БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАТЧИК, МОБИЛЬНАЯ СТАНЦИЯ И СПОСОБ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ БЛОКОВ ДАННЫХ
WIRELESS TRANSMITTER, MOBILE STATION AND METHOD FOR WIRELESS TRANSMISSION OF DATA UNITS

Предпосылки создания изобретения
Различные технологии беспроводного доступа были предложены или реализованы для того, чтобы обеспечить возможность связи одних мобильных станций с другими мобильными станциями или с проводными оконечными устройствами сети проводной связи. К примерам технологий беспроводного доступа относятся технологии GSM (глобальная система подвижной связи = Global System for Mobile communications) и UMTS (универсальная система мобильной связи = Universal Mobile Telecommunications System), определенные техническими решениями в рамках проекта партнерства третьего поколения (3GPP); а также стандарта CDMA 2000 (множественный доступ с разделением кода = Code Division Multiple Access 2000) согласно стандарту 3GPP2.
В процессе постоянного развития технологий беспроводного доступа для улучшения спектральной эффективности, для совершенствования услуг связи, для снижения затрат и т.д., были предложены новые стандарты. Одним из таких новых стандартов является стандарт «Долгосрочное развитие сетей связи» (Long Term Evolution (LTE), который так же именуется стандартом «Развитого универсального наземного радиодоступа» (EUTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access)) из 3GPP, который направлен на совершенствование технологии UMTS.
Одной из проблем, связанных с беспроводной передачей данных по восходящей линии связи, является расход энергии, возникающий при обработке данных, предназначенных для передачи по восходящей линии связи. Для улучшения показателя энергосбережения требуется достичь низкого отношения пиковой к средней мощности (peak-to-average-power ratio (PAPR)) радиосигнала. Однако, в некоторых реализациях изобретений достижение требуемого показателя энергосбережения возможно потребуется использование относительно дорогостоящих усилителей мощности в передатчиках мобильных станций, что обусловлено серьезными потерями выходной мощности усилителя. Потеря выходной мощности усилителя имеет отношение к работе усилителя при уровне выходной мощности, находящемся ниже уровня пиковой мощности. Большая выходная мощность усилителя (низкий уровень средней мощности относительно уровня пиковой мощности) снижает КПД усилителя мощности.
Другими целями, связанными с беспроводной передачей данных, являются более широкая полоса пропускания, более высокая спектральная эффективность, а также метод многоэлементных антенн или метод МIМО (многоканальный вход, многоканальный выход = multiple input, multiple output) более высокого порядка. Метод МIМО имеет отношение к беспроводной передаче данных, в которой передатчик имеет многоэлементные антенны, и приемник также имеет многоэлементные антенны, при этом многоканальный вход означает многократно переданные в канал сигналы, где многоканальный выход означает множественные сигналы на выходе канала. Обычные беспроводные передатчики не могут обеспечить требуемые характеристики эффективным способом.
Сущность изобретения
В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения беспроводной передатчик включает в себя множество модулей кодирования и модуляции для применения соответствующих алгоритмов кодирования и модуляции к блокам входных данных. Предварительный преобразователь с дискретным преобразованием Фурье (ДПФ) осуществляет при помощи ДПФ обработку выходных данных модулей кодирования и модуляции. Модуль обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) принимает обработанные при помощи ДПФ выходные данные от предварительного преобразователя с ДПФ и осуществляет обработку при помощи ОБПФ обработанных при помощи ДПФ выходных данных. На ступени обработки выходных данных формируются выходные сигналы, базирующиеся на выходных данных модуля ОБПФ, для их беспроводной передачи в беспроводной приемник.
Другие или альтернативные признаки будут очевидными из последующего описания, из чертежей и из пунктов формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Ряд примеров осуществления настоящего изобретения изложены в описании со ссылкой на следующие фигуры:
Фиг.1 является блок-схемой примера сети связи, включающей в себя пример осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 является блок-схемой беспроводного передатчика в соответствии с одним из примеров осуществления;
Фиг.3 является блок-схемой беспроводного передатчика в соответствии с другим примером осуществления.
Фиг.4 является схемой последовательности процесса обработки блоков данных для беспроводной передачи данных в соответствии с одним из примеров осуществления.
Подробное описание изобретения
В целом, в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения представлено более эффективное техническое оснащение или устройство для обработки блоков данных с целью беспроводной передачи данных по беспроводной линии связи между беспроводным передатчиком и беспроводным приемником. Данное техническое оснащение или устройство использует беспроводной передатчик, имеющий множество модулей кодирования и модуляции для применения соответствующих алгоритмов кодирования и модуляции к блокам входных данных. Алгоритмы модуляции и кодирования могут быть различными для обеспечения возможности адаптации линии связи к поднесущим в различных частях полосы частот между беспроводным передатчиком и беспроводным приемником. Полоса частот беспроводной передачи данных может включать в себя несколько поднесущих частот, связанных с соответствующими различными частотами.
