ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАЗНЕСЕНИЕ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ (ПВРП) ДЛЯ МНОЖЕСТВЕННЫХ АНТЕНН В РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2007 года по МПК H04B7/02 

2420-130913RU/041

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАЗНЕСЕНИЕ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ (ПВРП) ДЛЯ МНОЖЕСТВЕННЫХ АНТЕНН В РАДИОСВЯЗИ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится системам мобильной (радио или беспроводной) связи и, более точно, к способу передачи и приема сигнала в системе пространственно-временного разнесения при передаче (ПВРП) с замкнутым контуром, имеющей множество передающих антенн.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В общем случае, в системе мобильной (радио или беспроводной) связи, при передаче данных на больших скоростях, фаза принимаемого сигнала искажается вследствие явления замирания (т.е. ослабления сигнала), возникающего в беспроводном канале. Замирание уменьшает амплитуду принимаемого сигнала до нескольких и более децибел (дБ). Таким образом, если искаженная фаза принятого сигнала не компенсируется во время демодуляции данных на принимающей стороне, в принятых данных появляются информационные ошибки и общее качество услуг беспроводной связи нежелательно ухудшается.

Поэтому, для передачи данных на высоких скоростях без ухудшения качества услуги применяются различные типы способов разнесения сигналов при передаче. Пример раскрыт в "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications", S.M. Alamouti, IEEE Journal on Select Areas in Communications, Vol. 16, No.8, pp. 1451-1458, октябрь 1998. Также дополнительные исходные данные могут быть найдены в 3GPP, "Physical Channels and Mapping of Transport Channels onto Physical Channels (FDD)", TS 25,211, V4.3.0, декабрь 2001.

Способы разнесения при передаче в общем случае разделяют на временное разнесение и пространственное разнесение. Временное разнесение, при котором используют перемежение и кодирование для противодействия затуханию, широко используют в каналах с доплеровским разбросом. Однако временное разнесение не подходит для каналов с доплеровским разбросом при низкой скорости.

Пространственное разнесение используют для каналов с малым разбросом по задержке (например, так называемые "внутренние каналы", применяемые в помещениях) и каналы с низкоскоростным доплеровским разбросом (например, так называемый "пешеходный канал", используемый для пешеходов). Пространственное разнесение представляет собой способ разнесения при передаче с использованием двух или нескольких передающих/приемных антенн. То есть при передаче одного и того же сигнала через две передающие антенны, если принимающая сторона определяет, что величина сигнала, передаваемого через одну антенну, неприемлемо понизилась вследствие замирания (т.е. сигнал ослаб), на принимающей стороне выбирают и принимают сигнал, передаваемый через другую антенну.

Пространственное разнесение дополнительно разделяют на разнесение приемных антенн (использование множественных приемных антенн) и разнесение передающих антенн (использование множественных передающих антенн). Для разнесения передающих антенн алгоритм, используемый для приема сигналов по нисходящей линии связи и получения усиления при разнесении, можно примерно разделить на режим с открытым контуром и режим с замкнутым контуром.

Проект партнерства третьего поколения (3GPP) в настоящее время использует способ пространственно-временного разнесения при передаче (ПВРП), который является разновидностью разнесения передающих антенн с открытым контуром. ПВРП представляет собой способ для получения усиления при разнесении посредством пространственно-временного кодирования, которое основано на способе канального кодирования, широко применяемого для временной координаты, но расширенного в пространственную область. А именно, ПВРП применяют для получения усиления при пространственном разнесении, а также усиления при временном разнесении путем выполнения кодирования символов, передаваемых соответственно через каждую антенну, если используются две передающие антенны.

ПВРП применим для любого типа нисходящего физического канала, за исключением канала синхронизации, применяемого в WCDMA. ПВРП с открытым контуром обладает преимуществом, заключающимся в том, что он не вносит разрушительных изменений в производительность радиосвязи вследствие изменения скоростей передачи сигналов, поскольку не требуются сигналы обратной связи.

