СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПТИМИЗАЦИИ НИСХОДЯЩЕЙ СВЯЗИ МЕЖДУ БАЗОВОЙ И МОБИЛЬНОЙ СТАНЦИЯМИ
METHOD AND DEVICE FOR OPTIMISATION OF DOWNLINK BETWEEN BASE STATION AND MOBILE TERMINAL

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область изобретения
Эта заявка относится к оптимизации нисходящей связи между базовой станцией и удаленным терминалом с разделением мощности в системе беспроводной связи и, более конкретно, к базовой станции с управляемым разделением мощности для оптимизации нисходящей связи.
2. Описание материалов, использованных при экспертизе заявки
Документ IEEE 802.16м с описанием системы IEEE 802.16m-08/003rl от 15 апреля 2008 года был предназначен для изменения спецификации IEEE 802.16 WirelessMAN-OFDMA, чтобы обеспечить усовершенствованный радиоинтерфейс для работы в лицензируемых диапазонах. Проект должен был описать условия, которые удовлетворяют повышенные требования IMT сотового уровня следующего поколения мобильных сетей и обеспечивают поддержку беспроводного оборудования Wireless MAN-OFDMA. Кроме того, цель проекта состояла в том, чтобы обеспечить повышение производительности, чтобы поддерживать будущие усовершенствования в обслуживании и приложения, такие как описанные ITU в отчете ITU-R M.2072.
Однако предложение, изложенное в проекте, оставляет в стороне и многие желательные вещи. Например, одна цель в соответствии со стандартом может состоять в том, чтобы минимизировать общий ресурс мощности путем управления мощностью базовой станции и обеспечить минимальные требования по параметру сигнал-шум для зарегистрированных пользователей. Достижение этой цели представляет собой нелинейную задачу оптимизации, которую трудно решить. Возникают два главных аспекта: выполнимость и оптимальность. Иными словами, должен быть практически реализован план оптимальной мощности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одной целью изобретения оно обеспечивает способ оптимизации нисходящей связи между базовой станцией и мобильными станциями в системе беспроводной связи. Способ включает получение идентификаторов пользователей и геометрических величин для мобильных станций, которые связаны с зарегистрированными пользователями системы. Способ также включает связь величин мощности схемы управления модуляцией (MCS) с соответствующими пользователями в ответ на соответствующие геометрические величины, инициализируя накопитель энергии, идентифицируя пользователей, которые имеют величину мощности MCS больше опорной величины мощности MCS, как пользователей высокой мощности, и вычисление разницы мощности для каждого из пользователей высокой мощности. Разница мощности является разницей между геометрической величиной, связанной с каждым из пользователей высокой мощности, и опорной геометрической величиной, связанной с опорной величиной мощности MCS, соответственно. Способ дополнительно включает накопление в накопителе разницы мощности, связанной с соответствующими пользователями высокой мощности, суммируя разницы мощности. Способ дополнительно включает идентификацию пользователей, которые имеют величину мощности MCS ниже опорной величины мощности MCS, как маломощных пользователей, связывая увеличенные геометрические величины, по меньшей мере, с некоторыми из маломощных пользователей, извлекая из накопителя соответствующее количество энергии до истощения накопителя, определяя новые MCS, по меньшей мере, для некоторых из маломощных пользователей на основе увеличенных геометрических величин и осуществляя передачу управляющей информации маломощным пользователям, используя схемы модуляции и управления, идентифицированные соответствующими новыми MCS на уровнях мощности, связанных с новыми MCS.
Геометрические величины могут включать величины отношения сигнал-шум.
Отношение сигнал-шум может быть представлено величиной помехи от сигнала, полученного от мобильных станций.
Соединение величин мощности MCS может включить назначенные величины мощности MCS в соответствии с диапазонами, в которых находятся геометрические величины.
Способ может дополнительно включать сортировку идентификаторов пользователей в порядке увеличения или уменьшения геометрических величин.
Соединение увеличенных геометрических величин, по меньшей мере, с некоторыми из маломощных пользователей может включать соединение опорной геометрической величины с маломощными пользователями в порядке увеличения геометрии.
Опорная величина мощности MCS может быть самой высокой величиной мощности MCS, требуемой для управления линией нисходящей связи.
Инициирование передачи управляющей информации маломощным пользователям может побудить систему управления базовой станцией сформировать кадр, включающий контрольное поле, для передачи зарегистрированным пользователям, используя новые MCS и связанные с ними уровни мощности.
Способ может дополнительно включать выделение опорной MCS, соответствующей опорной величине мощности MCS пользователей высокой мощности, и установление связи с пользователями высокой мощности, используя опорную MCS.
В соответствии с другой целью изобретения, оно обеспечивает машиночитаемый носитель, кодированный кодами команд для процессора для выполнения любого из способов, описанных выше.
В соответствии с еще одной целью изобретения обеспечивается устройство для оптимизации нисходящей связи между базовой станцией и мобильными станциями в системе беспроводной связи. Устройство имеет вход для получения идентификаторов пользователей и геометрических величин для мобильных станций, которые связаны с зарегистрированными пользователями системы. Устройство также включает процессор, связанный с входом, причем процессор функционально сконфигурирован для ассоциативной связи величин мощности схемы управления модуляцией (MCS) с соответствующими пользователями в ответ на соответствующие геометрические величины, инициирует накопитель энергии, идентифицирует пользователей, которые имеют величину мощности MCS больше опорной величины мощности MCS, как пользователей высокой мощности, и вычисляет разницу мощности для каждого из пользователей высокой мощности. Разница мощности является разницей между геометрической величиной, связанной с каждым из пользователей высокой мощности, и опорной геометрической величиной, связанной с опорной MCS, соответственно. Процессор также функционально сконфигурирован для накопления в накопителе разниц мощности, связанных с соответствующими пользователями высокой мощности, суммируя величины разниц мощности и идентифицируя пользователей, которые имеют величину мощности MCS ниже опорной величины мощности MCS, как маломощных пользователей, и связывая увеличенные геометрические величины, по меньшей мере, с некоторыми из маломощных пользователей с извлечением из накопителя соответствующие количества энергии до истощения накопителя. Процессор также функционально сконфигурирован для определения новых MCS, по меньшей мере, для некоторых из маломощных пользователей на основе увеличенных геометрических величин. Устройство дополнительно включает выход, связанный с процессором для формирования сигналов, вызывающих передачу управляющей информации маломощным пользователям, используя схемы модуляции и управления, идентифицированные соответствующими новыми MCS на уровнях мощности, связанных с новыми MCS.