Беспроводной приемник включает в себя предварительный преобразователь с дискретным преобразованием Фурье (ДПФ), который осуществляет при помощи ДПФ обработку выходных данных модулей кодирования и модуляции. Следует отметить, что один предварительный преобразователь ДПФ (вместо нескольких предварительных преобразователей с ДПФ) используется для обработки выходных данных множества модулей кодирования и модуляции. Использование только одного предварительного преобразователя с ДПФ для обработки выходных данных множества модулей кодирования и модуляции позволяет осуществлять более эффективную реализацию изобретения.
Модуль обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) принимает обработанные при помощи ДПФ выходные данные от предварительного преобразователя ДПФ и осуществляет обработку при помощи ОБПФ обработанных при помощи ДПФ выходных данных. Затем, на ступени обработки выходных данных формируются выходные сигналы, базирующиеся на выходных данных модуля ОБПФ, для их беспроводной передачи в беспроводной приемник.
В соответствии с некоторыми примерами осуществления изобретения обработанные при помощи ДПФ выходные данные предварительного преобразователя ДПФ проецируются на входные данные модуля ОБПФ в виде групп смежных поднесущих (имеющих соответствующие разные частоты). Группирование поднесущих дает возможность улучшить отношение пиковой к средней мощности (PAPR). Кроме того, такой вариант осуществления обеспечивает улучшение кубической метрики, которая является мерой, используемой для определения уменьшения допустимой мощности усилителя мощности в беспроводном передатчике.
В соответствии с некоторыми примерами осуществления обработка блока данных применяется к беспроводной передаче данных по восходящей линии связи (от мобильной станции к базовой станции). Однако, даже, несмотря на то, что была сделана ссылка на применение обработки блока данных в направлении восходящей линии связи, следует отметить, что в других примерах осуществления обработка блока данных может проводиться также и в направлении нисходящей линии связи.
Как используется в настоящем описании термин «блок данных» относится к набору битов информации, который может представлять данные трафика или сигналы управления. Термин «мобильная станция» относится к доступному для пользователя терминалу, который может перемещаться из одного места в другое. «Базовая станция» является элементом сети беспроводного доступа, ответственным за осуществление беспроводной связи с мобильной станцией. Базовая станция состоит из базовой приемопередающей станции (БППС = BTS) и контроллера базовой станции или, например, контроллера сети радиосвязи.
На Фиг.1 представлена сеть обмена данными, включающая в себя базовую станцию 100, которая может обмениваться данными с мобильной станцией 102 по беспроводной линии связи 104. Базовая станция 100 и мобильная станция 102 рассматриваются каждая как устройство беспроводной связи. Базовая станция 100 является частью сети беспроводного доступа к данным, которая может включать в себя много базовых станций с целью обеспечения покрытия для соответствующих зон (сот) покрытия. Каждая базовая станция 100 может обмениваться данными в пределах зоны покрытия базовой станции.
Базовая станция 100 подключена, в свою очередь, к опорной сети 106, связанной с сетью беспроводного доступа. Опорная сеть 106 имеет в своем составе узлы, например шлюзовые узлы для обеспечения взаимодействия сети беспроводного доступа с внешней сетью 108, которая может быть сетью внешних данных (например, Интернет).
Опорная сеть 106 и сеть беспроводного доступа, включая базовые станции 100, могут работать в соответствии с одной из нескольких различных технологий, включая, к примеру, глобальную систему подвижной связи (GSM) или технологию UMTS (универсальная система мобильной связи), определенную проектом партнерства третьего поколения (3GPP); технологию CDMA 2000 (множественный доступ с разделением кода 2000), определенную 3GPP2; технологию стандарта «Долгосрочное развитие» (LTE) или «Развитого универсального наземного радиодоступа» (EUTRA) из 3GPP, который направлен на совершенствование технологии UMTS; технологию WiMax (глобальная совместимость для микроволнового доступа), как определено стандартами IEEE 802.16 (Института инженеров по электротехнике и электронике = Institute of Electrical and Electronics Engineers), а также другие технологии.
Базовая станция 100 включает в себя передатчик 110 и приемник 112, а мобильная станция 102 состоит из передатчика 114 и приемника 116. Передатчик 110 в базовой станции 100 используется для передачи информации по нисходящей линии связи через антенную систему 118 базовой станции 100 по беспроводной линии связи 104. Переданная по нисходящей линии связи информация поступает в приемник 116 мобильной станции 102 через антенную систему 120 мобильной станции 102.