Ниже описаны общие принципы работы способа ПВРП для выполнения кодирования символов данных, передаваемых через две антенны.

Кодирование ПВРП для двух антенн и порядок передачи во времени показаны в таблице 1.

Таблица 1 Время(t)Время(t+T)Антенна 1s₁s₂Антенна 2-s₂ ^*-s₁ ^*

Где 's' является символом данных, а 'T' является периодом символа данных.

По таблице 1 символы (s₁,s₂), предназначенные для передачи, кодируют ПВРП кодером и затем соответственно посылают на две передающие антенны (антенны 1 и 2) в последовательном порядке. То есть для антенны 1, символ s₁ посылают в момент времени t, а символ s₂ посылают в более поздний момент времени t+T. Для антенны 2 символ -s₂ ^* посылают в момент времени t, а символ -s₁ ^* посылают в более поздний момент времени, t+T.

Другими словами, ПВРП кодер выдает s₁ и s₂ для передающей антенны 1 "как есть" (т.е. без каких-либо дополнительных изменений после их кодирования), но ПВРП кодер преобразует символы s₁ и s₂ в -s₂ ^* и -s₁ ^*, соответственно, и затем выдает их в передающую антенну 2. Здесь "*" обозначает сопряжение. Символы (s₁, s₂, -s₂ ^*, -s₁ ^*), посланные в передающие антенны, затем передают принимающей стороне многолучевым способом.

Допуская, что символы данных, передаваемые через каждую передающую антенну, проходят соответственно через различные независимые каналы, и допуская, что каналы не меняются во время t и t+T, принятые сигналы (r₁ и r₂) на принимающей стороне могут быть описаны уравнениями (1):

(1)

Где h₁(=α₁e^jβ1) и h₂(=α₂e^jβ2) представляют каналы (например, являются ответами каналов) между одной передающей антенной (либо антенной 1, либо антенной 2) и приемной антенной, соответственно, где n₁ и n₂ являются шумовыми факторами, называемыми "аддитивный гауссовский белый шум" (АГБШ), который является комплексным гауссовским шумом. Также β₁ и β₂ представляют собой фазы каналов h₁ и h₂ с замиранием, соответственно. Дополнительно, α₁ и α₂ представляют собой амплитуды каналов h₁ и h₂ с замиранием, соответственно.

Каждый канал h₁ и h₂ может быть оценен с использованием пилот-сигнала, передаваемого из каждой передающей антенны. Также если принимаемые сигналы (r₁ и r₂) комбинируют способом, показанным в уравнениях (2) ниже, то полученные выходные значения (оцененные (или выведенные) символы ()) являются эквивалентами выходным значениям, получаемым при использовании способа комбинирования максимальных значений (КМЗ) принятого разнесения, и, тем самым, соответствующим образом могут быть оценены (выведены) принятые символы.

(2)

1) 4-антенная ПВРП система с открытым контуром известного уровня техники

Фиг.1 представляет собой чертеж, иллюстрирующий передающую сторону ПВРП с открытым контуром, использующую четыре антенны.

Как показано на Фиг.1, передающая сторона 4-х антенной ПВРП с открытым контуром включает в себя ПВРП кодер 10 для выполнения пространственно-временного кодирования символов данных, предназначенных для передачи; первые умножители 11 и 12 для умножения на определенные коэффициенты (χ и ξ) усиления символов данных, выдаваемых из ПВРП кодера 10; вторые умножители 13 и 14 для умножения на определенные фазовые углы (θ₁ и θ₂) выходных сигналов первых мультиплексоров 11 и 12; и четыре передающие антенны (А1-А4) для передачи выходных сигналов каждого из мультиплексоров с 11 по 14.

Как показано на Фиг.1, при получении исходных символов данных, предназначенных для передачи, ПВРП кодер 10 выполняет кодирование и генерирует первые символы данных (s₁, s₂, s₃ и s₄). Затем ПВРП кодер 10 посылает первые символы данных в их исходном виде (т.е. без какого либо дополнительного изменения после их кодирования) для дальнейшей обработки и, в конечном счете, на антенны А₁ и А₂.

