NB-IOT ПРИЕМНИК, РАБОТАЮЩИЙ НА МИНИМАЛЬНОЙ ЧАСТОТЕ ДИСКРЕТИЗАЦИИ
NB-IOT RECEIVER OPERATING AT A MINIMUM SAMPLING FREQUENCY

Уровень техники
Интернет вещей (IoT) представляет собой концепцию сетевого управления практически всех объектов, подключенных к интернету, при этом, объекты могут быть любыми устройствами от простых датчиков до сложных машин, таких как транспортные средства. Проект партнерства третьего поколения (3GPP) в настоящее время определяет новый вид технологии радиодоступа (RAT) с сильно выраженной совместимостью со стандартом «Долгосрочное развитие» (LTE), но функционирующий в более узкой полосе пропускания. Новый RAT называют узкополосным IoT (NB-IoT). В настоящее время специалисты в данной области техники совершенствуют спецификации, и на совещании 3GPP RAN1 # 83 в ноябре 2015 года были приняты решения, касающиеся сценариев развертывания и дуплексных режимов, каналов и сигналов нисходящей линии связи, каналов и сигналов восходящей линии связи и каналов растра.
Что касается сценариев развертывания и дуплексных режимов, были указаны три сценария развертывания:
• автономная конфигурация развертывания;
• развертывание в защитной полосе частот между обычными LTE сотами; и
• развертывание в пределах полосы обычных LTE сот.
Как дуплексный режим с частотным разделением (FDD), так и дуплексный режим с временным разделением (TDD) находятся в поле зрения разработчиков, но охвачены различными релизами (например, FDD описан в релизе 13, но решение по совместимости с TDD описано в более позднем релизе).
Что касается каналов и сигналов нисходящей линии связи, предполагают, что разнос поднесущих нисходящей линии связи составляет 15 kHz, и NB-IoT пропускная способность системы нисходящей линии связи составляет 200 kHz с эффективной полосой пропускания 180 kHz (например, эквивалент физическому блоку ресурсов в обычной LTE соте). Рассмотрены две конфигурации для циклического префикса: нормальная и расширенная. На фиг.4 показана примерная сетка ресурсов нисходящей линии связи (во временно-частотной зависимости) для нормального циклического префикса (NCP) и для расширенного циклического префикса (ECP), при этом, заштрихованные области указывают местоположения возможного размещения специфичных для NB-IoT сигналов синхронизации. Предполагают, что количество портов передачи, используемых сетевым узлом, является одним или двумя, при этом, для последнего предполагают использовать пространственно-частотное блочное кодирование (SFBC). Каналы, специфичные для NB-IoT, которые в определенной степени были определены, являются широковещательным каналом (NB-PBCH), каналом управления нисходящей линии связи (NB-PDCCH или NPDCCH) и совместно используемым каналом нисходящей линии связи (NB-PDSCH). Следует отметить, что терминология еще не согласована, но указанные наименования, используемые в настоящем документе, применяют для различения каналов от их аналогов в обычных LTE сотах. Системную информацию предоставляют посредством блока служебной информации (MIB), который передают по NB-PBCH, и заранее известно для какого формата и назначения, и посредством блока (блоков) системной информации, которые передают по NB-PDSCH.
Дополнительно, вводят новые сигналы синхронизации, например, узкополосный сигнал первичной синхронизации (NB-PSS или NPSS) и узкополосный сигнал вторичной синхронизации (NB-SSS или NSSS), например, с одним экземпляром NB-PSS и 504 экземплярами NB-SSS. Сигналы синхронизации занимают фиксированное количество символов ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (OFDM) в каждом подкадре, который передает сигналы синхронизации. Сигналы синхронизации не занимают первые 3 OFDM символа в подкадре, и для сценария, в котором NB-IoT развернут в полосе частот обычной LTE соты, опорные сигналы (CRSs) конкретной соты этой обычной LTE соты будут проколоты NB-PSS или NB-SSS, если необходимо. Для нормального циклического префикса предполагают, что NB-PSS и NB-SSS охватывают 9 или 11 OFDM символов (которые должны быть выбраны снизу до значения) и в пределах от 6 до 11 OFDM символов передают информацию синхронизации (выбирают снизу до одного значения). Для расширенного циклического префикса соответствующие цифры представляют собой 9 OFDM символов и от 6 до 9 OFDM символов, соответственно. Для внутриполосного сценария, мощность передачи NB-PSS и NB-SSS повышают на 6 dB относительно CRS уровня мощности в обычной LTE соте. Частоты повторения NB-PSS и NB-SSS могут отличаться. Например, были предложены частоты повторения 20 ms и 80 ms, соответственно.
Что касается каналов и сигналов восходящей линии связи, то предложены два решения для передач по восходящей линии связи: однотонные передачи с использованием любой из двух конфигураций, например, полоса частот 3,75 kHz и 15 kHz,, и многотональная передача с использованием разноса поднесущих 15 kHz в схеме множественного доступа с частотным разделением с одной несущей (SC-FDMA). Детальное рассмотрение, касающиеся сигналов восходящей линии связи, все еще находятся на стадии исследования.
Относительно канала растра, предполагают, что канал растра составляет 100 kHz, хотя меньшее значение канала растра не может быть исключено, поскольку данный вопрос находится на этапе обсуждения в организации по стандартизации. Существующие LTE решения работают либо на частоте дискретизации, что может нежелательно увеличивать финансовые и/или энергозатраты соответствующих устройств, либо на экономичной частоте дискретизации, что нежелательно ухудшает производительность. Соответственно, необходимо решить техническую задачу, заключающуюся в необходимости разработок улучшенных решений обработки, особенно для NB-IoT устройств.
