу во временном интервале 2. Терминал принимает NAK и передает второй блок данных (блок 2) для пакета 1 во временном интервале 3. Базовая станция принимает блок 2, обрабатывает блоки 1 и 2, определяет, что пакет 1 все равно декодируется с ошибкой, и посылает назад NAK во временном интервале 4. Передача блока и ответ NAK могут продолжаться любое количество раз. Для примера, показанного на фиг.3, терминал передает  блоков данных ( блоков) для пакета 1 во временном интервале , где  ≤ Q. Базовая станция принимает блок , обрабатывает блоки 1- для пакета 1, определяет, что пакет декодирован правильно, и посылает назад ACK во временном интервале  + 1. Терминал принимает ACK и заканчивает передачу пакета 1. Терминал обрабатывает следующий пакет данных (пакет 2) и передает блоки данных для пакета 2 подобным образом.
На фиг.3 существует задержка в один временной интервал для ответа ACK/NAK для каждой передачи блока. Для улучшения использования канала терминал может передавать множество пакетов чередующимся образом. Например, терминал может передавать один пакет во временных интервалах с нечетным номером, а другой пакет - во временных интервалах с четным номером. Можно также чередовать более двух пакетов для более длительной задержки ACK/NAK.
Фиг.3 показывает передачу и NAK, и ACK. Для схемы на основе ACK, которая принята для приведенного ниже описания, ACK посылают только в том случае, если пакет декодирован правильно, а NAK не посылают и предполагается, что он существует при отсутствии ACK.
a
b
c
Фиг.4 показывает передачи H-ARQ для трех терминалов ,  и . Каждый терминал может передавать новый пакет, начиная с любого временного интервала. Каждый терминал может также передавать любое количество блоков данных для каждого пакета и может передавать другой пакет после приема ACK для текущего пакета. Пакеты, передаваемые каждым терминалом, таким образом появляются асинхронно относительно пакетов, передаваемых другими терминалами.
a
b
c
При обычном перекрытии терминалы ,  и  передают в той же самой последовательности частотно-временных блоков. Каждый терминал в таком случае создает помехи другим двум терминалам для каждой передачи блока. При случайном перекрытии эти терминалы передают в различных последовательностях частотно-временных блоков. Каждый терминал может создавать помехи нулевому количеству, одному или обоим из двух других терминалов для каждой передачи блока.
Фиг.5 показывает передачу H-ARQ для терминала в частотно-временной плоскости. Передачи блока от терминала скачкообразно изменяются по частоте в различных временных интервалах. Каждая передача блока создает помехи другим терминалам, которым назначен тот же самый частотно-временной блок.
Множество терминалов могут передавать в том же самом частотно-временном блоке при квазиортогональном мультиплексировании. Как показано на фиг.4 и 5, каждый терминал подвергается помехам и создает помехи другим перекрывающимся с ним терминалам, которые являются терминалами, которые используют тот же самый частотно-временной блок. Перекрывающиеся терминалы отличаются при случайном и обычном перекрытии. Независимо от типа перекрытия, помехи могут ухудшать работу всех терминалов, которые подвергаются воздействию помех. Вредное влияние помех можно уменьшать, как описано ниже.
Каждая базовая станция оборудована множеством (R) антенн, которые могут использоваться для передачи и приема данных. Каждый терминал может быть оборудован одной или множеством антенн для передачи и приема данных. В обратной линии связи базовая станция может принимать данные от нулевого количества, от одного или от множества терминалов в каждом частотно-временном блоке. В общем случае количество терминалов, которые могут передавать в том же самом частотно-временном блоке, ограничено количеством антенн в базовой станции, что определяет способность базовой станции отделять перекрывающиеся передачи. Для простоты последующее описание предполагает, что каждый терминал оборудован одной антенной и что базовая станция принимает передачи от L терминалов в каждом частотно-временном блоке.
h
u
k, t
Канал с одним входом и множеством выходов (SIMO) формируют между одной антенной в терминале и R антеннами в базовой станции. Канал SIMO можно характеризовать с помощью R×1 вектора характеристик канала (), который может быть выражен как:
h
u
u,1
u,2
u,R
k, t
h
k, t
h
k, t
h
k, t
T
() = [() () … ()], (1)
h
k, t
j
u
j
k
t
t
t
n
u,j
«T»
где (), для  = 1,..., R, является сложным усилением канала от антенны в терминале к антенне  базовой станции для поддиапазона  во временном интервале , и  обозначает транспозицию. Временной интервал  может охватывать один или множество периодов символа. Для простоты характеристика канала, как предполагают, является постоянной по временному интервалу и не является функцией периода символа .
