СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ДУПЛЕКСНОЙ СВЯЗИ
METHOD, DEVICE AND SYSTEM FOR DUPLEX COMMUNICATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к системам связи. В частности, изобретение имеет отношение к эфирным интерфейсам беспроводных сетей связи и способам их дуплексной передачи.
Уровень техники
Современные беспроводные системы связи, такие как нашедшие широкое применение GSM (глобальная система мобильной связи) и UMTS (универсальная мобильная телекоммуникационная система), которые выбраны в качестве Европейского стандарта мобильной связи третьего поколения, могут передавать различные типы данных через эфирный интерфейс между элементами сети, такими как базовая станция и подвижный терминал. Для этой цели как GSM, так и UMTS используют тщательно обдуманный способ дуплексной передачи, названный FDD, ДСЧР (дуплексная связь с частотным разделением каналов), в котором направления передачи обратной линии связи и прямой линии связи реализованы в двух разных диапазонах частот (спаренные диапазоны). Следовательно, ДСЧР использует разделение направлений передачи в частотной области и дает возможность непрерывной двусторонней передачи. Кроме ДСЧР, обычно назначенной для макроячеек и микроячеек, спецификация UMTS также включает в себя режим, поддерживающий более современную технологию TDD, ДСКР (дуплексная связь с кодовым разделением каналов), предназначенную для разделения во временной области направлений передачи, используемых с неспаренными диапазонами частот, и предоставляющий в основном доступ к локальной области в ссылке на пикоячейки и т.д. с более высокой плотностью пользователей. В UMTS диапазоны частот 1920-1980 МГц (восходящая (обратная) линия связи) и 2110-2170 МГц (нисходящая (прямая) линия связи) спарены для работы ДСПР, в то время как диапазоны частот 1900-1920 МГц и 2010-2025 МГц назначены для работы ДСКР.
Концепции ДСЧР и ДСКР дополнительно объяснены с помощью фиг.1, на которой беспроводное устройство связи, такое как подвижный терминал или дающий возможность связи PDA, ПЦА (персональный цифровой ассистент) 102 соединен с мобильной сетью, которая может быть, по сути дела, разделена на сеть радиодоступа и базовую сеть, как в UMTS. Элемент сети, непосредственно взаимодействующий с беспроводным устройством 102 связи, в этом примере назван базовой станцией 104, которая передает, например, в случае GPRS, УПРС (универсальная пакетная радиослужба) данные, принятые из SGSN, ОУПУ (обслуживающий узел поддержки УПРС) 106, и первоначально доставленные с помощью GGSN, ШУПУ (шлюзовой узел поддержки УПРС) 108, окончательно в беспроводное устройство 102 связи через эфирный интерфейс с помощью использования активного соединения DL, ПЛС (прямая линия связи). Таким образом, беспроводной устройство 102 связи может посылать данные в сторону сети с помощью использования установленного соединения UL, ОЛС (обратная линия связи).
Инициированная передача данных ОЛС/ПЛС может быть реализована посредством обоих способов ДСПР и ДСКР. Если бы был выбран ДСЧР, направления передачи ОЛС 112 и ПЛС 110 были бы разделены относительно их несущих частот. Следовательно, эти два диапазона, имеющие либо одинаковые либо разные полосы частот с необходимым разделением, называемым защитным диапазоном, используют для дуплексной передачи данных. Решение спаренных диапазонов является идеальным для симметричного трафика как передачи речи и проведения видеоконференций, но в качестве нижней стороны действительно гибкое распределение полосы частот между ресурсами передачи ОЛС и ПЛС является либо невозможным либо сложным для реализации.
Для поддержки множественного доступа в сети, основанной либо на ДСПР либо на ДСКР, может быть использован, например, способ TDMA, МДВР (множественный доступ с временным разделением каналов), как в системе GSM, или способ (W)CDMA, (Ш)МДКР ((широкополосный) множественный доступ с кодовым разделением каналов), как в системе UMTS, или даже оба одновременно (например, ДСКР UMTS). Кроме того, способ FDMA, МДЧР (множественный доступ с частотным разделением каналов) может быть применен всякий раз, когда существует множество несущих для направления передачи.