Сущность изобретения
Решение, представленное в настоящем изобретении, компенсирует межсимвольное дрожание, вызванное дискретизацией символов ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (OFDM) при уменьшенной частоте дискретизации, например, с частотой дискретизации, меньшей, чем частота, при которой межсимвольное расстояние может быть представлено целым числом количество выборок. С этой целью, представленное в настоящем изобретении решение предлагает поворот каждого элемента ресурса, сформированного для отобранного OFDM символа, посредством сдвига фазы, соответствующего этому элементу ресурса, при этом, сдвиг фазы соответствует смещению выборки, представляющему собой разность между фактическим временем начала выборки и желаемым временем начала выборки.
Один примерный вариант осуществления содержит способ уменьшения межсимвольного дрожания, возникающего при обработке каждого из множества OFDM символов в принятом сигнале. Для каждого из множества OFDM символов способ содержит прием множества выборок радиосигналов, образованных путем выборки OFDM символа с уменьшенной частотой дискретизации, при этом, уменьшенная частота дискретизации вызывает межсимвольное дрожание между множеством OFDM символов. Способ дополнительно содержит определение смещения выборки, соответствующего номеру символа для OFDM символа, преобразование выборок OFDM символа во множество элементов ресурса частотной области и определение сдвига фазы для каждого из элементов ресурсов с использованием смещения выборки. Затем этот способ уменьшает межсимвольное дрожание путем поворота каждого элемента ресурса с использованием соответствующего сдвига фазы для генерирования элементов ресурса с вращением фазы.
Другой примерный вариант осуществления содержит узкополосный приемник беспроводной связи, выполненный с возможностью уменьшать межсимвольное дрожание, вызванное обработкой каждого из множества OFDM символов в принятом сигнале. Узкополосный приемник беспроводной связи содержит схему интерфейса приемника, схему преобразования частоты и схему компенсации дрожания. Схема интерфейса приемника выполнена с возможностью, для каждого из множества OFDM символов, принимать множество выборок радиосигнала, полученных путем дискретизации OFDM символов с уменьшенной частотой дискретизации, при этом, уменьшенная частота дискретизации вызывает межсимвольное дрожание между OFDM символами. Схема преобразования частоты выполнена с возможностью, для каждого из множества OFDM символов, преобразовывать выборки OFDM символа во множество элементов ресурса частотной области. Схема компенсации дрожания, для каждого из множества OFDM символов, определять смещение выборки, соответствующее номеру символа для OFDM символа, определять сдвиг фазы для каждого из элементов ресурсов, используя смещение выборки, и уменьшать межсимвольное дрожание путем поворота каждого элемента ресурса с использованием соответствующего сдвига фазы для генерирования элементов ресурса с вращением фазы.
Другой примерный вариант осуществления содержит схему компенсации дрожания для уменьшения межсимвольного дрожания, вызванного обработкой множества выборок радиосигнала, полученных путем дискретизации каждого из множества OFDM символов в принятом радиосигнале со сниженной частотой дискретизации, при этом, уменьшенная частота дискретизации вызывает межсимвольное дрожание между OFDM символами. Схема компенсации дрожания выполнена с возможностью, для каждого из множества OFDM символов, принимать множество элементов ресурса частотной области, полученных из процесса преобразования частоты выборок радиосигнала OFDM символа, определять смещение выборки, соответствующее номеру символа для OFDM символа, определять, используя смещение выборки, сдвиг фазы для каждого из элементов ресурса и уменьшать межсимвольное дрожание, поворотом каждого элемента ресурса, используя соответствующий сдвиг фазы для генерирования элементов ресурса с вращением фазы.
Другой примерный вариант осуществления содержит компьютерный программный продукт, хранящийся в непереходном машиночитаемом носителе для управления схемой компенсации дрожания для уменьшения межсимвольного дрожания, вызванного обработкой множества выборок радиосигналов, полученных путем дискретизации каждого из множества OFDM символов в принятом радиосигнале со сниженной частотой дискретизации, при этом, уменьшенная частота дискретизации вызывает межсимвольное дрожание между OFDM символами. Компьютерный программный продукт содержит программные инструкции, которые при запуске на схеме компенсации дрожания вызывает схему компенсации дрожания для каждого из множества OFDM символов принимать множество элементов ресурса частотной области, полученных посредством выполнения процесса преобразования частоты выборок радиосигнала OFDM символа, определять смещение выборки, соответствующее номеру символа для OFDM символа, определять, используя смещение выборки, сдвиг фазы для каждого из элементов ресурса и уменьшать межсимвольное дрожание путем поворота каждого элемента ресурса, используя соответствующий сдвиг фазы для генерирования элементов ресурса с вращением фазы.
Другой примерный вариант осуществления содержит узкополосное приемное приспособление беспроводной связи, выполненное с возможностью уменьшать межсимвольное дрожание, вызванного обработкой каждого из множества OFDM символа в принятом сигнале. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи содержит модуль интерфейса приемника, модуль преобразования частоты и модуль компенсации дрожания. Модуль интерфейса приемника выполнен с возможностью для каждого из множества OFDM символов принимать множество выборок радиосигналов, полученных путем дискретизации OFDM символа с уменьшенной частотой дискретизации, при этом, уменьшенная частота дискретизации вызывает межсимвольное дрожание между OFDM символами. Модуль преобразования частоты выполнен с возможностью для каждого из множества OFDM символов преобразовывать выборки OFDM символа во множество элементов ресурса частотной области. Модуль компенсации дрожания выполнен с возможностью для каждого из множества OFDM символов определять смещение выборки, соответствующее номеру символа для OFDM символа, определять сдвиг фазы для каждого из элементов ресурсов, используя смещение выборки, и уменьшать межсимвольное дрожание путем поворота каждого элемента ресурса с использованием соответствующего сдвига фазы для генерирования элементов ресурса с вращением фазы.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает способ уменьшения межсимвольного дрожания в соответствии с одним примерным вариантом осуществления.