H
k
t
Канал с множеством входов и множеством выходов (MIMO) формируют между L антеннами в L терминалах и R антеннами базовой станции. Канал MIMO можно характеризовать с помощью R × L матрицы характеристик канала (, ), которая может быть выражена как:
H
h
h
k, t
k, t
, t
1
2
() = [() (k)]. (2)
H
H
k, t
k, t
k
t
Каждый столбец () соответствует вектору характеристик канала для одного терминала. Матрица характеристик канала () зависит от набора терминалов, использующих поддиапазон  во временном интервале .
Каждый терминал может передавать данные и пилот-сигнал от своей антенны в базовую станцию. Базовая станция получает принятые символы от R антенн для передач, посланных терминалами L. Принятые символы могут быть выражены как:
s
k, t, n
u
k
n
t
u
где () является символом данных, посылаемым терминалом  в поддиапазоне  в период символа  временного интервала ;
s
k, t, n
k
t
() является L×1 вектором с L символами данных, посылаемыми L терминалами в поддиапазоне  в период символа n временного интервала ;
r
k, t, n
k
n
t
() является R×1 вектором с R принятыми символами, полученными от R антенн базовой станции для поддиапазона  в период символа  временного интервала ; и
n
k, t, n
k
n
t
() является вектором шума для поддиапазона  в период символа  временного интервала .
I
В данной работе символ данных является символом модуляции для данных трафика/пакета, символ пилот-сигнала является символом для пилот-сигнала (который является данными, которые известны априорно и передатчику, и приемнику), символ модуляции является комплексным значением для точки в совокупности сигнала для схемы модуляции (например, M-PSK или M-QAM), и символ является комплексным значением. Для простоты можно предполагать, что шум является аддитивным белым Гауссовским шумом (AWGN) с нулевым средним вектором и матрицей ковариации  где - дисперсия шума, и  является единичной матрицей.
Базовая станция может использовать различные методики приемной пространственной обработки для отделения перекрывающихся передач в том же самом частотно-временном блоке. Эти методики приемной пространственной обработки включают в себя методику обращения в ноль незначащих коэффициентов (ZF), методику минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE), методику суммирования дифференциально взвешенных сигналов каждого канала (MRC) и т.д. Базовая станция может получать L×R матрицу пространственной фильтрации на основании методик ZF, MMSE или MRC, следующим образом.
где
H
k
t
Базовая станция может получать оценку для (, ) на основании пилот-сигналов, передаваемых терминалами. Для простоты данное описание не предполагает ошибку оценки канала.
Базовая станция может выполнять приемную пространственную обработку следующим образом:
(7)
М
M
M
M
k
t
k, t
k, t
k, t
zf
mmse
mrc
где (, ) может быть равным (), () или  ();
k
n
t
- L×1 вектор с L обнаруженными символами для поддиапазона  в период символа  временного интервала ; и
- шум после приемной пространственной обработки.
Обнаруженный символ является оценкой символа данных, передаваемого передатчиком.
k
n
Базовая станция может выполнять приемную пространственную обработку, как показано в уравнении (7), для каждого поддиапазона  в каждый период символа  для получения обнаруженных символов для этого поддиапазона и периода символа. Базовая станция может демультиплексировать обнаруженные символы для всех поддиапазонов и периодов символа на отдельные потоки обнаруженных символов для отдельных терминалов. Базовая станция может обрабатывать (например, демодулировать и декодировать) обнаруженные символы для каждого терминала (например, после каждой передачи блока) для получения декодированного пакета для терминала.
Базовая станция может оценивать помехи, вызванные каждым правильно декодированным пакетом, и вычитать оцененные помехи из принятых символов для частотно-временных блоков, в которых передают пакет. Если оцененные помехи достаточно точные, то символы без помех имеют более высокое качество, и вероятность правильного декодирования ожидающего обработки пакета, переданного в одном или большем количестве этих частотно-временных блоков, улучшается. Ожидающий обработки пакет - пакет, который не был правильно декодирован и для которого может быть выполнено декодирование. Пакет обычно удаляют после того, как выполнена последняя передача блока и декодирование закончилось неудачно для всех Q передач блоков для пакета.
d
u
d
u
d
Для оценки помех из-за правильно декодированного пакета  для терминала  базовая станция сначала обрабатывает (например, кодирует и модулирует) пакет  тем же самым образом, как это делает терминал , для получения повторно модулированных символов данных. Базовая станция затем оценивает помехи из-за пакета  на основании повторно модулированных символов данных и векторах характеристик канала для терминала u, следующим образом:
i
u
k, t, n
d
k
t
n
где  () является R×1 вектором оцененных помех из-за пакета  в поддиапазоне  в период символа  временного интервала .