Подход ДСКР поддерживает относительное изменение пропускной способности ОЛС/ПЛС и таким образом асимметричный трафик легче, чем ДСЧР, так как направления ОЛС и ПЛС совместно используют одну и ту же частоту, и требуемое разделение происходит во временной области с помощью назначения одной несущей для двух различных множеств интервалов времени, одного для каждого направления. Интервалы времени могут быть назначены динамически одинаковым способом для симметричного трафика 114 или в качестве альтернативы несбалансированным способом 116, например, для типичного трафика Интернет (приложение исследования Интернет: большой трафик прямой линии связи, почти не существующие управляющие данные обратной линии связи), причем в этом случае направление либо ОЛС либо ПЛС может доминировать над другим направлением относительно использования времени. Следовательно, частотные ресурсы бессмысленно не резервируют для пассивного направления передачи. В качестве недостатка ДСКР предполагает прерывающуюся передачу для обоих концов соединения, и риск помехи, введенной между направлениями передачи, увеличивается из-за возможности наложения передачи ОЛС/ПЛС. Защитный период 118 (проиллюстрированный на фигуре только для одного интервала времени ОЛС для целей пояснения) обычно используют в конце каждого интервала времени, чтобы исключить наложение.
Публикация WO99/38343 раскрывает устройство, поддерживающее как технологию дуплексной связи с временным разделением каналов, так и технологию дуплексной связи с частотным разделением каналов, чтобы увеличить использование спектра в средах с множеством ячеек. Две базовые станции, находящиеся в соседних ячейках, но с географическим разделением, могут использовать одни и те же частоты таким способом, что первая базовая станция, имеющая соединение с первой подвижной станцией, передает в определенный момент времени с помощью использования первой частоты, в то время как вторая базовая станция, имеющая соединение со второй подвижной станцией, передает (или принимает) с помощью использования второй частоты. Затем первая базовая станция принимает данные на второй частоте, в то время как вторая базовая станция принимает (или передает) данные на первой частоте. Затем упомянутый выше цикл запускается повторно.
Несмотря на различные существующие устройства передачи данных, которые даже могут использовать до некоторой степени разные типы соединения данных и способы дуплексной связи, все же встречаются ситуации, в которых никакой из способов предшествующего уровня техники не может особенно хорошо подходить. С другой стороны, ни ДСКР ни ДСЧР не обеспечивают систему с безупречными преимуществами, как представлено выше.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является ослабить недостатки, обнаруженные в устройствах предшествующего уровня техники, и предложить новый способ, устройство и систему, расположенные в контекстуальной близости с ранее известными решениями ДСКР и ДСЧР. Это дает возможность осуществления дуплексной связи между двумя или более устройствами приемопередатчиков способом, объединяющим и увеличивающим многие преимущества обоих способов ДСКР и ДСЧР.
В основной концепции изобретения, в которой два устройства приемопередатчиков взаимодействуют друг с другом, частоты обратной линии связи и прямой линии связи назначают ортогональным способом таким образом, что в один момент времени определенную несущую частоту используют для передачи обратной линии связи (прямой линии связи) и в некоторый другой момент времени для передачи прямой линии связи (обратной линии связи). Таким образом, в упомянутый один момент времени вторую несущую частоту используют для передачи прямой линии связи (обратной линии связи), а в упомянутый некоторый другой момент времени - по выбору для передачи обратной линии связи (прямой линии связи). С помощью дуплексной связи ссылаются на любой тип двусторонней передачи информации (речь или другие соответствующие данные полезной нагрузки, сигнализация, пилот-сигналы и т.д.).
Что касается использования изобретения, оно обеспечивает достаточное разнесение передачи благодаря его аспекту ДСЧР или “скачкообразной перестройке частоты”. Кроме того, предоставлено средство, предназначенное для управления устройствами передачи, как функция новой информации состояния канала благодаря аспекту ДСКР для его части. Например, в традиционном решении ДСЧР требуется канал обратной связи, чтобы обеспечить передатчик информацией о канале передачи и другой связанной информацией. С помощью использования изобретения такая информация о канале для передачи управляющего воздействия может быть получена из информации, просто принятой на той же самой частоте. Конечно, также определенные (явные) данные обратной линии связи могут быть посланы в передатчик с помощью принимающей стороны через канал обратной линии связи, полученный из первоначального канала передачи на основании ДСКР, либо периодически либо после необходимости происшествия определенного события. Однако ситуация помехи является разной на разных концах линии связи и таким образом использование явных данных обратной линии связи не будет поспешно пропущено. Неявные или явные данные управления передачей могут быть использованы, чтобы регулировать, например, кодирование передачи, формирование луча, модуляцию, управление мощностью, управление скоростью передачи данных (многопользовательское) планирование, выбор канала и другие устройства для произвольного числа конфигураций передающих и приемных антенн без необходимости определять каналы обратной связи с высокими непроизводительными потерями. Кроме того, многие из современных конкретных преимуществ ДСКР, как увеличенная пропускная способность, в настоящее время также стали применимыми в спаренных диапазонах ДСЧР.