В другом направлении информация в восходящей линии передается передатчиком 114 в мобильной станции 102 через антенную систему мобильной станции 120 по беспроводной линии связи 104. Переданная по восходящей линии информация поступает в приемник 112 в базовой станции 100 через антенную систему базовой станции 118.
Кроме того, в состав базовой станции 100 входит процессор 122, а в состав мобильной станции 102 входит процессор 124. Процессоры 122 и 124 управляют соответствующими задачами, выполняемыми базовой станцией 100 и мобильной станцией 102, соответственно, включая передачу и прием информации по беспроводной линии связи 104. Например, процессор может предоставить информацию (данные трафика или сигналы управления) в соответствующий передатчик для передачи по беспроводной линии связи 104. Процессор может так же обработать полученные данные, которые были приняты соответствующим приемником по беспроводной линии связи 104.
На Фиг.2 показаны компоненты передатчика (например, передатчика 110 или 114 из Фиг.1), в соответствии с одним из примеров осуществления изобретения. Передатчик состоит из множества модулей кодирования и модуляции с 202_1 по 202_N, которые принимают входную информацию 200 (в виде блоков входных данных). Выходной сигнал каждого модуля кодирования и модуляции содержит группу кодированных и модулированных символов, представленных как 203_i, где i=1-N. Группа кодированных и модулированных символов 203_i является выходным сигналом соответствующего модуля кодирования и модуляции 202_i. Каждая группа кодированных и модулированных символов 203_i поступает в соответствующую несходную часть предварительного преобразователя с ДПФ 204, где каждая соответствующая часть предварительного преобразователя с ДПФ 204 осуществляет обработку при помощи ДПФ соответствующей группы кодированных и модулированных символов 203_i. Один предварительный преобразователь ДПФ обеспечивает улучшение (уменьшение) отношения пиковой к средней мощности передаваемого сигнала на выходе ОБПФ по сравнению с случаем, когда используется множество предварительных преобразователей с ДПФ, где распределение ДПФ происходит по полосе частот эквивалентно номерам символов модуляции для отдельного кодового блока. В случае с одним предварительным преобразователем с ДПФ все символы модуляции во временном интервале распределяются по полосе частот, которая эквивалентна всей полосе частот, выделенной для мобильной станции в восходящей линии связи, что является более эффективным при уменьшении отношения пиковой к средней мощности.
Предварительный преобразователь с ДПФ 204 выдает на выходе множество групп с 205_1 по 205_N поднесущих. Каждая группа 205_i поднесущих содержит ДПФ-обработанную версию соответствующей входной группы кодированных и моделированных символов 203_i. Схема, приведенная на Фиг.2, позволяет проецирование обработанных при помощи ДПФ выходных данных на входные данные ОБПФ (модуля ОБПФ 206) в качестве групп смежных поднесущих; такое группирование поднесущих позволяет улучшить показатели PAPR и СМ.
Модуль ОБПФ 206 осуществляет при помощи обратного быстрого преобразования Фурье обработку соответствующих групп входных данных с 205_1 по 205_n. Проецирование групп на входные данные модуля ОБПФ 206 i базируется на выделении ресурса, соответствующего работе мобильной станции в режиме передачи. В основном различные детали модуля ОБПФ 206 используются для обработки соответствующих групп с 205_1 по 205_N. Обработанная при помощи ОБПФ информация затем направляется на ступень обработки выходных данных 208, которая осуществляет различные виды обработки, включая преобразование параллельного кода в последовательный, циклическую вставку префикса, управление окнами, модулирование несущей, фильтрацию, преобразование с повышением частоты и усиление мощности для выдачи аналоговых сигналов в диапазоне радиочастот, которые должны быть переданы беспроводным методом при помощи антенной системы 118 (в направлении нисходящей линии связи) или антенной системы 120 (в направлении восходящей линии связи).
Схема компоновки беспроводного передатчика, показанная на Фиг.2, является кластеризованной схемой структуры DFTS-FDMA (множественный доступ с разделением частот с дискретным преобразованием Фурье).
В альтернативном примере осуществления изобретения для беспроводной передачи данных по восходящей линии связи может быть использован приемник (например, поз.120 на Фиг.1), содержащий компоненты Фиг.3. Входные данные 300 (в виде блоков) поступают в соответствующие модули кодирования и модуляции с 302_1 по 302_N, которые могут применить различные алгоритмы кодирования и модуляции к соответствующим блокам входных данных. Выходом каждого модуля кодирования и модуляции 302_i является соответствующая группа 303_i символов, которые поступают в модуль ОБПФ 304. После применения обработки при помощи ОБПФ выходной сигнал модуля ОБПФ 304 подается на ступень обработки выходного сигнала 306, которая выполняет обработку сигналов с целью формирования сигналов для их передачи по восходящей линии через антенную систему 120.