Базовая станция затем удаляет оцененные помехи из входных символов для получения символов без помех следующим образом:
r
ip
k, t, n
k
n
t
где () является R×1 вектором с R вводимыми символами для поддиапазона  в период символа  временного интервала ; и
r
ic,u
k, t, n
k
n
t
() является R×1 вектором с R символами без помех для поддиапазона  в период символа  временного интервала .
r
ip
k, t, n
В общем случае входные символы в () могут быть равны принятым символам, полученным от антенн базовой станции, или символам без помех, полученным от предшествующего удаления помех.
H
H
M
H
M
u
u
u
u
k, t
k, t
u
k, t
k, t
k, t
Базовая станция выполняет приемную пространственную обработку символов без помех для получения новых обнаруженных символов. Если были удалены помехи только от терминала u, то базовая станция сначала формирует R×(L-1) матрицу характеристик канала (), которая содержит все столбцы (), за исключением столбца для терминала . Базовая станция затем получает (L-1)×R матрицу пространственной фильтрации () на основании () и используя методики ZF, MMSE или MRC. Базовая станция затем выполняет приемную пространственную обработку символов без помех с помощью матрицы пространственной фильтрации (), следующим образом:
k
n
t
d
u
где  является (L-1)×1 вектором с L-1 новыми обнаруженными символами для поддиапазона  в период символа  временного интервала . Из этих новых обнаруженных символов удалены помехи из-за пакета  от терминала .
k
n
t
d
d
d
Уравнения (8), (9) и (10) предназначены для оценки помех, удаления помех и приемной пространственной обработки, соответственно, для одного поддиапазона  в одном периоде символа  одного временного интервала . Базовая станция выполняет оценку помех, удаление помех и приемную пространственную обработку для всех поддиапазонов, периодов символов и временных интервалов, используемых для передачи пакета . Базовая станция затем демультиплексирует новые обнаруженные символы для терминалов, которые передают в частотно-временных блоках, используемых для пакета . Базовая станция может декодировать каждый пакет, который перекрывается по меньшей мере частично с пакетом  на основании новых и других обнаруженных символов, доступных для этого пакета.
a
b
c
c
b
1
2
3
3
0
3
4
2
4
6
1
6
Базовая станция может выполнять оценку помех, удаление помех и приемную пространственную обработку всякий раз, когда пакет декодирован правильно для какого-либо терминала. Для примера, показанного на фиг.4, базовая станция может декодировать пакет P1a для терминала  после передачи первого блока (B1) в момент времени T, и снова после передачи второго блока (B2) в момент времени T, и снова после передачи третьего блока (B3) в момент времени T. После правильного декодирования пакета P1a в момент времени T, базовая станция может оценивать и удалять помехи из-за этого пакета из входных символов в течение моментов времени T-T. Базовая станция может также декодировать каждый пакет для терминалов  и  после передачи каждого блока. После правильного декодирования P1c пакета для терминала  в момент времени T, базовая станция может оценивать и удалять помехи из-за этого пакета из входных символов в течение множества моментов времени T-T. После правильного декодирования пакета P1b для терминала  в момент времени T, базовая станция может оценивать и удалять помехи из-за этого пакета из входных символов в течение множества моментов времени T-T. Ту же самую обработку можно выполнять для остальных передач.