В одном аспекте изобретения способ, предназначенный для дуплексной связи, содержит этапы, на которых назначают две или более частот для передачи информации и передают информацию в первом направлении на первом числе частот, принадлежащих упомянутым двум или более частотам, и во втором направлении на втором числе частот, принадлежащих упомянутым двум или более частотам, но отличным от первого числа частот, отличающийся тем, что дополнительно имеет этап, на котором
передают информацию в определенный момент времени на первой частоте, принадлежащей упомянутому первому числу частот, во втором направлении передачи.
В другом аспекте изобретения способ, предназначенный для дуплексной связи между первым и вторым устройством приемопередатчиков, отличается тем, что имеет этапы, на которых:
передают информацию в течение первого периода времени на первой несущей частоте в первом направлении передачи между упомянутыми первым и вторым устройствами приемопередатчиков;
передают информацию в течение первого периода времени на второй несущей частоте во втором направлении передачи между упомянутыми первым и вторым устройствами приемопередатчиков; и
передают информацию в течение второго периода времени, по существу, на первой несущей частоте во втором направлении передачи между упомянутыми первым и вторым устройствами приемопередатчиков.
С помощью выражения “по существу” подчеркивают, что несущие частоты (или диапазоны частот), по меньшей мере, частично перекрываются, если не являются полностью идентичными.
Понятие “передача” в настоящем описании относится к процедуре нижнего уровня передачи или приема или к передаче и приему как агрегату. С точки зрения системы, включающей в себя передающую и принимающую стороны, оба аспекта могут быть упомянуты или могут быть не упомянуты на одном этапе, в то время как с точки зрения одного устройства связи только один аспект (передачи/приема) является применимым за один раз.
В дополнительном аспекте изобретения устройство связи, содержащее приемопередатчик, предназначенный для беспроводной дуплексной связи, дополнительно содержащее средства обработки и памяти, предназначенные для обработки и запоминания инструкций и данных, отличается тем, что оно сконфигурировано с возможностью
передачи информации в течение первого периода времени на первой несущей частоте в первом направлении передачи,
передачи информации в течение первого периода времени на второй несущей частоте во втором направлении передачи, и
передачи информации в течение второго периода времени, по существу, на первой несущей частоте во втором направлении передачи.
Еще в одном аспекте изобретения система, содержащая один или несколько приемопередатчиков, выполненных с возможностью осуществления дуплексной передачи данных, причем система дополнительно содержит средства обработки и памяти, предназначенные для обработки и запоминания инструкций и данных, сконфигурирована с возможностью назначения двух или более несущих частот для передачи информации отличается тем, что в течение длительности первого периода времени первую несущую частоту назначают для передачи информации в первом направлении, а вторую несущую частоту назначают для передачи информации во втором направлении, и в течение длительности второго периода времени первую несущую частоту назначают для передачи информации во втором направлении.
Следует заметить, что первое направление может быть интерпретировано как направление либо обратной линии связи либо прямой линии связи в случае типичной системы связи. Таким же образом второе направление тогда будет интерпретировано как направление прямой линии связи или обратной линии связи в этой последовательности.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение описано более подробно с помощью ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает упомянутые решения предшествующего уровня техники с подходами ДСЧР и ДСКР;
фиг. 2А, фиг. 2В и фиг. 2С иллюстрируют вышеупомянутую концепцию изобретения, в которой оба способа ДСЧР и ДСКР применены искусным способом;
фиг. 3 - блок-схема последовательности этапов способа изобретения;
фиг. 4 - дополнительная блок-схема последовательности этапов способа изобретения;
фиг. 5 - блок-схема устройства изобретения;
фиг. 6 - блок-схема другого устройства изобретения;
фиг. 7А и фиг. 7В изображают сравнение между стандартным способом ДСЧР и способом дуплексной скачкообразной перестройки частоты в одном возможном случае использования.
Подробное описание варианта осуществления изобретения
Фиг. 1 уже была описана в связи с описанием соответствующего предшествующего уровня техники.
Различные сценарии изобретения, хотя являющиеся только примерными, изображены на фиг. 2А, фиг. 2В и фиг. 2С.
Фиг. 2А представляет самый простой случай дуплексной скачкообразной перестройки частоты, в котором в соответствии с аспектом ДСЧР изобретения две или более отдельные частоты (или на практике диапазонов частот) назначают для передачи информации (речи или других данных, информации управления и т.д.), и в определенный период Т1 времени одну несущую частоту (диапазон) используют в направлении ОЛС, а другую несущую частоту - в направлении ПЛС. Во второй период Т2 времени, в соответствии с аспектом ДСКР изобретения несущую частоту, использованную в направлении ОЛС в течение периода Т1 времени, теперь используют в направлении ПЛС, и аналогично выборочно несущую частоту, использованную в направлении ПЛС в течение периода Т1 времени, наоборот, используют в направлении ОЛС. Защитный диапазон отмечен на фигуре с помощью ссылочного знака G.