Схема, представленная на Фиг.3, является схемой множественного доступа с ортогональным частотным разделением (OFDMA (orthogonal frequency division multiple access), обеспечивающей более гибкий множественный доступ по восходящей линии связи с менее сложной по сравнению с передатчиком, изображенным на Фиг.2, конструкцией. В частности, использование схемы OFDMA не требует обязательного использования предварительного преобразователя ДПФ 204. Схема OFDMA обеспечивает наличие относительно большого числа близко расположенных ортогональных поднесущих (разных частот) для перемещения информации. Кроме того, схема OFDMA определяет базовые интервалы времени (по промежутку времени). Путем мультиплексирования как по интервалу времени, так и по величине частоты можно получить поддиапазоны, причем каждый поддиапазон включает в себя несколько поднесущих по размеру частоты, а интервалы времени - по промежутку времени.
На Фиг.4 представлена схема последовательности процесса обработки блоков входных данных в соответствии с одним из примеров осуществления изобретения. Обработка информации выполняется компонентами передатчика. Блоки входных данных принимаются (в поз.402). Принятые блоки данных могут включать данные трафика или сигналы управления. Применяя к различным блокам данных разные алгоритмы кодирования и модуляции, можно добиться адаптации линии связи к различным частям диапазона передачи с целью повышения надежности связи и спектральной эффективности. Например, некоторые части диапазона передачи могут быть связаны с неисправным состоянием канала связи, такими, что требуется применение более устойчивого к сбоям алгоритма кодирования и модуляции для повышения надежности и функционирования.
Выбор требующих применения методов кодирования и модуляции может базироваться на планировании, выполняемом на базовой станции с использованием информации обратной связи от мобильной станции, при этом информация обратной связи содержит указатель качества канала CQI (channel quality indicator) и/или индекс матрицы предварительного кодирования РМI (preceding matrix index). Параметр РМI ссылается на индекс (или другой тип указателя) для облегчения выбора вектора предварительного кодирования, необходимого для сеансов беспроводной передачи. Параметр CQI является указателем качества канала беспроводной связи базовой станции с мобильной станцией. Разные значения параметра РМI выбирают разные кодовые слова или матрицу предварительного кодирования. На основании информации обратной связи, полученной базовой станцией от мобильной станции, базовая станция может планировать мобильную станцию, которой следует применить выбранные алгоритмы кодирования и модуляции к соответствующим блокам данных на модулях кодирования и модуляции (202_1 по 202_N или 302_1 по 302_N). Базовая станция осуществляет планирование путем посылки управляющих сообщений, в которых содержатся указания алгоритмов кодирования и модуляции, которые должны применяться соответствующими модулями кодирования и модуляции. В данном описании кодирование может включать кодировку канала, например, сверточное или турбо кодирование, стадии чередования и сопоставления скоростей, как и в случае со стандартом LTE.
Далее, кодированные и модулированные символы поступают на выход (в поз.406) модулей кодирования и модуляции (202_1 по 202_N или 302_1 по 302_N) для дальнейшей обработки с целью формирования выходных сигналов. Дальнейшая обработка может включать обработку предварительным преобразователем с ДПФ 204, модулем ОБПФ 206, а также ступенью обработки выходного сигнала 208 (Фиг.2), или модулем ОБПФ 304 и ступенью обработки выходного сигнала 306 (Фиг.3).
Затем выходные сигналы передаются по беспроводной линии связи (в поз.408) при помощи антенны, такой как антенна 118 или 120 на Фиг.1.
Разнообразные модули, показанные на Фиг.2 и Фиг.3, могут быть реализованы в виде только аппаратного оборудования или же в виде комбинации аппаратного оборудования и программного обеспечения. Таким образом, модуль кодирования и модуляции может быть выполнен в виде только аппаратного оборудования или в виде комбинации аппаратного оборудования и программного обеспечения, предварительный преобразователь с ДПФ может быть выполнен в виде только аппаратного оборудования или в виде комбинации аппаратного оборудования и программного обеспечения, и модуль ОБПФ может быть выполнен в виде только аппаратного оборудования или в виде комбинации аппаратного оборудования и программного обеспечения.
В вышеизложенном описании дано подробное пояснение различных аспектов с целью обеспечения понимания настоящего изобретения. Однако, специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике без указанных подробностей. Несмотря на то, что изобретение было раскрыто с использованием ограниченного количества примеров его осуществления, для специалистов в данной области техники будут очевидными его многочисленные модификации и изменения. Предполагается, что приложенная формула изобретения охватывает такие модификации и изменения в пределах истинной сущности и объема настоящего изобретения.