СХЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ МНОГОАНТЕННЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ МНОГОЧАСТОТНУЮ МОДУЛЯЦИЮ
TRANSMISSION SCHEMES FOR MULTIANTENNA COMMUNICATION SYSTEMS WITH MULTIFREQUENCY MODULATION

Настоящее изобретение относится в целом к передаче данных и, в частности, к схемам передачи пилот-сигнала и данных для многоантенных систем связи, использующих многочастотную модуляцию.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многоантенная система связи использует множество (Т) передающих антенн и одну или более (R) приемных антенн для передачи данных и пилот-сигнала. T передающих антенн могут быть использованы для увеличения пропускной способности посредством передачи этими антеннами независимых потоков данных. T передающих антенн могут также быть использованы для повышения надежности посредством передачи с избыточностью одного потока данных этими антеннами.
В многоантенной системе связи может быть необходимо оценить коэффициент усиления канала между T передающими антеннами и R приемными антеннами. Оценка канала может быть необходима для определения конкретного режима, используемого для передачи данных, обработки принятой передачи данных и так далее. Оценка канала обычно осуществляется через передачу символов пилот-сигнала, которые априори известны приемнику. Приемник может затем оценить коэффициент усиления канала как отношение принятых символов пилот-сигнала к известным символам пилот-сигнала.
Полученная оценка канала основана на передаче обычно ослабленного как шумом, так и взаимными помехами. Шум может происходить от различных источников, таких как беспроводной канал, электронные схемы приемника и так далее. Обычно влияние шума может быть учтено надлежащим формированием пилот-сигнала и/или передачей пилот-сигнала на достаточном периоде времени, таком, чтобы приемник мог получить оценки канала заданного желаемого качества.
Для многоантенной системы в результате передачи пилот-сигнала одновременно всеми T передающими антеннами могут возникнуть взаимные помехи, поскольку передаваемый каждой антенной пилот-сигнал действует как взаимная помеха для пилот-сигналов, передаваемых другими антеннами.
Это же явление взаимных помех имеет место, когда для передачи данных используется T передающих антенн. В частности, если этот же сигнал передается с избыточностью множеством антенн без учета взаимных помех, то в зависимости от условий в канале передачи и конкретного местоположения приемника может происходить компенсация сигнала в приемнике. Поэтому при одновременной передаче данных множеством антенн не достигается большая пропускная способность и/или надежность.
Следовательно, в технике имеется необходимость в схемах передачи, которые могут эффективно учитывать взаимные помехи в многоантенной системе связи.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявлены схемы передачи данных и пилот-сигнала для многоантенных систем связи, использующих многочастотную модуляцию. В одном аспекте для устранения взаимных помех, являющихся результатом одновременной передачи множества сигналов множеством антенн, используется мультиплексирование поддиапазонов. При мультиплексировании поддиапазонов, M используемых поддиапазонов, обеспечиваемых многочастотной модуляцией (например, OFDM), изначально упорядочиваются для формирования множества групп поддиапазонов, где каждая группа содержит отличающееся подмножество используемых поддиапазонов. Группы поддиапазонов могут быть сформированы различными способами, как описано далее. Каждой из Т передающих антенн распределена одна или более групп поддиапазонов для передачи пилот-сигнала и обычно одна группа поддиапазонов для передачи данных. Используемые для передачи пилот-сигнала группы поддиапазонов могут быть теми же или отличаться от групп поддиапазонов, используемых для передачи данных. Пилот-сигнал и данные могут передаваться каждой антенной на поддиапазонах, распределенных данной антенне для передачи пилот-сигнала и данных. При мультиплексировании поддиапазонов пилот-сигнал и/или данные могут передаваться одновременно всеми Т антеннами на всех используемых поддиапазонах, не вызывая взаимных помех.
Для повышения эффективности передачи пилот-сигнала и данных также могут использоваться и другие способы. Например, для каждой передающей антенны мощность передачи на каждом из распределенных ей поддиапазонов может быть пропорционально увеличена так, чтобы для передачи использовалась вся или большая часть полной доступной мощности. Для передачи пилот-сигнала, происходящего по множеству периодов символов, поддиапазоны, распределенные для T передающих антенн, могут переставляться. Перестановка поддиапазонов позволяет использовать большее число поддиапазонов для каждой из антенн, и могут быть получены улучшенные канальные оценки при обеспечении устранения взаимных помех.
Различные аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже более подробно.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Признаки, сущность и преимущества настоящего изобретения поясняются в приведенном ниже подробном описании со ссылками на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают соответствующие элементы и на которых представлено следующее:
Фиг.1А - структура OFDM поддиапазонов;
Фиг.1B - структура поддиапазонов, которая соответствует мультиплексированию поддиапазонов;
Фиг.2A - примерная передача данных/пилот-сигнала Т антеннами с использованием мультиплексирования поддиапазонов;
Фиг.2В - примерная передача пилот-сигнала Т антеннами с использованием мультиплексирования поддиапазонов и перестановку поддиапазонов;
Фиг.3А - примерная передача данных Т антеннами с использованием мультиплексирования поддиапазонов и разнесение передачи;
Фиг.3В - примерная передача данных Т антеннами с использованием мультиплексирования поддиапазонов и различных пар антенн для разнесения передачи;
Фиг.3С - примерная передача данных группами из W антенн с использованием мультиплексирования поддиапазонов;
Фиг.4 - блок-схема способа передачи пилот-сигнала и/или данных с использованием мультиплексирования поддиапазонов;
Фиг.5 - блок-схема передающего модуля и двух приемных модулей;
Фиг.6 - блок-схема пространственного процессора передачи (ТХ), который реализует схему пространственно-временного разнесения передачи (STTD);
Фиг.7А - блок-схема TX пространственного процессора, который реализует Уолш-STTD схему;
Фиг.7В - блок-схема Уолш-STTD-кодера; и
Фиг.8 - блок-схема OFDM-модулятора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Термины «приведенный для примера», «примерный» используются в настоящем описании в смысле «служащий как пример, образец или иллюстрация». Вариант осуществления или образец, описываемый здесь как «примерный», не должен истолковываться как предпочтительный или преимущественный над другими вариантами осуществления или образцами.