Оценку и удаление помех для входных символов для данного частотно-временного блока можно выполнять до L-1 раз. Каждый раз, когда выполняют оценку и удаление помех, матрица характеристик канала уменьшается на один столбец, матрица пространственной фильтрации уменьшается на одну строку, порядок разнесения увеличивается на единицу, новые обнаруженные символы получают из символов без помех для количества терминалов, которое на один меньше, и отношение «сигнал к шуму и помехам» (SINR) для новых обнаруженных символов улучшается.
i
s
s
H
i
H
s
r
r
r
r
i
r
r
t
t
t
t
t
t
t
ip
ic
ic
ip
t
ic
ip
k, t, n
k
n
t
k, t, n
k, t, n
k, t, n
k, t, n
k, t, n
k, t, n
k, t, n
k, t, n
k, t, n
k, t, n
k, t, n
k, t, n
k, t, n
Оценку и удаление помех можно выполнять для одного или большего количества правильно декодированных пакетов для данного частотно-временного блока. Общие помехи () для поддиапазона  в период символа  временного интервала  могут быть получены с помощью (1) формирования вектора () символов данных для всех правильно декодированных пакетов для этого поддиапазона и периода символа и (2) умножения () на матрицу () оценок канала для всех правильно декодированных пакетов для этого поддиапазона и периода символа, или () = ()·(). Затем можно удалять все помехи из входных символов () для получения символов без помех (), или () = () - (). Символы без помех () затем заменяют (например, перезаписывают) входные символы ().
Базовая станция может выборочно выполнять оценку и удаление помех, например, для уменьшения количества обработки, необходимой для приема данных.
a
b
c
a
b
c
c
a
b
3
4
4
5
Базовая станция может декодировать пакеты различным образом. В одном из вариантов осуществления базовая станция декодирует пакеты от терминалов в последовательном порядке в каждом временном интервале. Для примера, показанного на фиг.4, базовая станция может сначала декодировать пакет от терминала , затем - пакет от терминала , и затем - пакет от последнего терминала . Всякий раз,когда пакет декодирован правильно, базовая станция может оценивать и удалять помехи из-за пакета, и может декодировать каждый ожидающий обработки пакет с удаленными помехами от правильно декодированного пакета. Например, в момент времени T базовая станция может оценивать и удалять помехи из-за правильно декодированного пакета P1a для терминала , а затем может декодировать пакет P1b для терминала  и P1c пакет для терминала . В момент времени T базовая станция может оценивать и удалять помехи из-за правильно декодированного пакета P1c для терминала , а затем может повторно декодировать пакет P2a для терминала  и пакет P1b для терминала . Повторное декодирование относится к новой попытке декодирования новых обнаруженных символов. Альтернативно, базовая станция может пропускать повторное декодирование пакетов P2a и P1b в момент времени T и может просто декодировать эти пакеты с новыми обнаруженными символами в момент времени T.
В другом варианте осуществления базовая станция декодирует пакеты от всех терминалов по существу параллельно в каждом временном интервале. Базовая станция затем идентифицирует все правильно декодированные пакеты для временного интервала и оценивает и удаляет помехи из-за этих пакетов. Базовая станция может затем повторно декодировать каждый пакет, который перекрывается по меньшей мере частично с каким-либо правильно декодированным пакетом.
В еще одном варианте осуществления базовая станция выполняет последовательное удаление помех и декодирование. Базовая станция декодирует пакеты от всех терминалов по существу параллельно в каждом временном интервале и идентифицирует все правильно декодированные пакеты для временного интервала. Базовая станция оценивает и удаляет помехи из-за правильно декодированного пакета от терминала с самым сильным сигналом и затем повторно декодирует каждый пакет, который перекрывается по меньшей мере частично с этим правильно декодированным пакетом. Если какой-нибудь пакет все равно декодируют с ошибкой, то базовая станция оценивает и удаляет помехи из-за правильно декодированного пакета от следующего пользователя с самым сильным сигналом (если существует) и затем повторно декодирует каждый пакет, который перекрывается по меньшей мере частично с этим правильно декодированным пакетом. Последовательный процесс продолжается до тех пор, когда или (1) помехи от всех правильно декодированных пакетов удалены, или (2) все пакеты правильно декодированы.
В общем случае базовая станция может (1) повторно декодировать пакет всякий раз, когда новые обнаруженные символы получены для пакета в результате удаления помех из-за правильно декодированных пакетов, или (2) декодировать пакет после следующей передачи блока для пакета. Повторное декодирование пакета всякий раз, когда получены новые обнаруженные символы, может привести к более раннему завершению пакета и может улучшить производительность системы за счет большего количества попыток декодирования. Базовая станция может также выборочно выполнять повторное декодирование. Например, базовая станция может повторно декодировать пакет, если (1) последняя передача блока была принята для пакета, (2) новые обнаруженные символы получены для B или большего количества блоков данных, где B может быть любым значением, равным или больше единицы, (3) новые обнаруженные символы получены для предопределенного или большего процента от количества всех символов, принятых для пакета, или (4) выполняется некоторый другой критерий.