Период времени, упомянутый в настоящем описании, может относиться, например, к ряду интервалов времени, дополнительно к любым другим временно ограниченным, по существу, непрерывным сегментам, и может быть конкретизирован как ряд интервалов времени. Во многих существующих системах связи направления передачи информации ОЛС и ПЛС имеют взаимное смещение синхронизации, например, относительно границ интервалов времени и, следовательно, определение периода времени, как использованное в этом тексте, может отличаться от действительных границ интервалов времени, как определенных. Также следует отметить тот факт, что в течение определенного периода времени, назначенного для передачи информации, действительная передача, однако, может происходить, занимая только часть, а не всю длительность интервала времени.
Так как один и тот же канал (частота), который только что служил в качестве несущей для приема данных, повторно используют предпочтительно в согласованности во времени, также для передачи информации, традиционные каналы обратной связи, предназначенные для снабжения передатчика информацией о статусе канала, являются ненужными. Передатчик может делать вывод на основании только что полученной информации, информации, возможно, включающей в себя полезные обучающие (пилот) последовательности и т.д., соответственные параметры передачи (мощность, коэффициенты (формирования) луча и т.д.). Следовательно, передатчик снабжен информацией о канале после способа подхода ДСЧР, в то время как подход скачкообразной перестройки частоты предлагает разнесение в передаче в общем смысле.
Кроме того, по меньшей мере, некоторая (исходная) информация (т.е. переданные блоки информации в целом содержат избыточность, например, из-за примененного кодирования канала) может быть передана на множестве частот, чтобы увеличить вероятность успешного приема на дальнем конце, например, в случае сложных или неизвестных состояний канала. Состояния канала могут быть проанализированы на основании принятой информации.
На фиг. 2В дуплексную скачкообразную перестройку частоты выполняют в среде, конгруэнтной среде фиг. 2А, но направление ОЛС является, по меньшей мере, временно пассивным (отсутствие трафика). Следовательно, передача данных направления ПЛС скачкообразно изменяется через частоты периодическим способом, но теперь также произвольно посылает 202, например, данные управляющего воздействия или параметра (как информацию о канале или тестовые данные для анализа канала, как обучающиеся последовательности) с использованием другого неиспользованного периода времени ОЛС между передачами ПЛС. Такие периодические передачи управляющего воздействия или параметра могут быть посланы на разных частотах в соответствии с общим принципом скачкообразной перестройки частоты, например, для того чтобы дать возможность анализа изменения состояний канала на дальнем конце.
Фиг. 2С раскрывает дополнительный сценарий, в котором имеет место типичная процедура назначения ДСЧР и, по меньшей мере, одна несущая частота зарезервирована для направления ОЛС, а другая - для направления ПЛС. Оба направления могут быть как активными, так и неактивными (экстренная передача данных) в прошлом, но, по меньшей мере, во временном окне, изображенном с помощью фиг. 2С, ОЛС является пассивной, таким образом, в этом направлении не передают никаких данных полезной нагрузки или сигнализации. Сообщения о приеме ПЛС или некоторое другое меньшее количество данных затем могут быть периодически посланы 204 в диапазоне ПЛС в направлении ОЛС, при условии, что соответственным образом определены необходимые защитные периоды и т.д., чтобы исключить помехи между передачами ОЛС/ПЛС на одной и той же частоте, и оба конца линии связи учитывают случайные сообщения (например, предыдущее устройство передачи ПЛС может запросить сообщение, посылаемое в некотором будущем интервале времени).
Ввиду приведенных выше примеров на фиг. 3 изображена обобщенная блок-схема последовательности этапов способа, предназначенного для использования изобретения. На этапе 302 способ запускают и выполняют начальную загрузку устройств связи, передающих/принимающих информацию, загружают необходимые коды в их памяти, после чего (персональные) устройства связи могут зарегистрироваться в сети и т.д. На этапе 304 назначают ресурсы передачи, что может происходить либо автоматически после фазы инициализации либо после приема запроса соединения передачи данных, например, в помощью связывания ряда несущих с рядом устройств, использующих их. Кроме того, в соответствии с аспектом ДСКР изобретения, определенные периоды времени, например интервалы времени, могут быть назначены определенному числу устройств. Кроме того, в сущности изобретения необходимые листинги последовательности (как коды шифрования в UMTS), которые определяют примененные последовательности дуплексной скачкообразной перестройки частоты, например, в парах несущая частота - период времени (например, интервал времени), могут быть связаны с устройствами и поданы в устройства. Это также может происходить динамически на следующем этапе. На этапе 306 инициируют передачу информации, по меньшей мере, между двумя устройствами, таким образом точнее являющимися устройствами приемопередатчиков или отдельными схемами передатчика и приемника этих устройств (таким образом, образующих приемопередатчик в концептуальном смысле), с помощью передачи (посылки) и/или приема информации в специальном диапазоне частот в течение определенного периода времени в соответствии с определенной последовательностью дуплексной скачкообразной перестройки частоты. На этапе 308 устройства, участвующие в процессах передачи данных, корректируют свою частоту приема/передачи и/или информацию синхронизации в соответствии с последовательностями дуплексной скачкообразной перестройки частоты, а затем переключаются на новую конфигурацию частоты/интервала времени. Передачу данных продолжают в соответствии с этапами 306 и 308 до тех пор, пока больше не будет передаваемых 310 данных. Способ заканчивают на этапе 312.