Фиг.2 показывает блок-схему примерного приемопередатчика, например, NB-IoT приемопередатчика.
Фиг.3 показывает блок-схему другого примерного приемопередатчика, например, NB-IoT приемопередатчика.
Фиг.4 показывает примерные сетки ресурсов нисходящей линии связи для NCP и ECP.
Фиг.5 показывает примерные позиции OFDM символов для NCP и ECP.
Фиг.6 показывает пример смещения начала дрожания символа для NCP.
Фиг.7 показывает примерный фазовый удар, вызванный межсимвольным дрожанием.
Фиг.8 показывает способ уменьшения межсимвольного дрожания в соответствии с одним примерным вариантом осуществления.
Фиг.9 показывает блок-схему примерной NB-IoT архитектуры физического уровня.
Подробное описание
С целью снижения себестоимости и энергопотребления желательно разработать устройство беспроводной связи, поддерживающее узкополосный (NB) режим работы, например, NB-IoT, для функционирования с максимально низкой частотой дискретизации, насколько это возможно. Частота дискретизации для самой маленькой полосы пропускания LTE соты составляет обычно 1,92 млн. выборок в секунду (MS/s), для которых нормальный циклический префикс становится 10 выборками для первого OFDM символа в слоте и 9 выборок в оставшихся OFDM символах. Поскольку нет общего делителя, отличного от 1 для 10 и 9, это означает, что при дискретизации NB-IoT соты с более низкой частотой дискретизации, чем 1,92 MS/s, межсимвольное расстояние больше не может быть представлено целым числом выборок, и, таким образом, одна или обе длины циклического префикса станут рациональным нецелым числом выборок.
Как следствие, дрожание будет приводить к исходным позициям дискретизированного OFDM символа. Дрожание может влиять на оценку канала, а также может интерпретироваться как нестабильность по времени, что может ухудшить производительность приемника. Кроме того, дрожание оказывает воздействие на характеристики измерений обслуживающей соты и/или соседних сот.
Способы, такие как компенсация дрожания, уже при получении выборок радиосигнала в радиоприемнике, не работают, когда внутричастототные соседние соты, обычно имеющие разные временные интервалы по сравнению с обслуживающей сотой, должны измеряться одновременно с приемом данных, и поэтому требуют дополнительного временного периода для проведения измерений соседних сот. Более продолжительное время радиосвязи приводит к большему энергопотреблению и поэтому сокращает время, в течение которого NB-IoT устройство может работать до замены или перезарядки аккумулятора.
Следовательно, необходим способ и приспособление, которое позволяет приемнику работать при минимальной частоте дискретизации без ущерба для эффектов фрагментарных смещений выборок, в то же время, позволяя выполнить одновременный прием данных и измерения внутричастотной соседней соты, а также измерения межчастотной соседней сотой.
На фиг.1 показан один примерный способ 150 для обработки сигналов, принимаемых таким узкополосным устройством беспроводной связи, например, устройством 200 беспроводной связи на фиг. 2. Ниже в общих чертах описаны варианты осуществления, относящиеся к обоим чертежам 1 и 2. В некоторых вариантах осуществления, устройство может включать в себя, но не ограничиваясь, планшет, персональный компьютер, мобильный телефон, телеприставку, датчик и камеру.
Устройство 200 беспроводной связи включает в себя передатчик 210 и приемник 220, которые осуществляют беспроводную связь с удаленными устройствами/сетями через антенну 230 в соответствии с NB операциями, например, NB-IoT операциями. Передатчик 210 генерирует радиочастотные (RF) сигналы в соответствии с любыми соответствующими процедурами и/или стандартами беспроводной связи и поставляет эти радиочастотные сигналы на антенну 230 для передачи на удаленное устройство, сетевой узел и т.д. Приемник 220 принимает сигналы беспроводной связи от антенны 230, например, NB-IoT сигналы, и обрабатывает их в соответствии с соответствующими процедурами и/или стандартами связи.
В соответствии с представленным в настоящем изобретении решением, приемник 220 уменьшает межсимвольное дрожание между OFDM символами в сигнале, принимаемом антенной 230, при этом, межсимвольное дрожание, по меньшей мере, частично вызвано тем, что когда приемник 220 дискретизирует OFDM символы с уменьшенной частотой дискретизации, которая меньше минимальной частоты дискретизации, при этом, минимальная частота дискретизации является самой низкой частотой дискретизации, при которой межсимвольное расстояние может быть представлено целым числом выборок. С этой целью и для каждого из принятых OFDM символов, приемник 220 выполняет способ 150, показанный на фиг.1. Приемник 220 принимает множество выборок радиосигнала, полученных путем дискретизации OFDM символа (то есть, одного из принятых OFDM символов) при уменьшенной частоте дискретизации (этап 152). В одном варианте осуществления выборки радиосигнала получают путем равноудаленной дискретизации OFDM символа. Приемник 220 определяет смещение выборки, соответствующее номеру символа для OFDM символа (этап 154), преобразует выборки OFDM символа во множество элементов ресурса частотной области (этап 156), при этом, каждый элемент ресурса (RE) содержит информацию, переносимую одной поднесущей OFDM символа. Затем приемник 220 определяет сдвиг фазы для каждого из элементов ресурсов, используя смещение выборки (этап158). В одном примерном варианте осуществления приемник 220 может определять сдвиг фазы с использованием смещения выборки и частоты соответствующего элемента ресурса. Чтобы уменьшить межсимвольное дрожание, приемник 220 поворачивает каждый элемент ресурса, используя соответствующий сдвиг фазы для генерирования элементов ресурса с вращением фазы (этап 160). Например, приемник 220 может поворачивать каждый элемент ресурса на величину сопряжения соответствующего сдвига фазы.