Фиг.6 показывает процесс 600 приема пакетов, передаваемых с H-ARQ. Процесс 600 может выполняться базовой станцией для каждого временного интервала, в котором принимают новые передачи блока. Базовая станция принимает передачи блока для пакетов в частотно-временных блоках, используемых этими пакетами (этап 612). Базовая станция оценивает характеристику канала для каждого терминала, который посылает передачу блока, и выполняет приемную пространственную обработку входных символов с характеристиками канала для получения обнаруженных символов (этап 614). Базовая станция затем демодулирует и декодирует каждый пакет на основании всех обнаруженных символов, полученных для всех передач блока, принятых для данного пакета (этап 616).
Затем определяют, был ли по меньшей мере один пакет декодирован правильно (этап 618). Если ответ - «нет», то процесс заканчивается. Иначе, передачу H-ARQ для каждого правильно декодированного пакета заканчивают, например, посылая ACK за пакетом (этап 620). Помехи из-за каждого правильно декодированного пакета оценивают, например, кодируя и модулируя пакет и умножая результирующие символы на оценки канала для пакета (этап 622). Оцененные помехи из-за каждого правильно декодированного пакета вычитают из входных символов для частотно-временного блока(ов), используемого данным пакетом (этап 624).
Базовая станция затем выполняет приемную пространственную обработку символов без помех для частотно-временного блока(ов), используемого правильно декодированным пакетом(ами), для получения новых обнаруженных символов для пакетов, декодированных с ошибкой и переданных в том же самом частотно-временном блоке(ах), как правильно декодированный пакет(ы) (этап 626). Базовая станция может демодулировать и декодировать каждый пакет, декодированный с ошибкой и перекрывающийся по меньшей мере частично с каким-либо правильно декодированным пакетом(ами) (этап 628). Один или большее количество пакетов могут быть декодированы правильно на этапе 628 в результате удаления помех из-за правильно декодированного пакета(ов). Процесс затем возвращается на этап 618 для определения, был ли какой-либо пакет декодирован правильно на этапе 628 и, если да, для выполнения удаления помех и декодирования еще раз.
Фиг.7 показывает структурную схему одной базовой станции 110 и двух терминалов 120x и 120y для передачи данных в обратной линии связи. Терминал 120x оборудован одной антенной 718x, терминал 120y оборудован множеством (T) антенн 718a-718t, и базовая станция 110 оборудована R антеннами 752a-752r.
В каждом из терминалов 120 блок 710 обработки ПРД данных обрабатывает (например, кодирует и модулирует) данные трафика/пакета и генерирует символы данных. В терминале 120x мультиплексор (МПЛ) 712 мультиплексирует символы данных с символами пилот-сигнала и обеспечивает передачу потока передаваемых символов к блоку 716x передатчика (ПРДТ). Каждый передаваемый символ является символом, который будут передавать от одной антенны в одном поддиапазоне в одном периоде символа. В терминале 120y блок 714 ПРД пространственной обработки выполняет пространственную обработку символов данных, мультиплексирует с символами пилот-сигнала и обеспечивает передачу T потоков передаваемых символов в T блоки 716a-716t передатчика. Символы пилот-сигнала для перекрывающихся терминалов можно генерировать с различными ортогональными кодами или мультиплексировать некоторым другим образом для предоставления возможности базовой станции оценивать характеристику канала для каждого терминала. Для обоих терминалов 120x и 120y каждый блок 716 передатчика обрабатывает поток передаваемых символов и генерируют модулированный сигнал обратной линии связи (ОЛС, RL), который передают от соответствующей антенны 718.
В базовой станции 110 R антенн 752a-752r принимают модулированные сигналы ОЛС, передаваемые терминалами, и каждая антенна обеспечивает передачу принятого сигнала к соответствующему блоку 754 приемника (ПРМН). Каждый блок 754 приемника выполняет обработку, обратную к обработке, выполняемой блоками 716 передатчика, обеспечивает передачу принятых символов пилот-сигнала в блок 758 оценки канала и обеспечивает передачу принятых символов данных в блок 760 удаления помех. Блок 758 оценки канала получает оценку канала ОЛС для каждого терминала 120 на основании пилот-сигнала, принятого от этого терминала. Блок 760 удаления помех принимает оцененные помехи из-за правильно декодированных пакетов, удаляет оцененные помехи из входных символов и обеспечивает передачу символов без помех к блоку 762 ПРМ пространственной обработки. Символы без помех равны принятым символам, если удаление помех не выполнено.