Фиг. 4 более подробно раскрывает вариант выполнения этапа 306 передачи информации фиг. 3 из одной перспективы устройства связи, причем упомянутое устройство находится на одном конце линии связи с использованием принципов изобретения.
На этапе 402 на основании направления передачи определяют, должна ли быть передана информация, либо передана либо принята в течение периода времени. Если это имеет место, определяют 404 соответственную синхронизацию (например, соответственный интервал времени в течение периода времени с возможным смещением из-за задержек распространения и т.д.) для передачи 406 или приема 407 информации. Из принятой информации, например, благодаря принятой обучающей последовательности могут быть получены параметры канала, предназначенные для использования в течение фазы передачи данных на одной и той же (или соседней частоте). Наконец, если требуется 408 явная информация обратной связи, такая информация выборочно может быть принята/передана на этапе 410 в течение заданного периода времени на заданной частоте (например, являющейся одинаковой с последней передачей данных или следующей частотой в последовательности).
Вообще говоря, очевидно, передача информации может происходить, по меньшей мере, между двумя устройствами, такими как беспроводное устройство связи и базовая станция. Кроме того, такое устройство может иметь место в сценарии с множеством ячеек, представляющим, по меньшей мере, две базовые станции и два беспроводных устройства связи. В таком более сложном случае требуется некоторый вид синхронизации, который может быть основан, например, по меньшей мере, частично на общих дуплексных последовательностях между множеством соседних базовых станций, между ячейками, чтобы исключить одновременные передачи на одной и той же частоте. В качестве альтернативы можно ограничить использование дуплексной скачкообразной перестройки частоты в непосредственной близости от базовой станции, в то время как традиционная ДСЧР была бы использована в зонах “мягкой передачи обслуживания” с большими расстояниями. Например, несколько поднесущих могли бы быть назначены дуплексной скачкообразной перестройке частоты, а другое число для традиционного использования ДСЧР. “Непосредственная близость” может означать в смысле беспроводной передачи несколько разных вопросов, таких как потери маршрута, состояние канала, требуемая мощность передачи и т.д., или их комбинацию.
Показанная с помощью примеров фиг.2А - фиг.2С дуплексная скачкообразная перестройка частоты изображена с изменяющимся разрешением использования; возможно непрерывная скачкообразная перестройка частоты, применимая ко всей связи, но также может быть использован традиционный режим ДСЧР, например 99% времени, и только обратная связь/обучающие (пилот) последовательности могут быть посланы периодически или после происшествия некоторого заданного события (радикально измененного параметра канала и т.д.), на частоте “обратной линии связи” в направлении обратной линии связи в базовую станцию с помощью беспроводного устройства связи, например, до тех пор, пока оба конца соединения учитывают назначения частоты-времени (как дуплексные последовательности, упомянутые выше) для определенного числа непрерывных периодов времени. Конечно, такие назначения могут быть адаптивными и динамически изменяемыми, т.е. базовая станция корректирует последовательности, например, из-за активизации новых соединений передачи информации, с помощью посылки сообщения корректировки по управляющему каналу в соответствующие беспроводные устройства связи, которых затронуло изменение.
Очевидно, требование ортогональности сохраняется, если несущие не перекрываются. Подходящие назначения несущих частот относительно времени (последовательности дуплексной скачкообразной перестройки частоты) могут быть созданы с помощью использования последовательности Уолша (Адамара), золотой последовательности или других известных последовательностей с ортогональными характеристиками.
Часто в этой концепции из-за недостатков реализации является предпочтительным защитный диапазон между несущими, таким образом, имеется защитный период (защитное время) между периодами времени, связанными с разными направлениями передачи. Средства, предназначенные для управления защитными периодами, по существу, известны из литературы по связи ДСКР (смотри также, например, спецификации UMTS WCDMA TDD), а средства, предназначенные для определения защитных диапазонов (часто упоминаемые как защитные частоты или интервал дискретной связи), могут быть рассмотрены либо как типичное регулирование либо как вопросы реализации.