Геометрические величины могут включать величины отношения сигнал-шум.
Отношение сигнал-шум может быть представлено величинами отношения сигнал-шум, полученными от мобильных станций.
Процессор может быть функционально сконфигурирован для ассоциативной связи величин мощности MCS с пользователями в соответствии с диапазонами, в которых находятся геометрические величины.
Процессор может быть функционально сконфигурирован для сортировки идентификаторов пользователей в порядке увеличения или уменьшения геометрических величин.
Связь увеличенных геометрических величин, по меньшей мере, с некоторыми из маломощных пользователей может включать связь опорной геометрической величины маломощных пользователей в порядке увеличения геометрии.
Опорная величина мощности MCS может быть самой высокой величиной мощности MCS, требуемой для управления линией нисходящей связи.
Процессор может быть функционально сконфигурирован для формирования сигналов, составляющих кадр, включающий контрольное поле для передачи зарегистрированным пользователям в соответствии с новыми MCS на уровнях мощности, связанных с новыми MCS.
Процессор может быть функционально сконфигурирован, чтобы назначить опорную MCS, соответствующую опорной величине мощности MCS для пользователей высокой мощности, и передать контрольное поле пользователям высокой мощности, используя опорную MCS и связанный с ней уровень мощности.
Устройство может дополнительно включать базовую станцию в системе беспроводной связи.
Другие цели и признаки настоящего изобретения станут очевидными для обычных специалистов из анализа следующего описания конкретных примеров воплощения изобретения вместе с сопроводительными чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже описываются примеры воплощения настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
Фигура 1 - блок-схема универсальной сотовой системы связи, в которой могут быть реализованы цели настоящего изобретения.
Фигура 2 - блок-схема базовой станции, изображенной на фигуре 1.
Фигура 3 - блок-схема беспроводного терминала, изображенного на фигуре 1.
Фигура 4 - блок-схема примерной ретрансляционной станции, изображенной на фигуре 1.
Фигура 5 - логическая блок-схема примерного передатчика OFDM базовой станции, показанной на фигуре 2.
Фигура 6 - логическая блок-схема примерного приемника OFDM беспроводного терминала, показанного на фигуре 3.
Фигура 7 - принципиальная схема сетевой архитектуры, реализованной сотовой системой связи, показанной на фигуре 1, и соответствующая фигуре 1 документа IEEE 802.16m-08/003rl.
Фигура 8 - принципиальная схема архитектуры ретрансляционной станции, показанной на фигуре 4, и соответствующая фигуре 2 документа IEEE 802.16m-08/003rl.
Фигура 9 - схематическое представление эталонной модели сотовой системы связи, показанной на фигуре 1 и соответствующей фигуре 3 документа IEEE 802.16m-08/003rl.
Фигура 10 - схематическое представление структуры протокола в соответствии с IEEE 802.16м и соответствующее фигуре 4 IEEE 802.16m-08/003rl.
Фигура 11 - блок-схема плоскости обработки данных MS/BS в соответствии с IEEE 802.16м и соответствующая фигуре 5 документа IEEE 802.16m-08/003rl.
Фигура 12 - блок-схема обработки плоскости управления MS/BS в соответствии с IEEE 802.16м и соответствующая фигуре 6 документа IEEE 802.16m-08/003rl.
Фигура 13 - схематическое представление архитектуры основного протокола для поддержки системы с несколькими несущими и соответствующее фигуре 7 документа IEEE 802.16m-08/003rl.
Фигура 14 - блок-схема процесса, выполняемого процессором управления базовой станции для оптимизации нисходящей линии связи между базовой станцией и мобильными станциями в системе связи, показанной на фигуре 1 согласно первому примеру воплощения изобретения.
Фигура 15 - табличное представление ввода данных в процесс, показанный на фигуре 14.
Фигура 16 - справочная таблица, используемая процессором при выполнении процесса, показанного на фигуре 14.
Фигура 17 - табличное представление модульной схемы управления (MCS) величиной мощности, выделенной на вход, показанный на фигуре 14 в соответствии со справочной таблицей, показанной на фигуре 16.
Фигура 18 - таблица фигуры 17, отсортированная в порядке убывания.
Фигура 19 - табличное представление определения разниц мощности и сохранение указанных разниц в накопителе энергии.
Фигура 20 - табличное представление перераспределения мощности из накопителя энергии для маломощных пользователей.
Фигура 21 - табличное представление соединения новых величин мощности MCS по новой геометрии, показанной на фигуре 20.
Фигура 22 - табличное представление выделения целевых схем управления модуляцией согласно новой геометрии, показанной на фигуре 20.
Фигура 23 - табличное представление данных, полученных из процесса, показанного на фигуре 14.
Фигура 24 - схематическое представлением кадра OFDMA, содержащего данные, показанные на фигуре 23, для оптимизации использования мощности мобильными станциями.
Фигура 25 - табличное представление вычисления разниц мощности и накопления таких разниц мощности в накопителе энергии согласно второму примеру воплощения изобретения.
Фигура 26 - табличное представление выделения мощности из накопителя до маломощных пользователей, чтобы увеличить геометрию маломощных пользователей согласно второму примеру воплощения.
Фигура 27 - табличное представление новых величин целевой геометрии, связанных с соответствующими пользователями, согласно второму примеру воплощения.
Фигура 28 - табличное представление связи новых величин мощности MCS с новыми геометрическими величинами фигуры 27 и связь целевых схем управления модуляцией согласно новым величинам мощности MCS.
Фигура 29 - табличное представление выходных данных, полученных в результате выполнения процесса фигуры 14 в соответствии со вторым примером воплощения изобретения, при этом выходные данные, показанные на фигуре 29, включены в кадр OFDMA, показанный на фигуре 24, в соответствии со вторым примером воплощения изобретения для связи с новыми схемами управления модуляцией, которые оптимизируют использование мощности на мобильных станциях.