Блок 762 ПРМ пространственной обработки выполняет приемную пространственную обработку символов без помех с оценками канала ОЛС от блока 758 оценки канала и обеспечивает передачу обнаруженных символов. Блок 764 обработки ПРМ данных обрабатывает (например, демодулирует и декодирует) обнаруженные символы и обеспечивает передачу декодированных пакетов для каждого терминала. Блок 766 обработки ПРД данных обрабатывает (например, кодирует и модулирует) каждый правильно декодированный пакет и обеспечивает передачу повторно модулированных символов данных. Блок 768 оценки помех оценивает помехи из-за каждого правильно декодированного пакета и обеспечивает передачу оцененных помех к блоку 760 удаления помех.
Для H-ARQ, блок 764 обработки ПРМ данных может декодировать пакет после каждой передачи блока для пакета. Контроллер 780 принимает результат декодирования для каждой передачи блока и генерирует ACK, если пакет декодирован правильно. ACK для всех терминалов обрабатывают с помощью блока 784 обработки сигналов и блока 786 ПРД пространственной обработки, приводят к определенной форме с помощью блоков 754 передатчика и передают от антенн 752. В каждом терминале 120 сигналы прямой линии связи, передаваемые базовой станцией 110, принимают с помощью антенны 718 и приводят к определенной форме с помощью блока(ов) 716 приемника для получения принятых символов. В терминале 120x блок 734x обнаружения сигналов обрабатывает принятые символы и обеспечивает передачу ACK на терминал 120x. В терминале 120y принятые символы обрабатывают с помощью блока 732 ПРМ пространственной обработки и блока 734y обнаружения сигналов для получения ACK, которые передали на терминал 120y. Контроллеры 720x и 720y управляют передачей блоков и пакетов для терминалов 120x и 120y, соответственно, на основании ACK, обеспеченных с помощью блоков 734x и 734y обнаружения сигналов соответственно.
Контроллеры 720x, 720y и 780 управляют работой различных блоков обработки в терминалах 120x и 120y и в базовой станции 110 соответственно. Блоки памяти 722x, 722y и 782 хранят данные и коды программ, используемые контроллерами 720x, 720y и 780 соответственно.
Фиг.8 показывает структурную схему варианта осуществления блока 710 обработки ПРД данных, который может использоваться для блоков 710x, 710y и 766 обработки ПРД данных на фиг.7. Для ясности ниже описана обработка для одного пакета данных. В пределах блока 710 обработки ПРД данных генератор 812 циклического избыточного кода (ЦИК, CRC) генерирует значение ЦИК для пакета данных и добавляет значение ЦИК к пакету данных для формирования форматированного пакета. Значение ЦИК используется приемником для проверки, декодирован ли пакет правильно или с ошибкой. Могут также использоваться другие коды обнаружения ошибок, кроме ЦИК. Блок 814 кодирования прямой коррекции ошибок (ПКО, FEC) затем кодирует форматированный пакет в соответствии с выбранной схемой кодирования или скоростью кодирования и обеспечивает передачу кодированного пакета. Блок 814 кодирования ПКО может осуществлять блочное кодирование, сверточное кодирование, турбо кодирование, некоторое другое кодирование или их комбинацию.
Блок 816 разделения на части делит кодированный пакет на Q кодированных подпакетов, где Q может зависеть от скорости, выбранной для пакета. Первый кодированный подпакет может содержать все систематические биты и ноль или большее количество битов четности. Это позволяет приемнику восстанавливать пакет данных только с помощью первого кодированного подпакета при благоприятных условиях в канале. Другие Q-1 кодированных подпакетов могут содержать остальные биты четности, причем каждый подпакет содержит биты четности, вычисленные по всему кодированному пакету. Блок 818 перемежения принимает кодированные подпакеты Q, перемежает (т.е. переупорядочивает) биты кода в каждом подпакете в соответствии со схемой перемежения, и обеспечивает передачу этого подвергшегося перемежению подпакета в некоторый момент времени. Перемежение обеспечивает временное, частотное и/или пространственное разнесение для битов кода. Блок 820 отображения символов отображает перемежаемые данные в каждом подпакете на символы модуляции на основании выбранной схемы модуляции. Блок 820 отображения символов обеспечивает передачу блока символов данных для каждого кодированного подпакета.