С другой стороны, ПВРП кодер 10 выполняет кодирование и генерирует вторые символы данных (-s₂ ^*, s₁ ^*, -s₄ ^* и s₃ ^*). Здесь обработка включает в себя преобразование первых символов данных (s₁, s₂, s₃ и s₄) в сопряженные символы данных (-s₂ ^*, s₁ ^*, -s₄ ^*, и s₃ ^*), соответственно. После этого вторые символы данных (-s₂ ^*, s₁ ^*, -s₄ ^* и s₃ ^*) выдают для дальнейшей обработки и, в конечном счете, на антенны А₃ и А₄. Здесь "*" обозначает сопряжение.

Первые символы данных (s₁, s₂, s₃ и s₄), выдаваемые из ПВРП кодера 10, умножают на заранее определенный коэффициент (χ) усиления в умножителе 11 и задерживают на заранее определенную фазу (θ₁) в умножителе 13. Одновременно вторые символы данных (-s₂ ^*, s₁ ^*, -s₄ ^* и s₃ ^*), выдаваемые из ПВРП кодировщика 10, умножают на заранее определенный коэффициент (ξ) усиления в умножителе 12 и задерживают на заранее определенную фазу (θ₂) в умножителе 14. Передающие антенны (А₂ и А₄) передают первые символы данных с разностью по фазе θ₁ и θ₂ соответственно по отношению к символам данных, передаваемых передающими антеннами А₁ и А₃. Здесь предполагается, что усиления (χ и ξ) равны 1 исключительно для простоты вычислений.

Соответственно, сигналы, содержащие символы данных, передаваемые через антенну (А₁˜А₄) для каждой длительности (Т) символа, могут быть выражены уравнением (3):

(3)

Сигнал, принятый во время длительности (4Т) четырех символов на принимающей стороне, имеющей одну приемную антенну, может быть выражен уравнением (4):

(4)

Если и заменить на 'a' и 'b', соответственно, то сигналы, принятые во время длительности четырех символов, могут быть упрощены до уравнений (5):

(5)

Используя уравнения (5), исходные символы данных, передаваемые передающей стороной, могут быть выведены на принимающей стороне (т.е. могут быть вычислены оценки исходных символов данных), используя уравнения (6):

(6)

Известный способ 4-антенной ПВРП передачи с открытым контуром, описанный выше, демонстрирует отличную производительность при движении терминала с высокой скоростью, т.е. в случае быстро перемещающегося терминала (например, когда пользователь находится в перемещающемся транспортном средстве), но производительность ухудшается, когда терминал перемещается с низкой скоростью, т.е. в случае медленно перемещающегося терминала (например, когда пользователь идет пешком).

Здесь термины "высокая скорость" и "низкая скорость" являются относительными выражениями, но могут быть определены, как того требует среда радиосвязи. Например, пороговая скорость для движущегося терминала может быть установлен 10 км/час (километров в час). Таким образом, любое перемещение на уровне указанного порога или с его превышением, следует рассматривать как c "высокой скоростью", тогда как любую скорость ниже порога следует рассматривать как "низкую". То есть, если терминал является медленно перемещающимся, может происходить сильное замирание (т.е. ослабление сигнала) определенной передающей антенны, используемой для медленно перемещающегося терминала. Таким образом, если сигнал передачи теряется вследствие сильного замирания на определенной антенне, передаваемая мощность должна далее расходоваться для повторной передачи сигнала на терминал, что является нежелательным.