Для реализации способа 150 на фиг.1, приемник 220 может содержать схему 222 интерфейса приемника, схему 224 преобразования частоты и схему 226 компенсации дрожания. Для каждого из принятых OFDM символов схема 222 интерфейса приемника принимает множество выборок радиосигнала путем дискретизации OFDM символа (например, одного из принятых OFDM символов) с уменьшенной частотой дискретизации, при этом, уменьшенная частота дискретизации вызывает межсимвольное дрожание между OFDM символами. В одном варианте осуществления выборки получают путем равноудаленной дискретизации OFDM символа. Схема 224 преобразования частоты преобразует выборки OFDM символа во множество элементов ресурса частотной области. Например, схема 224 преобразования частоты может содержать схему быстрого преобразования Фурье (FFT), например, 16-точечную схему FFT. Схема 226 компенсации дрожания определяет смещение выборки, соответствующее номеру символа для OFDM символа, и определяет сдвиг фазы для каждого из элементов ресурсов, используя смещение выборки. В некоторых вариантах осуществления схема 226 компенсации дрожания может определять сдвиг фазы с использованием смещения выборки и частоты соответствующего элемента ресурса. Затем схема 226 компенсации дрожания уменьшает межсимвольное дрожание путем поворота каждого элемента ресурса с использованием соответствующего сдвига фазы для генерирования элементов ресурса с вращением фазы. Например, схема 226 компенсации дрожания может поворачивать каждый элемент ресурса на величину сопряжения соответствующего сдвига фазы.
В некоторых вариантах осуществления приемник 220 может также возможно включать в себя дополнительные схемы обработки, которые используют элементы ресурса с вращением фазы, чтобы генерировать информацию, полезную для приемника для обработки данных. Например, приемник 220 может дополнительно включать в себя схему 230 оценки канала, схему 232 обнаружения и/или схему 234 отслеживания. Схема 230 оценки канала использует элементы ресурса с вращением фазы для генерирования оценочных значений канала. Схема 232 обнаружения использует элементы ресурса с вращением фазы для обнаружения одной или несколько соседних сот. Схема 234 отслеживания использует элементы ресурса с вращением фазы для отслеживания изменений в синхронизации соседней соты. Понятно, что элементы ресурса с вращением фазы, используемые схемой 230 оценки канала, могут быть такими же или отличаться от элементов ресурса с вращением фазы, используемых схемой 232 обнаружения и/или схемой 234 отслеживания. В некоторых вариантах осуществления схема 230 оценки канала может использовать первые элементы ресурса с вращением фазы, тогда как схема 232 обнаружения и/или схема 234 отслеживания могут использовать вторые элементы ресурса с вращением фазы. В этом случае, генерируют первые элементы ресурса с вращением фазы для OFDM символов, принятых из обслуживающей соты и используемых схемой 230 оценки канала, для генерации оценочных значений канала для обслуживающей соты, тогда как вторые элементы ресурса с вращением фазы генерируют для OFDM символов, принятых из соседней соты и используемые схемой 232 обнаружения и/или схемой 234 отслеживания для генерирования информации о соседней соте. Когда генерируют различные элементы ресурса с ращением фазы для разных сот, будет понятно, что приемник 220 может использовать одну и ту же схему в последовательном порядке для генерирования элементов ресурса с вращением фазы для разных сот, или приемник 220 может включать в себя несколько наборов схемы интерфейса, схемы преобразования частоты и схемы компенсации дрожания, которые работают параллельно, чтобы генерировать элементы ресурса с вращением фазы для разных сот.
Очевидно, что другие устройства могут реализовать способ 150, показанный на фиг.1. Например, приспособление 300 беспроводной связи, показанное на фиг.3, может содержать примерный модуль 310 передатчика, модуль 320 приемника и антенну 330, при этом, модуль 320 приемника может использовать примерный модуль 322 интерфейса приемника, модуль 324 преобразования частоты и модуль 326 компенсации дрожания для реализации способа 150 для уменьшения межсимвольного дрожания между принятыми OFDM символами. Аналогично, приемник 320 может включать в себя модуль 330 оценки канала, модуль 332 обнаружения и/или модуль 334 отслеживания для выполнения описанных здесь операций оценки, обнаружения и/или отслеживания канала.
Для специалистов в данной области техники также очевидно, что описанный здесь способ 150 может быть реализован в виде хранимых компьютерных программных команд для выполнения одним или несколькими вычислительными устройствами, например микропроцессорами, цифровыми сигнальными процессорами (DSPs), FPGAs, ASICs или другими схемами обработки данных. Сохраненные программные инструкции могут храниться на машиночитаемом носителе, например, на электрических, магнитных или оптических устройствах памяти. Устройства памяти могут включать в себя модули ROM и/или RAM, флэш-память, жесткие диски, магнитные дисководы, оптические дисководы и другие носители информации, известные в данной области техники. Например, способ 150 может быть реализован с использованием процессора для компенсации дрожания, содержащего программные команды, которые при запуске на процессоре для компенсации дрожания вызывают процессор для компенсации дрожания выполнять способ 150, показанный на фиг.1. Дополнительно, процессор для компенсации дрожания может выполнять команды программного обеспечения для выполнения описанных в настоящем документе функций оценки, обнаружения и/или отслеживания канала.