H
H
k, t
k, t
Терминал 120y с множеством антенн может передавать один или множество потоков от T антенн. Например, терминал 120y может выполнять формирование диаграммы направленности и передавать один поток данных и пилот-сигнала от всех T антенн. Базовая станция 110 тогда будет получать комплексную оценку канала ОЛС для всех T антенн, и матрица характеристик канала () будет включать в себя один столбец для всех T антенн. В качестве другого примера, терминал 120y может передавать один поток данных и пилот-сигналов от каждой из T антенн. Базовая станция 110 тогда будет получать оценку канала ОЛС для каждой антенны, и матрица характеристик канала () будет включать в себя T столбцов для T антенн. Терминал 120y может также передавать множество потоков от T антенн другим образом.
Фиг.9 показывает структурную схему варианта осуществления блока 716 передатчика с одной антенной. В пределах блока 716 передатчика блок 912 отображения символа на поддиапазон отображает передаваемые символы на надлежащие поддиапазоны, используемые для передачи данных, отображает нулевые символы (которые являются значениями нулевого сигнала) на неиспользуемые поддиапазоны, и обеспечивает передачу выводимых символов. Блок 914 обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ, IFFT) преобразовывает каждый набор из K выводимых символов для всех K поддиапазонов на временную область с помощью K-точечного ОБПФ и обеспечивает передачу преобразованного символа, который содержит K элементарных сигналов временной области. Генератор 916 циклического префикса повторяет C элементарных сигналов каждого преобразованного символа и генерируют символ OFDM, который содержит K + C элементарных сигналов. Повторяющуюся часть называют циклическим префиксом и используют для борьбы с межсимвольными помехами (ISI), вызванными избирательным замиранием частот. ПД радиочастотный (РЧ) блок 918 приводит к определенной форме (например, преобразовывает в аналоговую форму, фильтрует, усиливает и преобразовывает с повышением частоты) поток элементарных сигналов от генератора 916 и генерирует модулированный сигнал для передачи от соответствующей антенны.
Фиг.10 показывает структурную схему части базовой станции 110. R антенн 752a-752r принимают модулированные сигналы от терминалов 120 и обеспечивают передачу R принятых сигналов к R блокам 754a-754r приемника соответственно. В пределах каждого блока 754 приемника ПРМ РЧ блок 1012 приводит к определенной форме и переводит в цифровую форму принятый сигнал и обеспечивает передачу потока выборок. Демодулятор (ДЕМОД) 1014 OFDM выполняет демодуляцию OFDM потока выборок с помощью (1) удаления циклического префикса в каждом принятом символе OFDM для получения принятого преобразованного символа и (2) преобразования в частотную область каждого принятого преобразованного символа с помощью K-точечного быстрого преобразования Фурье (БПФ) для получения K принятых символов для K поддиапазонов. Демультиплексор (ДМПЛ) 1016 демультиплексирует принятые символы, обеспечивает передачу принятых символов пилот-сигнала в блок 758 оценки канала и обеспечивает передачу принятых символов данных в блок 760 удаления помех. Блок 760 удаления помех вычитает оцененные помехи из входных символов и обеспечивает передачу символов без помех. Оцененные помехи равны нулю для частотно-временных блоков без удаления помех.
Блок 762 ПРМ пространственной обработки включает в себя блок 1022 пространственного обнаружения, блок 1024 обратного отображения поддиапазона на символ и блок 1026 вычисления матрицы. Блок 1026 принимает оценки канала от блока 758 оценки канала, формирует матрицу характеристик канала для каждого поддиапазона в каждом временном интервале и генерирует матрицу пространственной фильтрации на основании матрицы характеристик канала. Блок 1022 пространственного обнаружения выполняет приемную пространственную обработку символов без помех с помощью матрицы пространственной фильтрации и обеспечивает передачу обнаруженных символов. Блок 1024 обратного отображения демультиплексирует обнаруженные символы для всех K поддиапазонов и обеспечивает передачу потока обнаруженных символов для каждого терминала.
Блок 768 оценки помех включает в себя блок 1032 отображения символа на поддиапазон и блок 1034 умножения. Блок 1032 отображения принимает от блока 766 обработки ПРД данных повторно модулированные символы данных для правильно декодированных пакетов и отображает эти символы на надлежащие поддиапазоны. Блок 1034 умножения умножает каждый повторно модулированный символ данных на надлежащий вектор характеристик канала и обеспечивает передачу оцененных помех.