Описанная схема передачи пилот-сигнала и данных может быть использована в различных многоантенных системах связи и с различными способами многочастотной модуляции. Для ясности эти схемы передачи специально описаны для многоантенных систем, которые используют мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM).
На фиг.1А представлена структура 100 OFDM-поддиапазонов, которая может быть использована в многоантенной системе связи. Система имеет общий диапазон частот системы W МГц, который разделен на N ортогональных поддиапазонов с использованием OFDM. В обычной OFDM-системе для передачи пилот-сигнала и данных используются только M из общего числа N поддиапазонов, где M<N. Остальные N-М поддиапазонов не используются для передачи пилот-сигнала/данных и служат как защитные поддиапазоны, позволяющие системе удовлетворять требованиям маскирования спектра. М используемых поддиапазонов включают поддиапазоны от F до F+M-1, где F - целое число, обычно выбираемое так, чтобы М используемых поддиапазонов концентрировались в середине рабочего диапазона частот.
Для OFDM данные или пилот-сигнал, подлежащие передаче в каждом используемом поддиапазоне, сначала модулируются (то есть отображаются на символы модуляции) с использованием определенной схемы модуляции. Для каждого из N-M неиспользуемых поддиапазонов предусмотрено нулевое значение сигнала. Для каждого периода OFDM-символов, N символов (например, M символов модуляции и N-M нулей) для N всех поддиапазонов преобразуется во временную область с использованием обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) для получения «преобразованного» символа, который содержит N выборок во временной области. Для борьбы с межсимвольной интерференцией, обусловленной селективным частотным замиранием, часть из каждого преобразованного символа повторяется для формирования соответствующего OFDM-символа, содержащего N+C отсчетов, где C - число повторенных выборок. Повторенную часть часто определяют как циклический префикс. OFDM-символ затем передается по беспроводному каналу. В типичном проекте, диапазон частот W=20 МГц, общее число поддиапазонов N=256, число используемых поддиапазонов M=224, длительность каждого преобразованного символа 12,8 мкс. Период OFDM-символа (или просто период символа) соответствует длительности одного OFDM-символа.
Как изложено выше, мультиплексирование поддиапазонов используется для устранения взаимных помех, обусловленных одновременной передачей множества сигналов множеством антенн. При мультиплексировании поддиапазонов пилот-сигнал и/или данные передаются одновременно T антеннами в группе поддиапазонов, которые «разделены» (где термин «разделены» описан далее) так, что взаимные помехи устраняются. Может быть определено множество схем для передачи пилот-сигнала и данных с использованием мультиплексирования поддиапазонов. Некоторые из этих схем передачи описаны ниже.
На фиг.1В представлена структура 150 поддиапазонов, которая поддерживает мультиплексирование поддиапазонов. В этом варианте осуществления изобретения, M используемых поддиапазонов первоначально разделены на S отдельных множеств, причем каждое множество включает T непрерывно следующих друг за другом поддиапазонов, где T∙S≤M. Т поддиапазонов в каждом множестве затем ассоциируются с T группами так, что i-й поддиапазон в каждом множестве ассоциирован с i-й группой. В такой схеме ассоциирования поддиапазонов, S поддиапазонов в каждой группе равномерно распределены по M используемым поддиапазонам, а последовательные поддиапазоны в группе разделены T поддиапазонами. Т групп поддиапазонов могут быть ассоциированы с Т передающими антеннам для передачи пилот-сигнала/данных.
В принципе, M используемых поддиапазонов могут быть ассоциированы с Т группами различными способами, и это входит в объем изобретения. Т групп могут содержать одинаковое или различное число поддиапазонов. Кроме того, поддиапазоны в каждой группе могут быть равномерно или неравномерно распределены по M используемым поддиапазонам. Единственное требование состоит в том, что Т групп поддиапазонов отделены друг от друга так, чтобы устранить взаимные помехи. Для упрощения, в последующем описании предполагается, что каждая из Т групп поддиапазонов включает S поддиапазонов, поддиапазоны в каждой группе равномерно распределены и разделены Т поддиапазонами (как представлено на фиг.1В), и T∙S=M.
На фиг.2А представлен пример передачи данных/пилот-сигнала Т антеннами с использованием мультиплексирования поддиапазонов. Каждая из Т антенн ассоциирована с соответствующей группой поддиапазонов. На фиг.2А группа поддиапазонов 1 ассоциирована с антенной 1, группа поддиапазонов 2 ассоциирована с антенной 2, и так далее, и группа диапазонов Т ассоциирована с антенной Т. Эти Т групп диапазонов могут быть сформированы, как описано выше в соответствии с фиг.1. Каждая группа содержит S поддиапазонов, которые показаны затененными прямоугольниками. Передача пилот-сигнала/данных каждой из антенн осуществляется только в поддиапазонах, ассоциированных с этой антенной.
Как представлено на фиг.2А, если пилот-сигнал/данные передаются каждой из антенн только в поддиапазонах, ассоциированных с этой антенной, то не будет взаимных помех между передачами всех Т антенн, поскольку поддиапазоны ортогональны друг другу, и каждый поддиапазон используется для передачи не больше, чем одной антенной. Таким образом, взаимные помехи устраняются даже несмотря на T передач, осуществляемых одновременно T антеннами.
ant
ant
В типичной беспроводной системе связи каждая антенна может быть ассоциирована с общей мощностью передачи P, являющейся максимальной мощностью передачи, которая может быть использована для передачи пилот-сигнала/данных этой антенной. Мощность P может быть обусловлена максимальной выходной мощностью усилителя мощности антенны, регулирующим ограничением, и/или некоторыми другими требованиями. Повышение эффективности может быть получено посредством использования всей или максимально возможной части полной мощности передачи для передачи пилот-сигнала/данных каждой антенной. В частности, так как с каждой антенной ассоциировано только S из М используемых поддиапазонов, где S=M/T для простоты, мощность передачи для каждого из S поддиапазонов, ассоциированных с каждой из антенн, может быть увеличена в T раз. Это даст возможность для каждого из S поддиапазонов каждой из антенн достигнуть повышенного отношения принимаемого сигнала к шуму.