На различных фигурах для обозначения одинаковых элементов используются одни и те же цифровые позиции.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
КРАТКИЙ ОБЗОР БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ
На фигуре 1 показан центр управления базовой станцией (BSC) 10, который управляет беспроводной связью в пределах множества ячеек 12, которые обслуживаются соответствующими базовыми станциями (BS) 14. В некоторых конфигурациях каждая ячейка дополнительно делится на множество секторов или зон 13 (не показаны). В основном, каждая базовая станция 14 облегчает связь с мобильными станциями (MS), используя схему цифровой модуляции при ортогональном частотном уплотнении каналов (OFDM) и/или беспроводные терминалы 16, которые в пределах ячейки 12 связаны с соответствующей базовой станцией 14.
Перемещение мобильных станций 16 относительно базовых станций 14 приводит к существенным изменениям условий работы канала. Как показано на чертеже, базовые станции 14 и мобильные станции 16 могут включать многократные антенны, чтобы обеспечить пространственное разнесение при связи. В некоторых конфигурациях ретрансляционные станции 15 могут облегчить связь между базовыми станциями 14 и мобильными станциями 16. Мобильные станции 16 могут быть перенаправлены от любой из ячеек 12 к другой ячейке 12 сектора или зоны 13 (не показано), к базовой станции 14 или к ретрансляционной станции 15. В некоторых конфигурациях базовые станции 14 связаны друг с другом и с другой сетью (такой как базовая сеть или Интернет) (не показаны) по транспортной сети связи 11. В некоторых конфигурациях центр управления базовой станцией 10 не является необходимым.
Базовая станция
На фигуре 2 приведен пример базовой станции 14. Базовая станция 14 обычно включает систему управления 20, процессор группового сигнала 22, передатчик 24, приемник 26, многократные передающие антенны 28 и сетевой интерфейс 30. Приемник 26 получает радиочастотные сигналы, переносящие информацию от одной или нескольких удаленных передатчиков мобильных станций 16 (показаны на фигуре 3), и ретрансляционные станции 15 (показаны на фигуре 4). Малошумящий усилитель и фильтр (не показаны) могут быть использованы для усиления сигнала и удаления широкополосных помех из полученного сигнала для его последующей обработки. Схема преобразования с понижением частоты и оцифровки (не показана) затем преобразует полученный отфильтрованный сигнал с понижением частоты до сигнала промежуточной или групповой частоты, который затем оцифровывается в один или несколько цифровых потоков.
Процессор группового сигнала 22 обрабатывает оцифрованные потоки, чтобы извлечь информационные биты или биты данных, переданные в принятом сигнале. Эта обработка обычно включает операции демодуляции, декодирования и исправления ошибок. Процессор группового сигнала 22 обычно реализуется в виде одного или нескольких процессоров цифровых сигналов (DSP) или специализированных интегральных схем (ASIC). Затем информация передается через беспроводную сеть и сетевой интерфейс 30 или передается на другую мобильную станцию 16, обслуживаемую базовой станцией 14, либо прямо, либо с помощью одной из ретрансляционных станций 15.
Чтобы выполнить функции передачи, процессор группового сигнала 22 получает оцифрованные данные, которые могут представлять собой речь, данные или управляющую информацию, от сетевого интерфейса 30 под управлением системы управления 20, и формирует кодированные данные для передачи. Кодированные данные поступают на передатчик 24, где они модулируются одним или несколькими сигналами несущей, имеющими требуемую частоту или частоты передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированные сигналы несущей до уровня, подходящего для передачи, и передает модулированные сигналы несущей передающим антеннам 28 через соответствующую цепь (не показана). Модуляция и обработка сигналов описываются ниже более подробно.
Мобильная станция
На фигуре 3 представлен пример мобильной станции 16. Так же как и базовая станция 14, мобильная станция 16 включает систему управления 32, процессор группового сигнала 34, передатчик 36, приемник 38, многократные приемные антенны 40 и пользовательский интерфейс 42. Приемник 38 получает радиочастотные сигналы, переносящие информацию от одного или несколько базовых станций 14 и от ретрансляционных станций 15. Малошумящий усилитель и фильтр (не показаны) могут использоваться для усиления сигнала и удаления широкополосных помех из сигнала для его последующей обработки. Схема преобразования с понижением частоты и оцифровки (не показана) затем преобразует полученный отфильтрованный сигнал с понижением частоты в сигнал промежуточной или групповой частоты, который затем оцифровывается в один или несколько цифровых потоков.
Процессор группового сигнала 34 обрабатывает оцифрованные потоки, чтобы извлечь информационные биты или биты данных, переданные в сигнале. Эта обработка обычно включает операции демодуляции, декодирования и исправления ошибок. Процессор группового сигнала 34 обычно реализуется в одном или нескольких процессорах цифровых сигналов (DSP) и в специализированных интегральных схемах (ASIC).
При передаче процессор группового сигнала 34 получает оцифрованные данные, которые могут представлять собой речь, видео, данные или управляющую информацию, из системы управления 32 в кодированном виде. Кодированные данные поступают к передатчику 136, который используется модулятором для модулирования одного или нескольких сигналов несущей в требуемую частоту или частоты передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированные сигналы несущей до уровня, подходящего для передачи, и передает модулированный сигнал несущей антеннам 130 через согласующую цепь (не показана). Как известно специалистам в данной области, могут использоваться различные способы модуляции и обработки для передачи сигнала между мобильными станциями 16 и базовыми станциями 14 непосредственно или через ретрансляционные станции 15.
Модуляция OFDM
При модуляции OFDM полоса передачи делится на множество ортогональных несущих. Каждая несущая модулируется согласно передаваемым цифровым данным. Поскольку OFDM делит полосу передачи на множество несущих, полоса пропускания на одну несущую уменьшается и время модуляции на несущую увеличивается. Поскольку множество несущих передается параллельно, скорость передачи цифровых данных, или символов, на любой данной несущей ниже, чем когда используется одиночная несущая.