На частотах как обратной линии связи, так и прямой линии связи может быть несколько поднесущих. Как таковая, концепция не зависит ни от какой конкретной концепции цифровой или аналоговой модуляции или от протокола множественного доступа. Она может быть использована в произвольных беспроводных или проводных сетях связи, таких как сотовые, беспроводные, специальные сети, беспроводные LAN, ЛС (локальные сети), сети 3G/4G (3-го поколения/4-го поколения) и т.д.
Возвращаясь к преимуществам изобретения, присущая взаимность канала при условии, что времена дуплексной связи являются достаточно короткими (в согласованности времени) и передача происходит на частоте, на которой информация была принята в упомянутое время согласованности, может быть использована, чтобы определять параметры связи для передачи (коэффициенты луча, варианты кодирования/модуляции, управление мощностью, управление скоростью передачи, планирование и т.д.), чтобы уменьшить сложность приема, например, когда в передатчике точно выполнено предварительное рейк-объединение или формирование луча, или чтобы уменьшить требования к пропускной способности управляющего канала (ссылка на ДСКР против разнесения передачи с обратной связью ДСЧР). С практической точки зрения публикация [1] предлагает, как применять информацию о канале посредством CQI, УКК (указатель качества канала) в многопользовательской системе, например, для планирования.
Улучшенное разнесение, когда интервал дуплексной связи (частоты) является достаточно большим, и последовательные интервалы времени передают на разных частотах, является другим очевидным преимуществом изобретения. Преимущество разнесения может быть использовано, например, с помощью посылки разных частей закодированного потока информации через два разных дуплексных диапазона, например, в последовательных интервалах времени. Следовательно, даже если один дуплексный диапазон находится в глубоком замирании, декодер канала (турбодекодер, сверточный декодер и т.д.) может восстановить переданную информацию.
Изобретение также предлагает объединенные преимущества. Например, передатчик может оптимизировать лучи (минимизировать мощность передачи и т.д.) для каждого интервала времени благодаря взаимности канала. Для дополнительной ссылки использование информации о канале в системе ДСКР в связи с формированием луча описано в публикации US 6584302. Одновременно разные интервалы времени передают на разных частотах, чтобы получить разнесение. Кроме того, система может планировать/маршрутизировать передачу для этих частот, для которых требуемая мощность передачи была бы минимальной (например, используют только лучшую из двух частот). Следовательно, назначение пространственных-частотных-временных ресурсов упрощается, так как определенные каналы обратной связи больше не являются обязательными.
Конечно, чтобы использовать взаимность канала, приемник должен измерять сигнал канала обратной линии связи/прямой линии связи, в то же время, возможно, одновременно передавая на разных частотных каналах. Средство, предназначенное для обеспечения возможности оценки канала (или способы, предназначенные для получения более общей информации, связанной с каналом), и соответствующие способы компенсации достаточно известны в данной области техники (пилот-последовательности, согласованные фильтры, теория оценки, компенсирующие фильтры и т.д.). Следовательно, эти измерения используют как для приема, так и для передачи, полученную оценку канала используют, чтобы оптимизировать способ передачи в данном канале с использованием известных способов.
В ДСКР приемопередатчик работает в определенный момент времени либо в режиме передачи либо в режиме приема, но в настоящем описании возможно одновременно в обоих режимах, таким образом уменьшая задержку передачи. Однако обе частоты (обратной линии связи/прямой линии связи) не заставляют быть активными одновременно. Кроме того, не имеется ограничений для совместного использования асимметричной пропускной способности между ОЛС и ПЛС (или в целом для двух направлений дуплексной связи), например, просто с помощью назначения обеих частот дуплексной связи одному направлению дуплексной связи для данного интервала времени/пропорции, как в ДСКР (хотя это обычно требует двойных цепочек передачи).
Далее приведены случаи использования для того, чтобы объяснить, как настоящее изобретение могло бы быть приспособлено к уже существующим системам.
CDMA2000
CDMA2000 по сравнению с WCDMA не имеет компонента ДСКР. Способ изобретения мог бы быть использован, чтобы увеличить пропускную способность сетей CDMA2000, точно так же как ДСКР используют, чтобы усовершенствовать WCDMA. Нет необходимости определять отдельный диапазон для этой цели, но, например, могла бы быть использована отдельная несущая (пара). В настоящее время спецификация HDR (cdma2000-1xDO) использует отдельную несущую, и объединенная с синхронизированной работой сети даже служба с множеством ячеек может быть реализуемой без трудных дополнительных измерений для управления синхронизацией.
GSM/EDGE, УСПДГ (увеличенные скорости передачи данных для GSM/глобального развития)
Интервал повторного использования частоты, присущий сетям МДВР, дает возможность уменьшать эффект неточного управления синхронизацией. С другой стороны, сети МДВР уже включают в себя механизмы управления синхронизацией и они также могут быть использованы с настоящим изобретением, если требуется. Непосредственное использование изобретенного способа в системах МДВР может быть не простым с точки зрения регулирования, но изобретение дало бы возможность быстрой реализации системы для GSM/УСПДГ для некоторых других диапазонов частот, не охваченных в настоящее время спецификациями.