В первой схеме передачи пилот-сигнала пилот-сигнал передается одновременно Т антеннами с использованием мультиплексирования поддиапазонов. Группы поддиапазонов формируются так, чтобы число поддиапазонов в каждой группе было больше, чем максимальное ожидаемое увеличение задержки системы. Увеличение задержки для заданного приемника определяется разностью между самым ранним и самым поздним моментами прихода сигналов приемника для сигнала, переданного передатчиком. Увеличение задержки (L) системы представляет собой ожидаемое наихудшее увеличение задержки для всех приемников в системе, которые могут быть рассредоточены по всей области покрытия системы. Для эффективной борьбы с межсимвольной интерференцией циклический префикс должен быть длиннее, чем увеличение задержки системы (то есть C>L, где увеличение задержки системы L задается в единицах периода выборок). Число поддиапазонов в каждой группе может затем быть выбрано большим или равным числу выборок для циклического префикса (то есть S≥C).
Получение оценок канала для всех M используемых поддиапазонов основано на передаче пилот-сигнала на подмножестве из множества M поддиапазонов и подробно описано в патентной заявке США № [номер дела поверенного № 020718], озаглавленной «Channel Estimation for OFDM Communication Systems», от 10 января 2003 г., и предварительной патентной заявке США № 60/427,896, озаглавленной «Reduced Complexity Channel Estimation for Wireless Communication Systems», от 19 ноября 2002 г., обе из которых переуступлены правопреемнику настоящего изобретения и включены в настоящее описание посредством ссылки.
Для повышения эффективности мощность передачи в выделенном поддиапазоне с каждой из Т антенн может быть увеличена в Т раз. Для каждой антенны это приведет к общей энергии передачи пилот-сигнала в S ассоциированных поддиапазонах такой же, как если бы все М используемых поддиапазонов использовались для передачи пилот-сигнала. Большая мощность передачи в поддиапазоне позволит приемнику получить оценки канала более высокого качества.
Если число ассоциированных с каждой антенной поддиапазонов больше или равно увеличению задержки системы (то есть S≥L), то коэффициент усиления канала для всех М используемых поддиапазонов для антенны может быть оценен на основе передачи пилот-сигнала на S поддиапазонах, ассоциированных с антенной. Кроме того, если мощность передачи в каждом из S ассоциированных с антенной поддиапазонов увеличится в Т раз, то качество оценок канала, полученных на основе передачи пилот-сигнала только в S поддиапазонах, будет приблизительно таким же, как качество оценок канала, полученных на основе передачи пилот-сигнала во всех М используемых поддиапазонах при той же мощности передачи. То есть при поддержании той же полной мощности пилот-сигнала, приемник сможет оценить коэффициент усиления канала для всех М используемых поддиапазонов, на основе передачи пилот-сигнала только в подмножестве из множества поддиапазонов с малыми потерями или без потерь в качестве.
p
p
Первая схема передачи пилот-сигнала позволяет всем Т антеннам одновременно передавать пилот-сигнал. Для получения оценок канала сравнимого качества, традиционная схема, которая передает пилот-сигнал во всех М используемых поддиапазонах одновременно всеми Т антеннами, потребует продолжительность передачи, которая приблизительно в Т раз длиннее, чем та, которая требуется первой схемой передачи пилот-сигнала. Например, если для получения оценок канала с определенным качеством необходимо N∙T OSDM-символов пилот-сигнала при использовании традиционной схемы, то оценки канала со сравнимым качеством могут быть получены на основе N OSDM-символов пилот-сигнала, переданных Т антеннами. Это подразумевает, что (1) с каждой антенной ассоциировано достаточное число поддиапазонов, которое больше или равно циклическому префиксу, и (2) пропорциональное изменение мощности используется так, что общая мощность передачи, доступная каждой антенне, используется для передачи пилот-сигнала в ассоциированных поддиапазонах. Пропорциональное изменение мощности описано в вышеупомянутой патентной заявке США № [номер дела поверенного № 020718]. Таким образом, первая схема передачи пилот-сигнала может уменьшить потери в пилот-сигнале до Т раз, где Т - число передающих антенн.
Во второй схеме передачи пилот-сигнала пилот-сигнал одновременно передается Т антеннами с использованием мультиплексирования поддиапазонов и перестановки поддиапазонов. Пилот-сигнал может требовать передачи на множестве периодов OFDM-символов. Это может быть в случае, например, если пилот-сигнал необходимо усреднить на более длинном временном интервале для получения приемлемо точной оценки коэффициентов усиления каналов. В этом случае благодаря ассоциированию множества групп поддиапазонов с антенной для передачи пилот-сигнала может быть получено дополнительное улучшение оценок каналов.
На фиг.2В представлена типичная передача пилот-сигнала Т антеннами с использованием мультиплексирования поддиапазонов и перестановки поддиапазонов. Например, передача пилот-сигнала осуществляется на двух периодах OFDM-символов. С каждой из Т антенн ассоциировано две группы поддиапазонов (например, группы i и T/2+i ассоциированы с i-й антенной), каждая из групп содержит поддиапазоны, представленные затененными прямоугольниками. Эти две ассоциированные с каждой антенной группы могут быть выбраны так, чтобы поддиапазоны в этих группах были разнесены на Т/2 поддиапазонов. Кроме того, группы ассоциированы с Т антеннами так, что для каждого периода OFDM-символа для передачи пилот-сигнала Т антеннами используются несмежные группы. Заданная группа поддиапазонов может быть ассоциирована со многими антеннами (например, группа 1 поддиапазонов может быть ассоциирована с антеннами 1 и Т/2+1), но эти антенны будут использовать эту группу поддиапазонов в различных периодах символа.