Представленное в настоящем изобретении решение, относится к компенсации дрожания фазы в момент начала OFDM символа, возникающем в результате дискретизации на более низкой частоте дискретизации, чем 1,92 MS/s при приеме в соте, например, 240, 320 или 480 тысяч выборок в секунду (kS/s). Представленное в настоящем изобретении решение, может быть использовано для измерений обслуживающей соты, приема данных обслуживающей соты и/или измерения соседней соты.
Представленное в настоящем изобретении решение, позволяет снизить частоту дискретизации, например, 240, 320 или 480 kS/s, которая будет использоваться NB-IoT устройством беспроводной связи. Это, в свою очередь, позволяет снизить стоимость устройства, поскольку использование более низкой частоты дискретизации требует меньше памяти для буферизации и/или менее мощного цифрового сигнального процессора (DSP) и/или центрального процессора (CPU), чем при приеме и обработке выборок, полученных на 1,92 MS/s. Дополнительно, использование пониженной частоты дискретизации также приводит к снижению уровня энергопотребления.
В некоторых вариантах осуществления представленное в настоящем изобретении решение, позволяет обеспечивать одновременный прием данных и внутричастотные измерения соседних сот и, тем самым, значительно сокращая время радиосвязи по сравнению с подходами, где выполняют компенсацию дрожания уже в радиоустройстве, что может быть выполнено только для синхронизации одной соты (обслуживающая сота или соседняя сота).
S
S
S
S
Для конфигурации нормального циклического префикса, циклический префикс первого OFDM символа в слоте составляет 160 T, и для остальных OFDM символов в слоте циклический префикс составляет 144 T, при этом, T = 1/(15000 • 2048) секунд представляет собой базовый блок времени, используемый в LTE. Длина сетевого OFDM символа равна 2048T. При самой низкой частоте дискретизации, принятой в обычной LTE системе, 1,92 MS/s, обычный циклический префикс становится 10 выборками для первого OFDM символа в каждом слоте и 9 выборок для оставшихся OFDM символов, и сетевой OFDM символ, как таковой, становится 128 выборками.
Между 10 и 9 отсутствует нетривиальный целочисленный общий делитель. Таким образом, если частота дискретизации будет дополнительно уменьшаться на стороне приемника, то нормальные циклические префиксы будут дробными. Например, при уменьшении частоты дискретизации на 8 к 240 kS/s, при которой каждый сетевой OFDM символ составляет 16 выборок, нормальный циклический префикс становится равным 1,25 выборкам для первого OFDM символа в слоте и 1,125 выборок в оставшихся OFDM символах. Это вызывает дрожание импульсов синхронизации, которое также влияет на начальную позицию OFDM символа в приемнике. Для расширенного циклического префикса длина становится равной 4 выборкам, поэтому, в этом случае не возникает дрожание. Как показано на фиг.5, на котором проиллюстрированы позиции OFDM символа в подкадре для конфигураций обычного и расширенного циклического префикса, и таблица 1, которая показывает начальные позиции и смещения символа относительно начала сетевого OFDM символа при частоте 240 kS/s. Эффект дрожания смещения начала символа для частоты дискретизации 240 kS/s дополнительно проиллюстрирован на фиг.6. Следует отметить, что этот эффект дрожания является детерминированным с периодичностью одного слота и что слот может быть представлен целым количеством выборок. Следовательно, этот сценарий отличается от случаев, когда дрожание вызвано, например, дрожанием тактового импульса (такие эффекты будут возникать поверх обсуждаемого здесь эффекта дрожания).
Такой же отрицательный эффект, скорее всего, не возникает на стороне сетевого узла, поскольку, по меньшей мере, для случаев внутриполосной и защитной полосы, ожидается, что NB-IoT сота будет обрабатываться одним и тем же сетевым узлом, который обрабатывает обычную LTE соту, которая либо перекрывается, либо соседствует по частоте с NB-IoT сотой и поэтому будет работать, по меньшей мере, на 1,92 MS/s.
Таблица 1: FFT Начальные позиции и смещение
Нормальный циклический префикс
Расширенный циклический префикс
Символ
Начало символа [выборка]
Смещение[выборки]
Начало символа [выборка]
Смещение[выборки]
слот 0
0
1
-0.25
2
-2
1
18
-0.375
22
-2
2
35
-0.5
42
-2
3
52
-0.625
62
-2
4
69
-0.75
82
-2
5
86
-0.875
102
-2
6
103
-1
---
---
слот 1
0
121
-0.25
122
-2
1
138
-0.375
142
-2
2
155
-0.5
162
-2
3
172
-0.625
182
-2
4
189
-0.75
202
-2
5
206
-0.875
222
-2
6
223
-1
---
---
Поскольку циклический префикс представляет собой периодическое расширение отклонения сетевого OFDM символа от начальной позиции сетевого OFDM символа до циклического префикса, более низкая частота дискретизации вводит линейную фазу, когда OFDM символ во временной области преобразуется в элементы ресурса (REs) частотной области. В качестве руководства по проектированию в OFDM системах, использующих циклический префикс, начало OFDM символа должно быть принято в середине циклического префикса для уменьшения межсимвольной интерференции. Для расширенного циклического префикса и выбранной частоты дискретизации 240 kS/s линейная фаза будет одинаковой для всех OFDM символов, поскольку смещение является постоянным (таблица 1), но для конфигурации нормального циклического префикса из-за дробной величины длины циклического префикса, составляющая линейной фазы будет изменяться в зависимости от OFDM символа детерминированным образом. REs на разных поднесущих будут иметь разный фазовый удар, как показано на фиг.7, который показывает влияние фазы, когда частота дискретизации составляет 240 kS/s для 16-точечного FFT.