UMTS/WCDMA
UMTS имеет режим ДСКР и имеются связанные средства, чтобы регулировать синхронизацию. Они также могут быть использованы с настоящим изобретением, если требуется, например, в случае с множеством ячеек. Изобретение является применимым, по меньшей мере, где применима ДСКР, и, следовательно, может быть использовано, чтобы дополнительно повысить пропускную способность ячеек в помещениях в UMTS, без необходимости работать в непарном диапазоне. Сеть может определять, чтобы данная пара ячеек/несущих работала в режиме дуплексной скачкообразной перестройки частоты. Повышение пропускной способности происходит из доступности дополнительного спектра (спаренные диапазоны) и, в частности, из того факта, что эффективные алгоритмы управления ресурсами являются реализуемыми.
Например, точное формирование луча улучшает пропускную способность и уменьшает сложность приемника. Если предложенная концепция не используется, необходимо определить каналы обратной связи высокой пропускной способности, чтобы получить подобную производительность (с помощью предоставления информации о состоянии канала посредством явной сигнализации). Следовательно, изобретение предоставляет новый способ, чтобы передавать информацию о состоянии канала в передатчик при работе в спаренных диапазонах. Информация о состоянии канала (CSI, ИСК) может быть использована, чтобы разработать передатчик для канала c большим числом входов и выходов (MIMO, БЧВхВых), в котором используется оптимальное и усовершенствованное формирование множества лучей и назначение мощности и скорости передачи данных. ИСК может быть использована, чтобы выбирать соответственный а) транспортный формат (кодирование, способ модуляции), b) число потоков, используемых в системе БЧВхВых, и связанные мощности/скорости передачи данных/лучи, с) выбор способа передачи БЧВхВых/MISO, МВхЕВых/SIMO, ЕВхМВых/SISO, ЕВхЕВых (единственный вход единственный выход) в целом, d) выбор назначения приоритетов услуги (услуг) и/или пользователя (пользователей) и т.д.
Рассматривая оборудование для реализации изобретения более подробно, фиг.5 раскрывает блок-схему основных компонентов, предназначенных для устройства связи, такого как базовая станция. Устройство 502 обработки управляет выполнением действий в соответствии с инструкциями (например, приложения управления передачей данных), запомненного в памяти 504, выборочно содержащей также данные, такие как текущие назначения частоты-времени. Средство 508 передачи данных может включать в себя средство 514 возможности беспроводной связи, например, как радио/инфракрасный приемопередатчик или адаптеры беспроводной сети (WLAN, БЛС (беспроводная ЛС) и т.д.) или средство 512 возможности фиксированной связи, такое как адаптер традиционной сети (карта Ethernet и т.д.) или карта интерфейса МДВР. Очевидно, что необязательная клавиатура или другое средство 510 ввода данных и дисплей 506 являются полезными для обеспечения пользователя интерфейсом для администрирования и управления устройством.
Программное обеспечение, предназначенное для реализации способа изобретения, может быть предоставлено на среде носителя, например, как гибкий диск, CD-ROM и карта памяти.
Также беспроводное устройство связи, возможно, использованное в изобретении, блок-схема которого изображена на фиг. 6, содержит средство 602 обработки, средство 604 памяти, средство 608 передачи данных, как приемопередатчик 612, которое может соединять беспроводное устройство связи с беспроводной сетью, например, через базовую станцию фиг. 5, или с некоторым другим устройством, и необязательно содержит дисплей 606 дополнительно к клавиатуре 610 для реализации достаточного UI, ПИ (пользовательский интерфейс).
Оба упомянутые выше устройства связи могут содержать одну или более передающие или принимающие антенны.
Чтобы конкретизировать эффект дуплексной скачкообразной перестройки частоты в современных телекоммуникациях с БЧВхВых и, возможно, с многопользовательскими характеристиками, фиг. 7А и фиг. 7В изображают различие между случаями стандартной ДСЧР и дуплексной скачкообразной перестройки частоты, связанными с одним возможным сценарием. Стандартной моделью сигнала, использованной в настоящем описании, является
Y+XWH
+ шум,
Y
X
W
H
где  означает матрицу, соответствующую принятому сигналу,  - матрица модуляции,  - матрица формирования луча, - матрица канала, а шум относится к шуму, вносимому в сигнал во время процедуры его передачи.