На фиг.2В группы 1 и Т/2+1 поддиапазонов ассоциированы с антенной 1, группы 2 и Т/2+2 поддиапазонов ассоциированы с антенной 2 и так далее, и группы Т и Т/2 поддиапазонов ассоциированы с антенной Т. Для первого периода OFDM-символа группа 1 поддиапазонов используется для антенны 1, группа 2 поддиапазонов используется для антенны 2 и так далее, и группа Т поддиапазонов используется для антенны Т. Для второго периода OFDM-символа группа Т/2+1 поддиапазонов используется для антенны 1, группа Т/2+2 поддиапазонов используется для антенны 2 и так далее, и группа Т/2 поддиапазонов используется для антенны Т.
Коэффициент каждой из Т антенн может затем быть оценен на основе передач пилот-сигнала на двух группах поддиапазонов. При перестановке поддиапазонов общее число используемых каждой антенной поддиапазонов равно 2S вместо S, и улучшенные канальные оценки могут быть получены для всех М используемых поддиапазонов, поскольку для передачи пилот-сигнала используется большее число поддиапазонов.
Для простоты на фиг.2В представлено мультиплексирование поддиапазонов и перестановка для типичной передачи пилот-сигнала, которая осуществляется на двух периодах OFDM-символов. В целом передача пилот-сигнала может осуществляться на Q периодах OFDM-символов, где Q может быть любым целым числом, большим или равным единице. Каждая антенна может затем быть ассоциирована с Q группами поддиапазонов, где каждая группа содержит S поддиапазонов. Каждая антенна поэтому будет ассоциирована всего с S∙Q поддиапазонами, которые могут быть равномерно разнесены на Т/Q поддиапазонов. Если Q≥2, то для каждой антенны поддиапазоны в каждой из Q групп могут быть «перемежающимися» с поддиапазонами в других Q-1 группах. Перемежение может быть таким, что ассоциированные с заданной антенной каждые Q последующих поддиапазонов включаются в Q групп, ассоциированных с этой антенной. Q групп поддиапазонов, ассоциированных с каждой антенной, используются для Q периодов OFDM-символов, причем отличающаяся одна из Q групп используется для каждого периода символов. Для каждого периода символа Т антенн будут одновременно передавать пилот-сигнал с использованием Т несмежных групп поддиапазонов.
Схемы передачи, представленные на фиг.2А и 2В, могут быть использованы для передачи данных, а также для передачи пилот-сигнала. Однако при передаче данных часто желательно передавать данные многими антеннами (вместо одной антенны) на каждом из М используемых поддиапазонов. Использование множества антенн для каждого поддиапазона обеспечивает разнесение передачи, которое может увеличить порядок разнесения при приеме сигнала в приемнике. Разнесение передачи может улучшить достоверность и устойчивость передачи данных, что обеспечивает меньшую частоту ошибок и/или большую устойчивость к потерям в тракте передачи.
Разнесение передачи может быть осуществлено различными схемами разнесения. Некоторые примеры таких схем разнесения включают схему пространственно-временного разнесения передачи (STTD) и схему Уолша-STTD. При STTD-схеме может обрабатываться один поток данных для обеспечения двух потоков символов, которые могут передаваться двумя антеннами (или двумя наборами антенн с мультиплексированием поддиапазонов). При схеме Уолша-STTD может обрабатываться один поток данных для обеспечения W потоков символов, которые могут передаваться W антеннами (или W множествами антенн при мультиплексировании поддиапазонов), где W - двойная длина ортогонального кода (например, кода-Уолша), используемого для обработки по схеме Уолша-STTD. Эти две схемы разнесения описаны далее подробно.
Для STTD-схемы, если имеется множество пар антенн, то простая передача нескольких пар потоков символов каждой из пар антенн может привести к подавлению сигнала в приемнике. Тогда простая передача избыточных данных всеми антеннами не позволит улучшить надежность.
В первой схеме передачи данных данные передаются одновременно парами антенн с использованием мультиплексирования поддиапазонов. Эта схема передачи может быть использована для STTD-схемы и эквивалентных схем разнесения. Для этой схемы передачи данных М используемых поддиапазонов изначально упорядочены для формирования Т/2 несмежных групп поддиапазонов, причем каждый используемый поддиапазон связан только с одной группой. Т/2 групп могут включать одинаковое или разное число поддиапазонов. Поддиапазоны в каждой группе могут быть равномерно или неравномерно распределены по М используемым поддиапазонам. М используемых поддиапазонов могут, таким образом, различными способами быть ассоциированы с Т/2 группами, и это входит в объем изобретения. В одном варианте осуществления изобретения, который описан ниже, каждая группа содержит 2S поддиапазонов, которые равномерно распределены так, что последовательные поддиапазоны в группе разнесены на Т/2 поддиапазонов. Т/2 групп поддиапазонов затем ассоциируются с Т/2 парами антенн, по одной группе поддиапазонов на каждую пару антенн.
На фиг.3А представлена типичная передача данных Т антеннами с использованием мультиплексирования поддиапазонов и разнесения передачи. Т антенн упорядочены в Т/2 пар, где i-я пара содержит две антенны, которые обозначены как Ai и Bi. Каждая из Т/2 антенных пар ассоциирована с соответствующей группой поддиапазонов, где Т/2 групп поддиапазонов могут быть сформированы, как описано выше. На фиг.3А группа 1 поддиапазонов ассоциирована с парой 1, содержащей антенны А1 и В1, группа 2 поддиапазонов ассоциирована с парой 2, содержащей антенны А2 и В2, и так далее, и группа Т/2 поддиапазонов ассоциирована с парой Т/2, содержащей антенны At и Bt (где t=Т/2). Данные могут передаваться каждой из пар антенн на поддиапазонах, ассоциированных с парой антенн.