Модуляция OFDM включает использование быстрого обратного преобразования Фурье (IFFT) передаваемой информации. При демодуляции на принятом сигнале выполняется быстрое преобразование Фурье (FFT), чтобы восстановить переданную информацию. Практически, IFFT и FFT обеспечиваются цифровой обработкой сигналов, включающей обратное дискретное преобразование Фурье (IDFT) и дискретное преобразование Фурье (DFT), соответственно. Таким образом, типичный признак модуляции OFDM заключается в том, что ортогональные несущие формируются для многократных полос в пределах канала передачи. Модулируемые сигналы являются цифровыми сигналами, имеющими относительно низкую скорость передачи и способные к пребыванию в пределах их соответствующих полос. Отдельные несущие не модулируются непосредственно цифровыми сигналами. Вместо этого все несущие модулируются сразу обработкой IFFT.
При работе OFDM предпочтительно используется, по меньшей мере, для передачи сигналов по нисходящей линии связи от базовых станций 14 к мобильным станциям 16. Каждая из базовых станций 14 имеет "n" передающих антенн 28 (n>=1), и каждая из мобильных станций 16 имеет "m" приемных антенн 40 (m>=1). Отметим, что соответствующие антенны могут использоваться для приема и передачи с помощью соответствующих дуплексеров или переключателей и называются так только для ясности изложения.
Когда используются ретрансляционные станции 15, OFDM предпочтительно используется для передачи сигналов по нисходящей линии связи от базовых станций 14 к ретрансляционным станциям и от ретрансляционных станций к мобильным станциям 16.
Ретрансляционная станция
На фигуре 4 показана примерная ретрансляционная станция 15. Аналогично базовым станциям 14 и мобильным станциям 16, ретрансляционная станция 15 имеет систему управления 132, процессор группового сигнала 134, передатчик 136, приемник 138, многократные антенны 130 и ретранслятор 142. Ретранслятор 142 позволяет ретрансляционной станции 15 установить связь между одной из базовых станций 14 и одной из мобильных станций 16. Приемник 138 получает радиочастотные сигналы, переносящие информацию от одной или нескольких базовых станций 14 и мобильных станций 16. Малошумящий усилитель и фильтр (не показаны) могут быть использованы для усиления сигнала и удаления широкополосной помехи из сигнала, предназначенного для последующей обработки. Преобразование с понижением частоты и схема оцифровки (не показаны) преобразуют полученный отфильтрованный сигнал с понижением частоты до сигнала промежуточной или групповой частоты, и указанный сигнал затем оцифровывается в один или несколько цифровых потоков.
Процессор группового сигнала 134 обрабатывает цифровые потоки, чтобы извлечь информационные биты или биты данных, переданные в сигнале. Эта обработка обычно включает операции демодуляции, декодирования и исправления ошибок. Процессор группового сигнала 134 обычно реализуется в одном или нескольких процессорах цифровых сигналов (DSP) и специализированных интегральных схемах (ASIC).
Для передачи процессор группового сигнала 134 получает оцифрованные данные, которые могут представлять собой речь, видео, данные или управляющую информацию, от системы управления 132 и кодирует эти данные для передачи. Кодированные данные выводятся к передатчику 136, где они используется модулятором, чтобы модулировать один или несколько сигналов несущей на желательной частоте или частотах передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированные сигналы несущей до уровня, подходящего для передачи, и передает модулированный сигнал несущей антеннам 130 через согласующую цепь (не показана).
Как известно специалистам в данной области, могут использоваться различные способы модуляции и обработки для передачи сигнала между мобильными станциями 16 и базовыми станциями 14, прямо или косвенно через ретрансляционные станции 15, как описано выше.
На фигуре 5 представлена логическая архитектура передачи OFDM, описание которой приводится ниже. Как показано на фигуре 1, первоначально центр управления базовой станцией 10 посылает данные, которые будут переданы различными мобильными станциями 16 на базовые станции 14, либо прямо, либо с помощью одной из ретрансляционных станций 15. Базовые станции 14 могут использовать индикаторы качества канала (CQI), связанные с мобильными станциями 16, чтобы запланировать данные для передачи и выбрать соответствующее кодирование и модуляцию для передачи запланированных данных. Например, в соответствии с одним примером воплощения изобретения, используется знание зарегистрированных пользователей и их геометрии или отношения сигнал-шум (SNR), чтобы выделить схему модуляции и кодирования (MCS) для данного кадра OFDM. Индикаторы CQI могут быть обеспечены непосредственно мобильными станциями 16 или могут быть определены базовыми станциями 14 на основе информации, предоставленной мобильными станциями. В любом случае, CQI для каждой из мобильных станций 16 является функцией степени, до которой амплитуда канала (или отклик) изменяется в диапазоне частот OFDM. CQI может включать геометрическую величину, такую как отношение сигнал-шум, например, представляя отношение сигнал-шум сигнала, полученного одной из мобильных станций 16.
На фигуре 5 система управления 20, процессор группового сигнала 22 и передатчик 24 показаны функционально более подробно. Между прочим, система управления 20 выполняет функцию управления доступом к среде, подробно показанной на фигуре 10, для того, чтобы соединить сетевой уровень с физическим уровнем системы связи. Соответственно, система управления 20 включает ввод данных сетевого уровня 200 и идентификатор пользователя/геометрического входа 202. Эти входы могут включать регистры (не показаны), в которые интерфейсные процессоры (не показаны) могут поместить данные для использования системой управления 20. Данные, полученные при вводе данных сетевого уровня 200, включают различные данные, такие как видео, аудио и т.д., которое можно передать между пользователями через беспроводную систему связи. Данные, полученные в идентификаторе пользователя/геометрическом входе 202, принимаются приемником 26 и включают данные идентификатора пользователя и геометрические данные, связанные с соответствующими идентифицированными пользователями, которые зарегистрированы в беспроводной системе.
Регистрация в беспроводной системе может быть выполнена обычными способами, такими как регистрация записью пользователя в одной из ячеек 12, обслуживаемых одной из базовых станций 14. Геометрические данные могут включать информацию об отношении сигнал-шум, предоставленную непосредственно одной из мобильных станций 16, или могут включать информацию о местонахождении, которая может быть обеспечена функциями фиксации расположения, такими как GPS-приемники в мобильных станциях или способами экстраполяции положения, выполняемыми базовыми станциями 14. В любом случае геометрические данные, по существу, представляют мощность, используемую для передачи сигналов к одной из мобильных станций.