В соответствии с представленным здесь решением, компенсация дрожания применяется после того, как OFDM символ временной области был преобразован в REs частотной области. Компенсация содержит умножение каждого RE на величину сопряжения линейной фазы, которое возникает из-за дрожания в начальной позиции OFDM символа. Взаимосвязь между смещением во временной области и фазовым ударом на конкретный RE может быть задана:
(1)
при этом, представляет смещение выборки OFDM символа для OFDM символа в слоте (таблица 1), представляет длину сетевого OFDM символа при выбранной частоте дискретизации (например, 16, когда частота дискретизации составляет 240 kS/s), и представляет собой индекс поднесущей. Здесь предполагают, что поднесущая 6 является несущей постоянного тока (DC) (таким образом, - 6 часть уравнения), и, дополнительно, в отличие от обычного LTE, DC несущую не отбрасывают. Варианты осуществления могут быть легко адаптированы к другим сценариям, в которых, например, отбрасывают DC несущую и/или любая другая поднесущая является DC несущей. Компенсация дрожания для поднесущей OFDM символа в слоте, таким образом, содержит умножение соответствующего RE на, , при этом, * обозначает комплексное сопряжение.
На фиг.8 показана одна примерная блок-схема алгоритма предлагаемого решения. В этом примерном решении приемник определяет номер OFDM символа и ассоциированное с ним дрожание начала символа для принимаемой соты (этап 100), определяет фазовый удар на каждый из REs, который возникает из дрожания начала символа (этап 110), и поворачивает каждый RE на величину сопряжения определенного фазового удара (этап 120). В частности, определение дрожания начала символа на этапе 100 содержит определение на основании частоты дискретизации того, насколько велико смещение между FFT началом ввода и началом фактического OFDM символа для предоставления номера OFDM символа. Это может быть рассчитано в реальном времени или может быть извлечено из заданной таблицы, например, в таблице 1 выше для случая 240 kS/s. Определение фазового удара на этапе 110 содержит вычисление линейной фазы на основе поднесущей, которая возникает в результате смещения начала символа, которое было определено на этапе 100. Это может быть рассчитано в реальном времени (например, как указано выше) или может быть извлечено из заданной таблицы. Операция поворота на этапе 120 содержит для каждой поднесущей величину сопряжения для получения и умножение RE для OFDM символа и поднесущей на , которая удаляет линейную фазу, введенную смещением начала символа. Процесс повторяется для всех OFDM символов в TTI/подкадре/слоте (и, следовательно, другой фазовой компенсации на OFDM символ в интервале времени передачи (TTI)/подкадре/слоте).
На фиг.9 показана примерная NB-IoT архитектура физического уровня (PHY) для соответствующих частей нисходящей линии связи. RF схема подает выборки, например, 240 kS/s, в схему основной полосы частот. Выборки используют для демодуляции данных (общее управление, выделенное управление, широковещательная передача, одноадресные и многоадресные передачи данных) блоком демодуляции данных PHY. Каждый OFDM символ временной области, подлежащий демодуляции, подвергается FFT (16 точек в случае 240 kS/s) и 12 выходов, которые соответствуют 12 REs (из-за 12 поднесущих), подают в схему компенсации дрожания/модуль (компенсация дрожания), которая компенсирует дрожание начала символа. После этого, RE подают в блок оценки канала, анализатор каналов, блок объединителя и блок распаковки. Блок оценки канала оценивает условия распространения канала с использованием известных ранее сигналов, например, пилот-сигналов/опорных символов (которые могут быть общими или выделенными) или сигналов синхронизации. В случае использования сетевым узлом двух портов передатчика (TX), применяют два радио тракта к одной антенне RX, используемой NB-IoT устройством. Блок вычисления весового коэффициента объединения данных использует оценочные значения канала, и определяют оптимальный способ объединения данных, принятых по двум радио трактам. Блок поставляет информацию об объединенных весовых коэффициентах в блок объединителя и блок распаковки, которые используют весовые коэффициенты при объединении данных. Блок объединителя и блок распаковки преобразуют объединенные символы модуляции, переносимые REs, в программные биты, которые затем подают в декодер данных или декодер данных управления для декодирования.
Те же самые выборки, которые принимают из RF схемы, могут также использоваться для обнаружения новых внутричастотных соседних сот и/или для отслеживания и измерений обнаруженных соседних сот. Обнаружение первичного сигнала синхронизации выполняют во временной области NB-PSS детектором. Как только NB-PSS обнаружен, выполняют идентификацию обнаруженной соту путем обнаружения ассоциированного NB-SSS, который однозначно обеспечивает идентификатор физического уровня соты. NB-SSS работает в частотной области и, следовательно, на преобразованных и компенсированных от дрожания REs. При применении вариантов осуществления в соседней соте, номерOFDM символа определяют по отношению к соседней соте, а не к обслуживающей соте, как указано выше.
Уровень сигнала и качество сигнала обнаруженных соседних сот измеряют с помощью блока оценки мощности и уровня качества соты, чтобы определить, будет ли какая-либо из соседних сот более подходящей в качестве обслуживающей соты. Измерения выполняют по известным сигналам, например, пилот-сигналам/опорным символам (которые могут быть общими или выделенными) и/или синхронизирующим сигналам в частотной области. В некоторых реализациях может также быть использован отдельный блок отслеживания соты, который может быть выполнен с возможностью отслеживать изменения синхронизации в частотной области в соседних сотах. В качестве альтернативы, блок может работать на данных временной области в качестве входных данных, и в этом случае, варианты осуществления также содержатся в блоке отслеживания соты.