STTD-схема может быть использована для обеспечения пары потоков символов, которые могут быть демультиплексированы для обеспечения пары подпотоков символов для каждой пары антенн. Т/2 пар подпотоков символов могут, таким образом, быть сформированы STTD-схемой для Т/2 пар антенн. Подпоток символов для каждой антенны будет включать, для каждого периода OFDM-символов, один символ данных для каждого из ассоциированных с антенной поддиапазонов и нулевое значение сигнала для каждого из остальных поддиапазонов. Как изображено на фиг.3А, пара подпотоков символов для пары 1 антенн передается на поддиапазоне группы 1, пара подпотоков символов для пары 2 антенн передается на поддиапазоне группы 2 и так далее, и пара подпотоков символов для пары Т/2 антенн передается на поддиапазоне группы Т/2. Несмотря на то, что эти Т/2 пар подпотоков символов передаются одновременно Т/2 парами антенн, они не создают взаимных помех, поскольку они передаются на несмежных группах поддиапазонов. Таким образом, вредные эффекты в результате деструктивной интерференции между передачами от различных антенных пар устраняются.
ant
Для улучшения характеристик каждый подпоток символов может передаваться соответствующей антенной с полной мощностью Р передачи, доступной для данной антенны. Так как для каждой из Т антенн используются только 2S из М используемых поддиапазонов (где S=M/Т для простоты), мощность передачи для каждого из 2S поддиапазонов, ассоциированных с каждой антенной, может быть увеличена в Т/2 раз. Это позволит получить более высокие значения SNR для принимаемых сигналов на каждом из 2S поддиапазонов, ассоциированных с каждой антенной. Более высокое значение SNR для каждого из 2S поддиапазонов может поддерживать более высокую скорость передачи данных, что должно улучшить результирующую пропускную способность системы.
На фиг.3А представлен один пример ассоциирования М используемых поддиапазонов с Т антеннами. Используемые поддиапазоны могут также быть ассоциированы с Т антеннами различными способами, и это входит в объем настоящего изобретения. Например, поддиапазоны могут быть ассоциированы с антеннами так, чтобы для передачи данных использовались различные пары антенны. Так можно обеспечить добавочное разнесение.
На фиг.3В представлен один пример передачи данных Т антеннами с использованием мультиплексирования поддиапазонов и различных пар антенн для разнесения передачи. Для простоты в описании для фиг.3В предполагается, что для передачи данных используется число антенн Т=4. Шесть различных пар антенн могут быть сформированы с использованием четырех антенн, и эти антенны составлены в пары, обозначенные как {1,2}, {3,4}, {1,3}, {2,4}, {1,4}, и {2,3}.
М используемых поддиапазонов могут быть изначально разделены на М/6 множеств, каждое из которых содержит 6 поддиапазонов. Эти 6 поддиапазонов в каждом множестве могут быть ассоциированы с 6 различными парами антенн, так что один поддиапазон ассоциирован с каждой парой. На фиг.3В первый поддиапазон в каждом множестве ассоциируется с парой антенн {1,2}, второй поддиапазон в каждом множестве ассоциируется с парой антенн {3,4} и так далее, и последний поддиапазон в каждом множестве ассоциируется с парой антенн {2,3}.
Поток данных, подлежащий передаче четверкой антенн, может быть обработан с использованием STTD-схемы для получения двух потоков символов. Первый поток символов может быть передан первой или левой антенной в 6 парах, и второй поток символов может быть передан второй или правой антенной в 6 парах. Первый и второй потоки символов могут затем быть демультиплексированы для формирования подпотоков символов, один подпоток для каждой из четырех антенн. Каждый подпоток символов содержит символ данных для каждого из поддиапазонов, ассоциированных с соответствующей антенной, и нулевое значение сигнала для каждого неассоциированного поддиапазона.
Четыре подпотока символов могут быть переданы одновременно четырьмя антеннами. Однако эти символьные подпотоки не создают взаимных помех, поскольку они передаются на четырех несмежных группах поддиапазонов. Группы поддиапазонов разнесены так, что каждый из М используемых поддиапазонов ассоциирован только с одной парой антенн, как представлено на фиг.3В.
Во второй схеме передачи данных, данные передаются группами из W антенн с использованием мультиплексирования поддиапазонов, где W может быть целым числом, большим или равным единице. Эта схема передачи может быть использована для схемы Уолша-STTD и других схем разнесения. Для этой схемы передачи данных М используемых поддиапазонов изначально упорядочены для формирования Т/W несмежных групп поддиапазонов, где каждый поддиапазон ассоциирован только с одной группой. Т/W групп могут включать одинаковое или разное число поддиапазонов. Поддиапазоны в каждой группе могут быть равномерно или неравномерно распределены по М используемым поддиапазонам. В одном варианте осуществления данного изобретения, который описан ниже, каждая группа содержит S∙W поддиапазонов (где S=M/T), которые равномерно распределены так, что последовательные поддиапазоны в группе разнесены на Т/W поддиапазов. При W>1 вторая схема передачи позволяет ассоциировать с каждой антенной больше поддиапазонов, чем в описанной выше первой схеме передачи. Большее число диапазонов на антенну может быть предпочтительным для некоторых приложений. Т/W групп поддиапазонов ассоциированы с Т/W группами антенн, по одной группе поддиапазонов на каждую антенну, где каждая группа антенн содержит W антенн. Данные могут передаваться каждой из антенн в поддиапазонах, ассоциированных с этой антенной.
На фиг.3С представлен пример передачи данных группой из W антенн с использованием мультиплексирования поддиапазонов. Т антенн скомпонованы в T/W групп, где i-я группа включает W антенн, которые обозначены как Ai, Bi, вплоть до Wi. Каждая из T/W групп антенн ассоциирована с соответствующей группой поддиапазонов, где T/W групп поддиапазонов могут быть сформированы, как описано выше.