Система управления 20 включает процессор 21, который выполняет вышеописанные функции управления доступом к среде системы управления, и в соответствии с одним примером воплощения изобретения выполняет определенные дополнительные функции оптимизации нисходящей линии связи. В одном примере воплощения эти дополнительные функции могут быть обеспечены, повышая функциональность управления радиоресурсом и/или планируя ресурс уплотнения, показанный на фигуре 10.
В одном примере воплощения процессор 21 управляется кодами, которые могут быть сохранены на машиночитаемом носителе и исполнимой программой процессора. Эти коды могут быть представлены функциональными блоками, как показано на фигуре 14.
В соответствии с одним примером воплощения изобретения на фигуре 14 представлен процесс, выполняемый процессором 21 в одной из базовых станций 14 и обозначенный блоком 210.
Процесс начинается с блока 212, который направляет процессор 21 на получение идентификаторов пользователей и геометрических величин от идентификатора пользователя/ввода геометрических данных 202, показанного на фигуре 5. На фигуре 15 идентификаторы пользователей и геометрические величины могут быть представлены в таблице, например, как показано позицией 214, где, в основном, идентификатор пользователя и соответствующая геометрия представлены как пары чисел. Возвратимся к фигуре 14, на которой блок 216 направляет процессор к схеме управления модуляцией (MCS) величиной мощности с соответствующими пользователями в ответ на соответствующие геометрические величины.
Чтобы это сделать, обратимся к фигуре 16, где процессор 21 поддерживает справочную таблицу 218, включающую столбец 220 геометрического диапазона, столбец 222 величины мощности MCS и столбец 224 MCS. Столбец 220 геометрического диапазона включает ряды, содержащие пронумерованные пары, представляющие диапазон геометрических величин, которые должны быть связаны с соответствующей величиной мощности MCS в том же самом ряду столбца 222 величины мощности MCS. Таким образом, например, диапазон геометрии от 0 до 1,9 связан с величиной мощности MCS 1. Кроме того, столбец 224 MCS связывает схемы модуляции и кодирования с соответствующими геометрическими диапазонами и величинами мощности MCS в том же самом ряду. Таким образом, геометрический диапазон от 0 до 1,9 и величина мощности MCS 1 связаны со схемой модуляции и кодирования QPSK 1/16. Таким образом, используя геометрию из таблицы, показанную в столбце 214, диапазон, в который входит геометрия, может быть найден в столбце 220 геометрического диапазона для определения ряда, и из этого ряда соответствующая величина мощности MCS может быть найдена из столбца 222 величины мощности MCS, и соответствующая схема модуляции и кодирования может быть найдена в столбце 224 MCS.
Возвращаясь к фигуре 17 и используя геометрические величины для каждого из восьми примерных пользователей, изображенных на фигуре 15, устанавливаются величины мощности MCS, как показано в позиции 226 на фигуре 17.
На фигуре 14 блок 228 направляет процессор на инициализацию накопителя энергии. Накопитель энергии может быть реализован, просто инициируя процессор 21 на установку буфера накопителя в памяти. Буфер накопителя энергии обозначен позицией 240 на фигуре 19.
Затем, блок 230 направляет процессор 21 на идентификацию пользователей, имеющих величину мощности MCS больше опорной величины мощности MCS. Опорная величина мощности MCS может быть выбрана различными путями. Например, она может быть повторно запрограммирована или выдана другими процессорами или тем же самым процессором 21 под управлением другого алгоритма. В показанных примерах воплощения опорная величина мощности MCS является одной из величин мощности MCS, перечисленных в справочной таблице 218, показанной на фигуре 16. В этом примере воплощения выбирается самая высокая предопределенная величина мощности MCS, подходящая для нисходящей связи, и в этом примере воплощения предполагается, что величина мощности MCS 4, соответствуя схеме QPSK четверти модуляции до четверти мощности несущей, схеме кодирования и геометрическому диапазону от 5,2 до 6,4. В этом примере воплощения конечная точка геометрического диапазона устанавливает опорную геометрическую величину. Например, опорная геометрическая величина может быть 5,2 для величины мощности MCS, равной 4.
Вернемся к фигуре 14 и обратимся к фигуре 18 для облегчения идентификации пользователей, имеющих величины мощности MCS больше опорной величины мощности MCS, и пары чисел, представляющих идентификатор пользователя и геометрию, могут быть подобраны в порядке возрастания или убывания геометрии. В примерах воплощения, показанных на фигуре 18, геометрические величины сортируются в порядке убывания.
На фигуре 14 блок 232 побуждает процессор 21 вычислить разницу мощности для каждого из пользователей высокой мощности, при этом разница мощности является разницей между геометрической величиной, связанной с данным пользователем высокой мощности и опорной геометрической величиной. Это лучше всего видно на фигуре 19, в которой выбранный идентификатор пользователя, величина мощности MCS и геометрические кортежи для пользователей высокой мощности показаны как примыкающие к частичному столбцу опорных геометрических величин, и еще одним соседем является столбец 236 величин разницы мощности и индикация вычислений, использованных для нахождения таких величин разницы мощности.