В случае обнаружения и измерения межчастотной соседней соты, отсутствует возможность выполнять одновременный прием данных из обслуживающей соты. Тем не менее, решение в любом случае выгодно, поскольку оно позволяет одновременно проводить измерения множества уже обнаруженных межчастотных соседних сот, одновременно, а также и для поиска новых сот. В общем случае, множество сот видимы для NB-IoT устройства на каждой межчастотной несущей, причем каждая сота обычно имеет различную кадровую синхронизацию. Если бы частота дискретизации была отрегулирована в радиоустройстве, чтобы соответствовать OFDM символу, начинающемуся для одной из соседних сот, то процесс не подходил бы для других соседних сот или для обнаружения соты. Вследствие этого, каждое измерение соты и операции поиска соты должны были выполняться последовательным образом, что привело бы к более длительному времени обнаружения соты и более длительным событиям триггера. Во многих сценариях, это также увеличило бы уровень потребляемой мощности устройства, например, за счет использования большего времени радиосвязи, чем проводилось бы параллельно, или из-за длительного пребывания в субоптимальной соте. С представленным в настоящем изобретении решением, полученные данные могут быть использованы для всех действий одновременно, и только объем буферизации и обработки ограничивает количество сот, которые могут быть измерены параллельно.
Способ, в соответствии с одним примерным вариантом осуществления, реализован в приемнике NB-IoT устройства, в котором приемник работает с частотой дискретизации, меньшей частоты, требуемой для получения последовательности OFDM символов без межсимвольного дрожания. В этом варианте осуществления способ содержит на каждом отдельном OFDM символе (для соответствующей соты) в TTI/слоте/подкадре прием выборок радиосигналов, дискретизованные на одинаковом расстоянии, определение номера OFDM символа и ассоциированного с ним дрожания, определение удара фазы на каждый из REs дрожания, преобразование OFDM символа в частотную область (REs) и поворот каждого RE, чтобы удалить ранее определенный удар фазы.
В одном примерном варианте осуществления определяют фазовую компенсацию на OFDM символ из таблицы поиска, в котором таблицу поиска определяют после определения OFDM синхронизации. В другом примерном варианте осуществления выполняют фазовую компенсацию на OFDM символ в принятом наборе выборок (набор OFDM символов) с использованием синхронизации, ассоциированной с обслуживающей сотой, и использованием синхронизации, по меньшей мере, в одной другой внутричастотной соседней соте.
Различные элементы, раскрытые в настоящем изобретении, описывают, как или представляют собой некоторую схему, например, передатчик, приемник, схему интерфейса приемника, схему преобразования частоты, схему компенсации дрожания, схему оценки канала, схему обнаружения, схему отслеживания и т.д. Каждая из этих схем может быть реализована в аппаратном обеспечении и/или программном обеспечении (включающая в себя аппаратно-программное обеспечение, резидентное программное обеспечение, микрокод и т.д.), выполняемое на контроллере или процессоре, включающее в себя специализированную интегральную схему (ASIC).
Дополнительные варианты осуществления:
28. Схема (226) компенсации дрожания для уменьшения межсимвольного дрожания, возникающее при обработке множества выборок радиосигнала, полученных путем дискретизации каждого из множества символов ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (OFDM) в принятом радиосигнале с уменьшенной частотой дискретизации, в котором уменьшенная частота дискретизации вызывает межсимвольной дрожание между OFDM символами, при этом схема компенсации выполнена с возможностью каждого из множества OFDM символов:
принимать множество элементов ресурса частотной области, полученных из
частотного преобразования выборок радиосигнала OFDM символа;
определять смещение выборки, соответствующее номеру символа для OFDM
символа, причем упомянутое смещение выборки представляет собой разностную величину между фактическим временем начала выборки и желаемым временем начала выборки;
определять, с использованием смещения выборки, сдвиг фазы для каждого из
элементов ресурса; и
уменьшать межсимвольное дрожание путем поворота каждого элемента ресурса с
использованием соответствующего сдвига фазы для генерирования элементов ресурса с вращением фазы.
29. Схема компенсации дрожания по варианту осуществления 28, в котором схема компенсации дрожания определяет сдвиг фазы путем определения сдвига фазы для каждого из элементов ресурсов, используя смещение выборки и частоту соответствующего элемента ресурса.
30. Схема компенсации дрожания по вариантам осуществления 28-29, в котором схема компенсации дрожания поворачивает каждый элемент ресурса путем поворота каждого элемента ресурса на величину сопряжения сдвига фазы.
31. Схема компенсации дрожания по вариантам осуществления 28-30, в котором уменьшенная частота дискретизации меньше, чем минимальная частота дискретизации, при которой межсимвольное расстояние может быть представлено целым числом выборок.
32. Схема компенсации дрожания по вариантам осуществления 28-31, в котором уменьшенная частота дискретизации составляет менее 1,92 млн. выборок в секунду.
33. Схема компенсации дрожания по вариантам осуществления 28-32, в котором выборки радиосигнала получают с помощью эквидистантной дискретизации OFDM символа.