Фиг.11 показывает структурную схему варианта осуществления блока 764 обработки ПРМ данных. Для ясности ниже описана обработка для одного пакета от одного терминала. В пределах блока 764 обработки ПРМ данных блок 1112 обратного отображения символа принимает обнаруженные символы для каждой передачи блока, демодулирует обнаруженные символы в соответствии со схемой модуляции, используемой для данного блока, и обеспечивает передачу блока демодулированных данных к блоку 1114 обратного перемежения. Блок 1114 обратного перемежения инициализируют со «стираниями» до приема первого блока пакета данных. «Стирание» - значение, которое заменяет недостающий бит кода (например, еще не принятого бита кода) и которому задают соответствующий вес в процессе декодирования. Блок 1114 обратного перемежения выполняет обратное перемежение каждого блока демодулированных данных способом, который является обратным к перемежению, выполненному для этого блока.
Когда передачу блока или новые обнаруженные символы принимают для пакета, декодирование можно выполнять снова для всех блоков, принятых для этого пакета. Блок 1116 повторной сборки формирует пакет обратно перемеженных данных, которые содержат (1) обратно перемеженные данные для всех блоков, принятых для пакета и (2) «стирания» для блоков, не принятых для пакета. Блок 1116 повторной сборки выполняет повторную сборку способом, который является обратным к разделению на части, выполненному терминалом. Декодер 1118 ПКО декодирует пакет обратно перемеженных данных способом, обратным к кодированию ПКО, выполненному терминалом, и обеспечивает передачу декодированного пакета. Например, декодер 1118 ПКО может быть турбо декодером или декодером Витерби, если терминал выполняет турбо кодирование или сверточное кодирование, соответственно. Блок 1120 проверки ЦИК проверяет декодированный пакет, определяет, декодирован ли пакет правильно или с ошибкой, и обеспечивает передачу состояния декодированного пакета.
Для ясности, методики приема данных были описаны конкретно для передач обратной линии связи. Эти методики могут также использоваться для передач прямой линии связи. Терминал может принимать пакеты от множества базовых станций и может обрабатывать эти пакеты с помощью удаления помех описанным выше способом.
Описанные методики приема данных можно воплощать с помощью различных средств. Например, эти методики можно воплощать в оборудовании, в программном обеспечении или в их комбинации. Для воплощения в оборудовании блоки обработки, например процессоры и контроллеры, используемые для приема данных, можно воплощать в пределах одной или большего количества специализированных интегральных схем (СпИС), процессоров цифровой обработки сигналов (ПЦОС), устройств цифровой обработки сигналов (УЦОС), программируемых логических устройств (ПЛУ), программируемых пользователем вентильных матриц (ППВМ), процессоров, контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров, электронных устройств, других электронных блоков, предназначенных для выполнения описанных функций, или их комбинаций. Например, блок 768 оценки помех, блок 760 удаления помех, блок 762 ПРМ пространственной обработки, блок 764 обработки ПРМ данных и блок 766 обработки ПРД данных можно воплощать в одном или большем количестве процессоров, ПЦОС и т.д. Блок 768 оценки помех и блок 760 удаления помех можно воплощать вместе с помощью блока обработки помех, или они могут быть частью блока обработки, который также воплощает блок 762 ПРМ пространственной обработки. Также возможны различные другие воплощения блоков обработки.
Для программного воплощения данные методики можно осуществлять с помощью модулей (например, процедур, функций и т.д.), которые выполняют описанные функции. Программные коды можно хранить в блоке памяти (например, в блоке памяти 782 на фиг.7) и выполнять с помощью процессора (например, контроллера 780). Блок памяти можно воплощать в пределах процессора или вне процессора.
Предыдущее описание раскрытых вариантов осуществления обеспечено для того, чтобы предоставить возможность любому специалисту в данной области техники изготавливать или использовать настоящее изобретение. Различные модификации этих вариантов осуществления будут вполне очевидны специалистам, и общие принципы, определенные в данной работе, можно применять к другим вариантам осуществления, не отступая от сущности или объема изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено показанными вариантами осуществления, но должно соответствовать самому широкому объему, совместимому с раскрытыми принципами и новыми признаками.