Вернемся к фигуре 14, где блок 238 направляет процессор 21 на накопление разниц мощности в накопителе. На фигуре 19 содержание накопителя энергии хранится в буфере накопителя, обозначенном позицией 240, и в этом примере воплощения составляет в общей сложности 11,9 геометрических единиц. Это означает, что 11,9 геометрических единиц представляют избыточную мощность, используемую пользователями высокой мощности, которые обслуживает базовая станция 14, и которая может использоваться другими пользователями, обслуживаемыми той же самой базовой станцией, чтобы улучшить их геометрию, если пользователи высокой мощности используют схему модуляции и кодирования и соответствующую мощность, связанную с опорной геометрической величиной, а маломощные пользователи используют схемы модуляции и кодирования и соответствующие мощности, которые обеспечат лучшие геометрические величины, чтобы повысить надежность управления передачей данных и эффективное использование мощности. Соответственно, на фигуре 14 блок 242 направляет процессор 21 на идентификацию пользователей, имеющих величину мощности MCS меньше опорной величины мощности MCS. На фигурах 18, 19 и 20 можно видеть, что эти 4 пользователя в нижней половине таблиц являются маломощными пользователями. На фигуре 14 блок 244 направляет процессор 21 на соответствующие увеличенные геометрические величины, по меньшей мере, с некоторыми из маломощных пользователей, извлекая энергию из накопителя вплоть до истощения накопителя. Это лучше всего показано на фигуре 20, где геометрические величины маломощных пользователей вычитаются из опорных геометрических величин, чтобы получить извлеченное количество для этого пользователя, при этом извлеченное количество представляет часть мощности накопителя, которая может быть выделена этому пользователю, чтобы попытаться довести геометрию этого пользователя до опорной геометрической величины. Таким образом, каждый из пользователей 7, 3, 5 и 4 имеет соответствующее извлеченное количество энергии, общая величина которого составляет в целом 7,5, что меньше этих 11,9, сохраненных в буфере накопителя 240, показанном на фигуре 19. Следовательно, можно видеть, что, если пользователям высокой мощности выделяют новую опорную геометрию, соответствующую опорной геометрии (5,2), маломощные пользователи также могут иметь опорную геометрию, соответствующую опорной геометрической величине, и здесь можно обеспечить запас мощности. Соответственно, как показано на фигуре 14, блок 246 направляет процессор 21 на определение новых схем кода модуляции и соответствующей мощности для маломощных пользователей на основе увеличенных геометрических величин, т.е. величин целевой геометрии (5,2), теперь связанных с маломощными пользователями. Таким образом, поскольку целевая геометрия 5,2 связана с величиной мощности MCS 4, величина мощности MCS 4 теперь связана с каждым из пользователей, как показано на фигуре 21. Зная величину мощности MCS, связанную с каждым пользователем, соответствующая целевая MCS может быть определена из справочной таблицы 218, показанной на фигуре 16, и соответствующие новые схемы кода модуляции связаны с соответствующими пользователями, как показано на фигуре 22. Таким образом, выходные данные, представляющие идентификаторы пользователей и соответствующие новые схемы кода модуляции и связанные с ними уровни мощности MCS могут быть представлены, как показано на фигуре 23.
Как показано на фигуре 14, блок 248 направляет процессор на формирование сигналов для передачи управляющей информации маломощным пользователям (также и пользователям высокой мощности), используя схемы модуляции и управления, идентифицированные соответствующими новыми схемами модуляции и управления на уровнях мощности, связанных с новыми MCS, показанными на фигуре 22. Эти сигналы могут быть сформированы в формате обычного пакетного кадра подкарты, как показано на фигуре 24, в котором, по меньшей мере, одно контрольное поле, такое как 250 на фигуре 24, включает информацию об идентификации пользователей и соответствующие схемы модуляции и управления, которые будут использоваться базовой станцией 14 для управляемой связи с мобильными станциями 16. Как показано на фигуре 5, этот кадр обеспечивается передатчику 24 как запланированные данные 44.
В описанном выше примере воплощения опорная геометрическая величина, опорная величина мощности MCS и соответствующая опорная MCS были предопределены. Однако также можно установить опорную геометрическую величину, опорную MCS и опорную величину мощности MCS в соответствии с геометрией пользователей, как обсуждено ниже, в соответствии со вторым примером воплощения изобретения. Например, после сортировки идентификаторов пользователей, геометрической величины и кортежей мощности MCS геометрической величиной, как показано на фигуре 18, самая высокая геометрическая величина 10 может быть сравнима со справочной таблицей 218, показанной на фигуре 16, чтобы определить, что величина мощности MCS равна 5, соответствующая MCS является QPSK ½ и нижний уровень геометрического диапазона для этой величины мощности MCS равен 6,5. Таким образом, после выполнения операции 216 на фигуре 14, например, где величины мощности MCS связаны с соответствующими пользователями, процессор 21 может быть направлен на выполнение дополнительный операции в блоке 217, чтобы найти самую высокую MCS, сравнивая самую высокую геометрическую величину пользователей с величинами геометрического диапазона в справочной таблице, показанной на фигуре 16, для определения геометрического диапазона. Затем, после нахождения геометрического диапазона, определяется соответствующая величина мощности MCS и соответствующая самая высокая MCS из справочной таблицы 218.
Затем процессор 21 направляется в блок 229, который инициирует процессор выделить самую высокую MCS как опорную MCS, найденную в блоке 217, и выделить соответствующую величину мощности MCS из справочной таблицы 218, как опорную величину мощности MCS, и выделить нижний уровень геометрического диапазона, связанного с этой самой высокой величиной мощности MCS как опорную геометрическую величину. Затем обработка данных продолжается, как описано выше в блоке 230. На фигуре 14 и фигуре 25 можно видеть, что опорная геометрия (6,5) намного выше ранее предопределенной опорной геометрии 5,2 из первого примера воплощения и, следовательно, добавление к мощности накопителя намного меньше, при сравнении с полной величиной мощности накопителя 6,7, как показано в буфере накопителя 240.
Как следует из фигур 14 и 26, когда процессор 21 направляется в блок 244, чтобы связать увеличенные геометрические величины, по меньшей мере, с некоторыми из маломощных пользователей, пока не истощиться накопитель энергии, процессор начинает работу с пользователя, имеющего наименьшую геометрическую величину (в данном случае 1,5), и вычисляет количество мощности (5,0), сохраненной в буфере накопителя 240, показанного на фигуре 25, которое должно быть отобрано из буфера накопителя, чтобы попытаться предоставить соответствующему пользователю (пользователю 4) с целевой геометрией, равной опорной геометрической величине 6,5. После отбора 5,0 геометрических единиц из накопителя остается 1,7 единиц мощности, которые могут быть назначены пользователю со следующей самой высокой геометрической величиной, в данном случае пользователю 5. Однако пользователь 5 имеет существующую геометрическую величину 2,8, и если 1,7 единиц мощности накопителя добавиться к этим 2,8, результатом будет 4,5. Эта новая геометрическая величина 4,5 все еще превышает исходную геометрическую величину 2,8, и, следовательно, новая величина 4,5 целевой геометрии связана с пользователем 5. Таким образом, пользователям 4 и 5 даются увеличенные величины целевой геометрии.