Один поток данных может быть обработан с использованием схемы Уолша-STTD для обеспечения W потоков символов, где W есть удвоенная длина ортогональной последовательности (например, последовательности Уолша), используемых для обработки. W потоков символов могут быть демультиплексированы для обеспечения T/W групп подпотоков символов, где каждая группа содержит W подпотоков символов. T/W групп вместе включают Т подпотоков символов. Одна группа подпотоков символов подается на каждую группу антенн, и для каждой антенны обеспечивается соответствующий подпоток символов. Подпоток символов для каждой антенны будет включать, для каждого периода OFDM-символов, один символ данных для каждого из поддиапазонов, ассоциированных с антенной, и нулевое значение сигнала для каждого из остальных поддиапазонов. Т подпотоков символов передаются одновременно Т антеннами. Однако эти подпотоки символов не интерферируют друг с другом, поскольку они передаются в отдельных группах поддиапазонов, так как каждый поддиапазон относится только к одной группе.
На фиг.2А и 2В и 3А-3С представлены некоторые примеры схем мультиплексирования поддиапазонов, которые могут быть использованы для передачи пилот-сигнала и данных. Множество других схем мультиплексирования поддиапазонов также могут быть адаптированы для использования, и это входит в объем настоящего изобретения. Например, как пилот-сигнал, так и данные могут быть переданы в одном периоде OFDM-символов. В этом случае некоторые из М используемых поддиапазонов могут быть использованы для передачи пилот-сигнала, а остальные поддиапазоны могут быть использованы для передачи данных. Поддиапазоны пилот-сигнала могут быть мультиплексированы, например, как представлено на фиг.2А или 2В. Поддиапазоны данных могут быть мультиплексированы, например, как представлено на фиг.3А, 3В или 3С.
На фиг.4 представлена блок-схема варианта осуществления способа 400 передачи пилот-сигнала и/или данных с использованием мультиплексирования поддиапазонов. Первоначально М поддиапазонов упорядочены для формирования множества групп поддиапазонов, где каждая группа содержит различные подмножества множества М используемых поддиапазонов (этап 412). Группы поддиапазонов могут быть сформированы, как описано выше.
Каждая из Т антенн затем ассоциируется с одной или более группами поддиапазонов для передачи пилот-сигнала и данных (этап 414). Используемые для передачи пилот-сигнала группы поддиапазонов могут быть такими же или отличаться от групп поддиапазонов, используемых для передачи данных. Для передачи пилот-сигнала каждая антенна может быть ассоциирована с отличающийся группой поддиапазонов (как описано выше со ссылкой на фиг.2А). Как альтернатива, каждая антенна может быть ассоциирована с двумя или более группам поддиапазонов для перестановки поддиапазонов (как описано со ссылкой на фиг.2В). Для передачи данных каждая пара антенн может быть ассоциирована с отличающейся группой поддиапазонов (как описано со ссылкой на фиг.3А), каждая антенна может быть ассоциирована с отличающейся группой поддиапазонов (как описано со ссылкой на фиг.3В), каждая группа из W антенн может быть ассоциирована с отличающейся группой поддиапазонов (как описано со ссылкой на фиг.3С) и так далее.
Подлежащий передаче пилот-сигнал и/или данные затем обрабатываются (этап 416). Например, данные могут быть обработаны с использованием STTD-кодирования, кодирования Уолша-STTD или других типов кодирования. Также определяется (этап 418) величина мощности передачи, используемой для каждого поддиапазона, ассоциированной с каждой из Т антенн. В частности, мощность передачи для каждого ассоциированного поддиапазона может быть пропорционально больше, чем мощность, которая бы использовалась, если бы передача осуществлялась на всех М используемых поддиапазонах. Коэффициент увеличения зависит от числа поддиапазонов, ассоциированных с каждой антенной, и от числа используемых поддиапазонов.
Пилот-сигнал и/или данные затем передаются Т антеннами одновременно с использованием множества групп поддиапазонов и на определенной мощности передачи (этап 420). Передача от каждой антенны осуществляется только на группе (или группах) поддиапазонов, приписанных к этой антенне. Для передачи пилот-сигнала только одна из Т антенн обычно используется в любом заданном символьном периоде для каждого из М используемых поддиапазонов. Для передачи данных определенная группа двух (или возможно более) антенн обычно используется для каждого из М используемых поддиапазонов.
На фиг.5 представлена блок-схема варианта осуществления передающего модуля 500 и двух приемных модулей 550х и 550у в многоантенной системе связи с многочастотной модуляцией (например, OFDM). Передающий модуль 500 оснащен Т антеннами, приемный модуль 550х оснащен одной антенной, а приемный модуль 550у оснащен R антеннами.
В передающем модуле 500 процессор 510 передаваемых (TX) данных получает поток данных из источника 508 данных и другие данные из контроллера 530. Процессор 510 ТХ-данных кодирует, чередует и модулирует данные для обеспечения модулированных символов, которые упоминаются как символы данных. ТХ пространственный процессор 520 получает и мультиплексирует символы данных с символами пилот-сигнала (например, с использованием мультплексирования с разделением по времени или мультиплексирование поддиапазонов), и может выполнять пространственную обработку передаваемых данных. Например, ТХ пространственный процессор 520 может реализовать STTD-схему, схему Уолша-STTD или некоторые другие схемы. ТХ пространственный процессор 520 обеспечивает поток передаваемых символов для каждой из Т антенн (поток передаваемых символов упоминается выше как подпоток символов). Каждый модулятор (MOD) 522 получает и обрабатывает соответствующий поток передаваемых символов для обеспечения соответствующего радиочастотного (RF) модулированного сигнала. Т RF-модулированных сигналов генерируются модуляторами 522а вплоть до 522t и передаются Т антеннами 524а вплоть до 524t, соответственно.