Н
W
Н
Н
W
Для целей назначения ресурсов и планирования передатчик снабжен средством, предназначенным для ранжирования ресурсов передачи. Соответственная информация обычно находится в приемнике, как противоположном передатчику, и, следовательно, должна быть передана с помощью сигнализации в соответствующее устройство передачи. Исключением является случай дуплексной скачкообразной перестройки частоты, в котором благодаря взаимности канала УКК может быть вычислен в приемнике. В схеме, основанной на сигнализации, в традиционной системе ДСЧР предполагают, что каждый приемник должен знать матрицу  канала БЧВхВых, например, с использованием измерений из общих или специализированных пилот-каналов. Приемник определяет условный указатель качества канала для множества возможных матриц {} формирования луча и определяет назначение мощности, назначение скорости передачи данных и т.д. В схеме ДСЧР, основанной на дуплексном скачкообразном изменении частоты, канал  известен в передатчике, при допущении, что терминалы посылают сигналы, которые дают возможность базовой станции оценить канал . Выбранная, зависящая от пользователя  матрица, которая минимизирует выбранный УКК, не используется в передатчике до тех пор, пока она не будет выбрана с помощью планировщика. Наоборот, каскадный планировщик выбирает пользователя, который имеет наивысшее качество канала, хотя, очевидно, также возможны другие варианты планирования, назначения приоритетов и мультиплексирования. В частности, с помощью дуплексной скачкообразной перестройки частоты передача прямой линии связи может быть совместно оптимизирована для всех пользователей.
Наконец, чтобы реализовать преимущества дуплексной скачкообразной перестройки частоты, проведены два эксперимента: один - с концепцией дуплексной скачкообразной перестройки частоты, смотри фиг. 7В, а другой - с более традиционной концепцией, использующей явную сигнализацию с обратной связью, смотри фиг. 7А. Коэффициенты BER, ОБ (ошибочных битов) изображены как функция мощности переданного сигнала на бит на использование канала относительно мощности шума на одну антенну приемника на использование канала. Использованные модуляции получают 4 бит в с/Гц. Передатчики снабжены восемью антеннами, в то время как приемники имеют две антенны. Следует заметить, что обратная связь, основанная на дуплексном скачкообразном изменении частоты, улучшает эффективность приблизительно на 1,5-2 дБ относительно схемы с обратной связью, включающей в себя 30 бит обратной связи. Кривые с комментариями “i-Th” происходят в результате двух модулированных потоков QPSK, КФМ (квадратурная фазовая манипуляция) с модуляцией [3] i-связной матрицы 2×2, тогда как ТХ-АА относится к однопоточной передаче 16-QAM, КАМ (квадратурная амплитудная модуляция). Фигуры также указывают эффективность, когда передачу выполняют на лучшей дуплексной частоте, как выбранной с использованием информации о состоянии канала посредством УКК. Следовательно, выбор дуплексной частоты (комментарии “S-TXAA” и ”S-iTh”) является аналогичным разнесению с множеством пользователей и подготавливает почву для увеличенной производительности.
Конечно, описанный выше сценарий предназначен только для пояснения, и достигнутые реальные результаты могут существенно изменяться в зависимости от преобладающих состояний канала, использованных параметров передачи, параметров и конфигурация антенны и т.д.
Протоколы, стеки протоколов, а также компоненты уровня аппаратного обеспечения, использованные при передаче информации в соответствии с изобретением, могут быть выбраны из существующих протоколов, стеков протоколов и компонентов аппаратного обеспечения, так как функциональные возможности передачи, требуемые для реализации изобретения, как таковые, не является особенно сложными или специальными, что может рассматриваться как одно преимущество изобретения. Изобретение может быть реализовано как дополнительный модуль программного обеспечения/аппаратного обеспечения или их комбинация, включаемый или, по меньшей мере, соединяемый с устройством, требующим передаваемые данные.
Специалисту в данной области техники было бы понятно, что различные модификации могут быть сделаны в настоящее изобретение, раскрытое в настоящем описании, не выходя за рамки объема изобретения, определенного в формуле изобретения. Например, использованные устройства и этапы способа или их взаимная последовательность могут изменяться, тем не менее сходясь к основной идее изобретения. В качестве одного наблюдения беспроводное устройство связи изобретения на практике может быть классифицированно, например, как мобильный телефон, ПЦА, карманная игровая консоль с возможностью связи/устройство развлечения и т.д.
Источники информации
1. Ari Hottinen: Multiuser scheduling with matrix modulation, Proceedings of IEEE ISSPIT 2003, Dec 2003 Darmstadt Germany.
2. A. Hottinen, O. Tirkkonen, R. Wichman: Multi-antenna transceiver techniques for 3G and beyond, John Wiley & Sons, 2003.
3. A. Hottinen, O. Tirkkonen: Precoder designs for high rate space-time block codes, Proceedings of CISS 2004, March 2004 Princeton USA.