Как показано на фигуре 27, опорные геометрические величины, связанные с пользователями высокой мощности и двумя самыми маломощными пользователями, имеют повышенные величины целевой геометрии, в то время как целевая геометрия пользователей 7 и 3 остается той же самой 4,7. Таким образом, различные пользователи имеют различную целевую геометрию, но, по меньшей мере, два из маломощных пользователей увеличили свою целевую геометрию. Используя эту новую целевую геометрию и справочную таблицу 218, показанную на фигуре 16, выполняется блок 246 из фигуры 14, чтобы сравнить новую целевую геометрию с диапазонами геометрий справочной таблицы. Можно видеть, что соответствующие величины мощности MCS равны 5 для пользователей высокой мощности и 4 для пользователя, который имел самый низкий уровень среди маломощных пользователей, и величина мощности MCS порядка 3 сохраняется для пользователей 7 и 3 (т.е. без всяких изменений), и величина мощности MCS 3 связана с пользователем 5, который имеет увеличение величины мощности MCS 1 по сравнению с его исходной величиной мощности MCS. Таким образом, новые MCS для этих пользователей остаются тем же самыми для пользователей высокой мощности, увеличиваются для самого маломощного пользователя и увеличиваются на одну категорию для второго самого маломощного пользователя (т.е. пользователя 5), и MCS остается той же самой для пользователей 7 и 3. Таким образом, по меньшей мере, некоторые из маломощных пользователей увеличили свою MCS.
На фигуре 29 таблица выходных данных, связывающая новые MCS и новые величины мощности MCS с соответствующими пользователями, используется для формирования сигналов, которые определяют контрольное поле 250 кадра, показанного на фигуре 24 и переданного от системы управления 20 передатчику 24, показанному на фигуре 5, направляя передатчик на передачу контрольного поля, используя новые MCS и величины мощности, связанные с новыми MCS. Кадр, показанный на фигуре 24, может также упоминаться как запланированные данные 44.
Передача запланированных данных на мобильную станцию
На фигурах 1 и 5 запланированные данные 44 представляют собой поток битов, и этот поток скремблирован способом, уменьшающим отношение пикового значения мощности к среднему, связанного с данными, используя логику скремблирования данных 46. Контроль циклическим избыточным кодом (CRC) для скремблированных данных определяется и добавляется к скремблированным данным, используя логику добавления CRC 48. После этого выполняется кодирование канала, используя кодер канала 50, чтобы эффективно добавить избыточность к данным и облегчить восстановление и исправление ошибок на мобильных станциях 16. Кодирование канала для конкретной мобильной станции 16 выполняется на основе CQI, связанного с определенной мобильной станцией. В некоторых реализациях кодер канала 50 использует известные способы турбо кодирования. Кодированные данные затем обрабатываются логикой согласования уровня 52, чтобы компенсировать расширение данных, связанное с кодированием.
Логика перемежителя битов 54 систематически переупорядочивает биты в закодированных данных, чтобы минимизировать потерю последовательных битов данных. Переупорядоченные биты данных систематически отображаются в соответствующие символы в зависимости от выбранной модуляции основной полосы частот логикой отображения 56. Предпочтительно, используется квадратурная амплитудная модуляция (QAM) или квадратурная фазовая модуляция (QPSK). Степень модуляции выбирается на основе CQI, связанного с определенной мобильной станцией, как обсуждено выше со ссылкой на фигуры 14-29. Символы могут систематически переупорядочиваться, используя символ логики чередования 58, чтобы дополнительно поддержать целостность переданного сигнала при периодической потере данных, вызванной частотным замиранием.
На данном этапе группы битов были преобразованы в символы, представляющие расположения в амплитудной и фазовой совокупности. Когда требуется пространственное разнесение, блоки символов обрабатываются пространственно-временным блочным кодом (STC) логического кодера 60, который изменяет символы способом, делающим переданные сигналы более стойкими к помехам и легче декодируемыми на мобильных станциях 16. Логический кодер STC 60 обработает входящие символы и обеспечивает "n" выходов, соответствующих числу передающих антенн 28 базовой станции 14. Система управления 20 и/или процессор группового сигнала 22, описанный выше со ссылкой на фигуру 5, обеспечивают управляющий сигнал отображения для управления кодером STC.
Предположим, что на данном этапе символы для "n" выходов являются репрезентативными для данных, которые будут переданы и могут быть восстановлены мобильными станциями 16.
Для настоящего примера, предположим, что базовая станция (14 на фигуре 1) имеет две передающие антенны 28 (n=2) и логический кодер STC 60, обеспечивающий два выходных потока символов. Каждый из выходных потоков символов передается по соответствующему выходному тракту 61, 63, которые показаны отдельно для простоты понимания. Специалисты в данной области понимают, что для такой обработки цифровых сигналов можно использовать один или несколько процессоров. В каждом выходном пути процессор 62 IFFT будет работать на символах, обеспеченных для этой цели, чтобы выполнить преобразование Фурье. Выход процессора IFFT 62 обеспечивает символы во временном интервале. Символы во временном интервале, также известные как символы OFDM, группируются в кадры, назначая префикс префиксной функцией вставки 64. Результирующий кадр преобразуется в цифровой области в промежуточную частоту и преобразуется в аналоговый сигнал с соответствующим цифровым преобразованием с повышением частоты (DUC) и цифроаналоговую схему преобразования (D/A) 66. Полученные аналоговые сигналы от каждого выходного пути затем одновременно модулируются на требуемой радиочастоте (РЧ), усиливаются и передаются через схему РЧ 68 и передающие антенны 28 на одну из мобильных станций 16. Отметим, что среди поднесущих разнесены пилот-сигналы, известные из одной из намеченных мобильных станций 16. Мобильные станции 16, которые подробно обсуждены ниже, будут использовать пилот-сигналы для оценки канала.