В каждом приемном модуле 550 передаваемый RF-модулированный сигнал получается одной или более антеннами 552, и каждая антенна предоставляет принятый сигнал соответствующему демодулятору (DEMOD) 554. Каждый демодулятор 554 выполняет обработку, дополнительную к той, которая осуществляется модулятором 522, и обеспечивает прием символов. Приемный (RX) пространственный процессор 560 осуществляет пространственную обработку на полученных символах из всех демодуляторов 554 для того, чтобы обеспечить восстановление символов, которые являются оценками символов данных, переданных передающим модулем. RX пространственный процессор 570 данных, кроме того, обрабатывает (например, демодулирует, деперемежает, и декодирует) восстановленные символы, чтобы обеспечить декодированные данные, которые могут быть выданы в приемник 572 данных для сохранения и/или контроллер 580 для дальнейшей обработки. RX пространственный процессор 560 может также оценивать коэффициенты усиления канала на основе принятого пилот-сигнала и может обеспечить оценки канала (обозначенные матрицей  канального отклика) контроллеру 580.
Контроллеры 530 и 580 управляют операциями различных блоков обработки в передающем модуле и приемном модуле, соответственно. Модули 532 и 582 памяти сохраняют данные и программные коды, используемые контроллерами 530 и 580, соответственно.
k,1
k,2
На фиг.6 представлена блок-схема TX пространственного процессора 520а, которая реализует STTD-схему и является одним вариантом осуществления TX пространственного процессора 520, представленного на фиг. 5. Символы s(n) данных из TX процессора 510 данных подаются на демультиплексор 610, который демультиплексирует символы данных в 2М подпотоков символов данных (обозначенные как s(n) и s(n), для к∈{1,…, M}), по одной паре подпотоков символов данных на каждый из М используемых поддиапазонов. Каждый подпоток символов данных содержит один символ данных для каждого интервала двух периодов OFDM-символов. М пар подпотоков символов данных для М используемых поддиапазонов подаются на М пространственно-временных кодеров 620а-620m.
k,1
k,2
Каждый пространственно-временной кодер 620 получает и обрабатывает свои пары подпотоков символов данных для обеспечения двух пространственно-временных кодированных потоков символов для соответствующего поддиапазона. Для каждой пары символов данных (например, s и s) в двух входных подпотоках пространственно-временной кодер 620 обеспечивает два вектора  и , где каждый вектор содержит два пространственно-временных кодированных символа (или просто кодированных символа), которые должны передаваться последовательно в двух периодах OFDM-символов соответствующей антенной. В частности, вектор  передается антенной на k-м поддиапазоне, и вектор  передается другой антенной на k-м поддиапазоне. В одном варианте осуществления векторы определяются как  и , как представлено на фиг.6. В другом варианте осуществления, векторы определяются, как  и . Два кодированных символа в каждом векторе имеют одинаковую с символами данных величину, но могут быть сдвинуты по фазе. Каждый пространственно-временной кодер 620 выдает два кодированных подпотока символов на два мультиплексора/демультиплексора 630а и 630b.
Каждый мультиплексор/демультиплексор 630 получает символы пилот-сигнала и М кодированных подпотоков символов из М пространственно-временных кодеров 620а-620m, мультиплексирует кодированные символы и символы пилот-сигнала на основе определенной схемы передачи данных/пилот-сигнала, и подает Т/2 потоков передаваемых символов на Т/2 антенн. Каждый поток передаваемых символов содержит символы пилот-сигнала во время передачи пилот-сигнала и кодированные символы во время передачи данных, где пилот-сигнал и кодированные символы передаются в поддиапазоне, распределенном антенне для передачи этого потока.
При передаче пилот-сигнала мультиплексоры/демультиплексоры 630а и 630b совместно обеспечивают Т потоков передаваемых символов для Т антенн. Каждый поток передаваемых символов содержит символы пилот-сигнала для поддиапазонов, относящихся к соответствующей антенне, и значения нулевого сигнала для не связанных с ней поддиапазонов. Для представленной на фиг. 2А схемы передачи поток  будет содержать символы пилот-сигнала для поддиапазонов в группе 1, поток  будет содержать символы пилот-сигнала для поддиапазонов в группе 2, и так далее, и поток  будет содержать символы пилот-сигнала для поддиапазонов в группе Т.
Во время передачи данных каждый из мультиплексоров/демультиплексоров 630а и 630b обеспечивает Т/2 потоков передаваемых символов Т/2 антеннам, где каждый поток содержит кодированные символы для поддиапазонов, ассоциированных с соответствующей антенной, и нулевое значение сигнала для неассоциированных поддиапазонов. Для схемы передачи, представленной на фиг.3А, потоки  и  будут содержать кодированные символы для поддиапазонов в группе 1, потоки  и  будут содержать кодированные символы для поддиапазонов в группе 2 и так далее, и потоки  и  будут содержать кодированные символы для поддиапазонов в группе Т/2.
Каждый модулятор 522 обрабатывает соответствующий поток передаваемых символов способом, описанным ниже, для обеспечения RF-модулированного сигнала для соответствующей антенны.
STTD-схема описана более детально в статье, S. M. Alamouti «A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications», IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 16, No. 8, October 1998, pgs. 1451-1458, которая включена в настоящее описание посредством ссылки. STTD-схема также описана в патентной заявке США № 10/179,439, озаглавленной «Diversity Transmission Modes for MIMO OFDM Communication System», от 24 июня 2002, переуступленной правоприемнику настоящего изобретения и включенной в настоящее описание посредством ссылки.