35. Узкополосное приемное приспособление (320) беспроводной связи, выполненное с возможностью уменьшать межсимвольное дрожание, вызванное при обработке каждого из множества символов ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (OFDM) в принятом сигнале, причем узкополосное приемное приспособление беспроводной связи содержит:
модуль (322) интерфейса приемника, выполненный с возможностью для каждого из множества OFDM символов принимать множество выборок радиосигналов, полученных путем дискретизации OFDM символа с уменьшенной частотой дискретизации, в котором уменьшенная частота дискретизации вызывает межсимвольное дрожание между OFDM символами;
модуль (324) преобразования частоты, выполненный с возможностью для каждого из множества OFDM символов преобразовывать выборки OFDM символа во множество элементов ресурса частотной области; и
модуль (326) компенсации дрожания, выполненный с возможностью для каждого из множества OFDM символов:
определять смещение выборки, соответствующее номеру символа для
OFDM символа, причем упомянутое смещение выборки представляет собой разностную величину между фактическим временем начала выборки и желаемым временем начала выборки;
определять сдвиг фазы для каждого из элементов ресурсов с использованием
смещения выборки; и
уменьшать межсимвольное дрожание путем поворота каждого элемента
ресурса с использованием соответствующего сдвига фазы для генерирования элементов ресурса с вращением фазы.
36. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по варианту осуществления 35, в котором модуль компенсации дрожания определяет сдвиг фазы путем определения сдвига фазы для каждого из элементов ресурсов с использованием смещения выборки и частоты соответствующего элемента ресурса.
37. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по вариантам осуществления 35-36, в котором модуль компенсации дрожания поворачивает каждый элемент ресурса путем поворота каждого элемента ресурса на величину сопряжения соответствующего сдвига фазы.
38. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по вариантам осуществления 35-37, в котором уменьшенная частота дискретизации меньше, чем минимальная частота дискретизации, при которой межсимвольное расстояние может быть представлено целым числом выборок.
39. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по вариантам осуществления 35-38, в котором уменьшенная частота дискретизации составляет менее 1,92 млн. выборок в секунду.
40. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по вариантам осуществления 35-39, в котором элементы ресурса с вращением фазы соответствуют соседней соте, при этом, узкополосный приемник беспроводной связи дополнительно содержит модуль (332) обнаружения, выполненный с возможностью обнаруживать соседнюю соту с использованием элементов ресурса с вращением фазы.
41. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по вариантам осуществления 35-40, в котором элементы ресурса с с вращением фазы соответствуют соседней соте, при этом, узкополосный приемник беспроводной связи дополнительно содержит модуль (334) отслеживания, выполненный с возможностью отслеживать изменения синхронизации соседней соты с использованием элементов ресурса с вращением фазы.
42. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по вариантам осуществления 35-41, в котором OFDM символ содержит первый OFDM символ, принятый из обслуживающей соты, и в котором элементы ресурса с вращением фазы соответствуют обслуживающей соте, при этом, узкополосный приемник беспроводной связи дополнительно содержит модуль (330) оценки канала, выполненный с возможностью генерировать оценочные значения канала обслуживающей соты с использованием элементов ресурса с вращением фазы.
43. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по варианту осуществления 42:
в котором модуль компенсации дрожания дополнительно выполнен с возможностью:
определять второе смещение выборки, соответствующее второму номеру символа
для второго OFDM символа;
преобразовывать выборки второго OFDM символа во множество вторых элементов
ресурса частотной области;
определять второй сдвиг фазы для каждого из вторых элементов ресурсов,
используя второе смещение выборки; и
уменьшать межсимвольное дрожание путем поворота каждого второго элемента
ресурса с использованием соответствующего второго сдвига фазы для
генерирования вторых элементов ресурса с вращением фазы; и
узкополосный приемник беспроводной связи дополнительно содержит модуль
обнаружения, выполненный с возможностью обнаруживать одну или
несколько соседних сот с использованием вторых элементов ресурса с
вращением фазы.
44. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по варианту осуществления 42:
в котором модуль компенсации дрожания дополнительно выполнен с возможностью:
определять второе смещение выборки, соответствующее второму номеру символа для второго OFDM символа;
преобразовывать выборки второго OFDM символа во множество вторых элементов ресурса частотной области;
определять второй сдвиг фазы для каждого из вторых элементов ресурсов, используя второе смещение выборки; и
уменьшать межсимвольное дрожание путем поворота каждого второго элемента ресурса с использованием соответствующего второго сдвига фазы для генерирования вторых элементов с вращением фазы; и
узкополосный приемник беспроводной связи дополнительно содержит модуль
отслеживания, выполненный с возможностью отслеживать изменения
синхронизации соседней соты, с использованием вторых элементов ресурса
с вращением фазы.
45. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по варианту осуществления 44 дополнительно содержит модуль обнаружения, выполненный с возможностью обнаруживать соседнюю соту с использованием вторых элементов ресурса с вращением фазы.
46. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по вариантам осуществления 35-45, в котором выборки радиосигнала получают с помощью эквидистантной дискретизации OFDM символа.
47. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по вариантам осуществления 35-46, в котором узкополосное приемное приспособление беспроводной связи содержит узкополосное приемное приспособление беспроводной связи, используемое в интернете вещей.
48. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по вариантам осуществления 35-47, в котором узкополосное приемное приспособление беспроводной связи содержится в устройстве.
49. Узкополосное приемное приспособление беспроводной связи по варианту осуществления 48, в котором устройство содержит одно из планшет, персональный компьютер, мобильный телефон, телеприставку, датчик и камеру.
Решение, представленное в настоящем описании, может, конечно, быть реализовано другими способами, чем те, которые конкретно изложены в настоящем документе, без отхода от основных характеристик вариантов осуществления. Настоящие варианты осуществления должны рассматриваться во всех отношениях как иллюстративные, а не ограничительные, и все изменения должны находиться в диапазоне значений и эквивалентности приложенных вариантов осуществления.