Прием сигналов на мобильной станции
Обратимся теперь к фигуре 6, иллюстрирующей прием переданных сигналов одной из мобильных станций 16 непосредственно от одной из базовых станций (14 на фигуре 1) или с помощью одной из ретрансляционных станций (15 на фигуре 1). По прибытии переданных сигналов на каждую из приемных антенн 40 одной из мобильных станций 16 эти сигналы демодулируются и усиливаются соответствующей схемой РЧ 70. Для ясности, подробно описывается только один из этих двух путей получения сигналов. Аналого-цифровой преобразователь и схема преобразования с понижением частоты (A/D) 72 оцифровывает и преобразует аналоговый сигнал с понижением частоты для последующей цифровой обработки. Результирующий оцифрованный сигнал может использоваться автоматической схемой управления усилением (AGC) 74, чтобы управлять усилением усилителей в схеме РЧ 70 на основе полученного уровня сигнала.
Первоначально, оцифрованный сигнал обеспечивается для логики синхронизации 76, выполняющей функцию грубой синхронизации 78, для буферизации нескольких символов OFDM и вычисления автокорреляции между двумя последовательными символами OFDM. Полученный указатель времени, соответствующий максимуму результата корреляции, определяет окно поиска точной синхронизации, которое используется функцией точной синхронизации 80 для определения стартовой позиции кадров на основе заголовков. Выход функции точной синхронизации 80 облегчает сбор кадров логикой цикловой синхронизации 84. Надлежащая цикловая синхронизация важна для того, чтобы последующая обработка FFT обеспечивала точное преобразование от временного интервала до частотной области. Алгоритм точной синхронизации основан на корреляции между получеными пилот-сигналами, переносимыми заголовками, и местной копией известных плотных данных. После цикловой синхронизации префикс символа OFDM удаляется логикой удаления префикса 86, и результирующие выборки передаются функции сдвига/исправления частоты 88, которая компенсирует системный сдвиг частоты, вызванный рассогласованием гетеродинов передатчика и приемника. Предпочтительно, логика синхронизации 76 включает функцию оценки сдвига частоты и времени 82, которая использует заголовки для оценки сдвига частоты и сдвига времени в переданном сигнале и обеспечивает эти оценки для функции сдвига/исправления частоты 88, чтобы должным образом обработать символы OFDM.
На данном этапе, символы OFDM во временном интервале готовы к преобразованию в частотной области функцией обработки FFT 90. Результатом является ряд символов частотной области, которые передаются функции обработки 92. Функция обработки 92 извлекает рассеянные пилот-сигналы, используя функцию 94 для извлечения рассеянных пилот-сигналов, определяет оценку канала на основе извлеченных пилот-сигналов, используя функцию оценки канала 96, и обеспечивает отклик канала для всех поднесущих, используя функцию реконструкции канала 98. Чтобы определить отклик канала для каждой из поднесущих пилот-сигналов, в основном, состоит из множества опорных символов, которые рассеиваются среди символов данных по всем поднесущим OFDM по времени и частоте в известном шаблоне.
Далее на фигуре 6 логика обработки сравнивает полученные опорные символы с опорными символами, которые ожидаются в определенных поднесущих в определенное время, для определения отклика канала для поднесущих, в которых были переданы опорные символы. Результаты интерполируются, чтобы оценить отклик канала для большинства, если не для всех, остающихся поднесущих, для которых не были обеспечены опорные символы. Фактические и интерполированные отклики канала используются для оценки полного отклика канала, который включает отклики канала для большинства, если не всех, поднесущих в канале OFDM.
Символы частотной области и информация о реконструкции канала, которые получены из откликов канала для каждого приемного тракта, передаются в декодер STC 100, который обеспечивает декодирование STC на обоих приемных трактах, чтобы восстановить переданные символы. Информация о реконструкции канала обеспечивает информацию о коррекции декодеру STC 100, достаточную, чтобы удалить эффекты канала передачи при обработке соответствующих символов частотной области.
Восстановленные символы перемещаются назад в определенном порядке, используя логику 102 дечередования символа, который соответствует логике 58 чередования символа передатчика. Дечередующиеся символы затем демодулируются или передаются в соответствующий поток битов 104. Биты затем дечередуются, используя логику дечередования 106, которая соответствует логике 54 чередования битов архитектуры передатчика. Дечередующиеся биты затем обрабатываются логикой рассогласования уровня 108 и передаются логике декодера канала 110, чтобы восстановить первоначально скремблированные данные и контрольную сумму CRC. Соответственно, логика CRC 112 удаляет контрольную сумму CRC, проверяет скремблированные данные обычным образом и передает их логике дескремблирования 114 для дескремблирования, используя известный код дескремблирования базовой станции, чтобы получить первоначально переданные данные как данные 116.
На фигуре 6 параллельно с восстановлением данных 116 идентификатор CQI или, по меньшей мере, информация, достаточная для создания CQI в каждой из базовых станций 14, определяется и передается на каждую из базовых станций. Как отмечено выше, CQI может быть функцией отношения несущей к помехе (CR), так же как степенью, до которой отклик канала изменяется через различные поднесущие в частотном диапазоне OFDM. Для этого примера воплощения усиление канала для каждой поднесущей в частотном диапазоне OFDM, используемом для передачи информации, сравнивается относительно друг друга для определения степени, до которой усиление канала изменяется в частотном диапазоне OFDM. Хотя известно много способов измерения степени изменения, любой способ должен вычислить стандартное отклонение усиления канала для каждой поднесущей по всему диапазону частот OFDM, используемому для передачи данных.
В некоторых примерах воплощения ретрансляционные станции могут работать с разделением времени, используя только один приемопередатчик, или альтернативно иметь несколько приемопередатчиков.
Хотя выше приведены конкретные примеры системы связи, в которой реализованы примеры воплощения изобретения, следует понимать, что примеры воплощения изобретения могут быть реализованы с системами связи, имеющими архитектуру, которая отличается от приведенного выше примера, но которая работает способом, не противоречащим реализации описанных здесь примеров воплощения.
Хотя были описаны и иллюстрированы определенные примеры воплощения изобретения, такие примеры воплощения нужно считать только иллюстрирующими изобретение, а не как ограничение изобретения, объем которого изложен в прилагаемой формуле изобретения.