Схема Уолша-STTD использует комбинацию (1) STTD для получения ортогональности в паре антенн и (2) разнесения Уолша для получения ортогональности по множеству пар антенн. Схема Уолша-STTD может быть использована в системах с более чем двумя антеннами (например, 4, 6, 8 и так далее).
k,1
k,4
На фиг. 7А представлена блок-схема TX пространственного процессора 520b, который реализует схему Уолша-STTD и представляет собой другой вариант осуществления TX пространственного процессора 520, представленного на фиг.5. В этом варианте осуществления для обработки используется 2-элементная последовательность Уолша и W=4. Символы s(n) данных подаются на демультиплексор 710, который демультиплексирует символы в 4М подпотоков символов данных (обозначенные как s(n)…s(n), для к∈{1,…, M}), по одному множеству из четырех подпотоков для каждого из М используемых поддиапазонов. М множеств подпотоков символов данных для М используемых поддиапазонов подаются на М кодеров 720а…720m Уолша-STTD.
k,1
k,4
k,1
k,4
Каждый кодер 720 Уолша-STTD получает и обрабатывает свое множество из четырех подпотоков символов данных, s(n)…s(n), и подает четыре кодированных подпотока по схеме кодированных Уолша-STTD символов, z(n)…z(n), на четыре мультиплексора/демультиплексора 730а…730d. Обработка, осуществляемая кодером 720, описана ниже. Каждый мультиплексор/демультиплексор 730 получает символы пилот-сигнала и М подпотоков кодированных символов из М кодеров 720а…720m Уолша-STTD, мультиплексирует кодированные символы и символы пилот-сигнала на основе определенной схемы передачи данных/пилот-сигнала, и выдает Т/4 потоков передаваемых символов на Т/4 антенны. Каждый поток передаваемых символов включает в себя символы пилот-сигнала/кодированные символы для поддиапазонов, ассоциированных с используемой для передачи этого потока антенной.
k,1
k,2
k,3
k,4
На фиг.7В представлена блок-схема кодера 720х Уолша-STTD, которая может быть использована для каждого из кодеров 720а…720m, представленных на фиг.7А. В кодере 720х Уолша-STTD пространственно-временной кодер 722а получает первую пару подпотоков символов данных, s и s, и пространственно-временной кодер 722b получает вторую пару подпотоков символов данных, s и s. Для каждой пары символов данных в двух подпотоках в первой паре пространственно-временной кодер 722а обеспечивает два вектора и  для перемножителей 724а и 724b, соответственно. Аналогично, для каждой пары символов данных в двух подпотоках во второй паре пространственно-временной кодер 722b обеспечивает два вектора и  для перемножителей 724c и 724d, соответственно.
Каждый из перемножителей 724а и 724b также получает первую 2-элементную последовательность Уолша , и каждый из перемножителей 724c и 724d также получает вторую 2-х элементную последовательность Уолша . Каждый перемножитель 724 затем перемножает каждый символ в его векторном виде  с последовательностью Уолша для представления двух кодированных символов Уолша-STTD, подлежащих последовательной передаче в двух последовательных периодах OFDM-символов на k-м поддиапазоне, ассоциированном с антенной. Четыре перемножителя 724a…724d обеспечивают четыре подпотока кодированных символов для четырех мультиплексоров/демультиплексоров 730а…730d, соответственно.
k,1
k,2
k,1
k,4
Схема Уолша-STTD может также быть реализована так, что только одна пара подпотоков данных, s и s подается на каждый кодер 720 Уолша-STTD и обрабатывается для предоставления четырех подпотоков кодированных символов, z(n)…z(n). Это может быть использовано для достижения большей степени разнесения ценой снижения скорости передачи данных. Схема Уолша-STTD также подробно описана в вышеупомянутой патентной заявке США № 10/179,439.
i
На фиг.8 представлена блок-схема варианта осуществления OFDM-модулятора 522х, который может быть использован для каждого из Т модуляторов 522а…522t, представленных на фиг.5. В OFDM-модуляторе 522х, модуль обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT) 812 получает поток передаваемых символов, х(n), для i-й антенны и преобразует каждую последовательность из N передаваемых символов в преобразованный символ во временной области, с использованием N-точечного обратного быстрого преобразования Фурье, где число N соответствует общему числу поддиапазонов. Каждая последовательность из N передаваемых символов содержит символы данных/пилот-сигнала для поддиапазонов, относящихся к i-й антенне, и значение нулевого сигнала для несвязанных с ней поддиапазонов. Каждый преобразованный символ содержит N отсчетов во временной области. Для каждого преобразованного символа генератор циклического префикса 814 повторяет часть (или С отсчетов) преобразованного символа для формирования соответствующего OFDM-символа, содержащего N+C отсчетов. Передатчик (TMTR) 816 получает и преобразует поток OFDM-символов из генератора 814 в один или более аналоговых сигналов, и кроме того, усиливает, фильтрует и повышает частоту аналогового сигнала(ов) для генерации RF-модулированного сигнала для i-й антенны.
Схемы передачи пилот-сигнала и данных, описанные выше, могут быть реализованы различными средствами. Например, эти схемы могут быть реализованы аппаратными средствами, программным обеспечением или комбинацией указанных средств. Для аппаратной реализации элементы, используемые для выполнения обработки в передающих и приемных модулях, могут быть реализованы в одной или более специализированных интегральных схемах (ASICs), цифровых процессорах сигналов (DSPs), устройствах цифровой обработки сигналов (DSPDs), программируемых логических устройствах (PLDs), программируемых пользователем вентильных матрицах (FPGAs), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных модулях для обеспечения описанных функций или их комбинаций.
Для программной реализации обработка в передающем и приемном модулях для описанной схемы передачи может быть реализована посредством модулей (например процедур, функций, и так далее) которые выполняют описанные здесь функции. Программные коды могут сохраняться в модулях памяти (например, модулях памяти 532 и 582 на фиг.5) и исполняться процессорами (например, контроллерами 530 и 580). Модули памяти могут быть реализованы в процессорах или быть внешними по отношению к процессорам, и в этом случае они могут быть коммуникативно связаны с процессорами через различные средства, как известно в технике.
Настоящее описание раскрытых вариантов осуществления настоящего изобретения предоставляет возможность специалистам в данной области создать или использовать настоящее изобретение. Различные модификации этих вариантов осуществления будут очевидны специалистам в данной области, и основные определенные здесь принципы могут быть реализованы в других вариантах осуществления без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается представленными вариантами осуществления, а должно соответствовать самому широкому объему, совместимому с принципами и новыми признаками, раскрытыми выше.