Таким образом, если терминал перемещается с низкой скоростью, предпочтительно используют способ передачи ПВРП с замкнутым контуром, который использует обратную связь, для максимизации усиления разнесения передающих антенн. Другими словами, при использовании ПВРП с замкнутым контуром для медленно перемещающихся терминалов, может быть получена лучшая производительность (например, возможность соединения), чем таковая для способа передачи ПВРП с открытым контуром, поскольку способ передачи ПВРП с замкнутым контуром использует информацию о приеме для каждой антенны, предоставляемую терминалом (т.е. обеспечивается обратная связь). Таким образом, используя способ передачи ПВРП как с замкнутым контуром, так и с открытым контуром, может быть получена оптимальная производительность (например, возможность соединения) вне зависимости от того, является ли терминал быстро перемещающимся или медленно перемещающимся.

2) 2-антенная ПВРП система с замкнутым контуром известного уровня техники

Фиг.2 представляет собой чертеж, иллюстрирующий 2-антенную ПВРП систему с замкнутым контуром, использующую две передающие антенны согласно известному уровню техники. Как показано на Фиг.2, 2-антенная ПВРП система с замкнутым контуром включает в себя ПВРП передающую сторону, имеющую две передающих антенны (Тх1 и Тх2), и ПВРП принимающую сторону, имеющую одну приемную антенну (Rx).

ПВРП передающая сторона может включать в себя: ПВРП кодер 20 для выполнения пространственно-временного кодирования символов данных, предназначенных для передачи; умножители 21 и 22 для умножения на определенные весовые коэффициенты w₁ и w₂ символов данных, выдаваемых из ПВРП кодера 20; и две передающие антенны Тх1 и Тх2 для соответственной передачи выходных сигналов мультиплексоров 21 и 22.

ПВРП принимающая сторона может включать в себя: одну приемную антенну (Rx1); ПВРП декодер для выполнения пространственно-временного декодирования сигналов, принятых приемной антенной (Rx1), блок 24 преобразования взаимных помех для обработки выходных сигналов (d₁, d₂) ПВРП декодера для оценки символов (); и вычислитель 25 весов для вычисления весовых значений (w₁, w₂) и отправки по обратной связи указанной информации ПВРП передающей стороне.

Ниже описан способ передачи сигнала в 2-антенной ПВРП системе с замкнутым контуром известного уровня техники.

После получения исходных символов данных, предназначенных для передачи, ПВРП кодер 20 на передающей стороне выполняет кодирование и генерирует первые символы данных (s₁, s₂), которые посылают для дальнейшей обработки и в конечном счете на первую антенну Тх1.

С другой стороны, ПВРП кодер 20 выполняет кодирование и обработку для генерации вторых символов данных (-s₂ ^*, s₁ ^*). Здесь, обработка включает в себя преобразование первых символов данных (s₁, s₂) в сопряженные символы данных (-s₂ ^*, s₁ ^*), соответственно. После этого вторые символы данных (-s₂ ^*, s₁ ^*) посылают для дальнейшей обработки и, в конечном счете, на вторую антенну Тх2. Здесь '*' обозначает сопряжение.

Первые символы данных (s₁, s₂), выданные из ПВРП кодера 20, умножают на весовое значение (w₁) в умножителе 21 и затем посылают в первую антенну Тх1, тогда как вторые символы данных (-s₂ ^*, s₁ ^*) умножают на весовое значение (w₂) в умножителе 22 и затем посылают во вторую антенну Тх2.

На ПВРП принимающей стороне, имеющей одну приемную антенну, сигналы, принятые в течении двух длительностей символа (2Т), могут быть описаны уравнением (7):

(7)

Где h₁(=α₁e^jβ1) и h₂(=α₂e^jβ2) обозначают каналы (например, ответы каналов) между передающими антеннами Тх1 и Тх2 и приемной антенной Rx, соответственно, тогда как n₁ и n₂ обозначают аддитивный гауссовский белый шум (АГБШ).

ПВРП декодер 23 на ПВРП принимающей стороне выполняет пространственно-временное декодирование принятых сигналов (r₁, r₂), принимаемых через приемную антенну Rx, и затем генерирует и выдает декодированные сигналы (d₁, d₂) описываемые уравнением (8):

(8)

Полагая, что (w₁|h₁|²+w₁|h₁|²)=A, (w₁-w₂)h₁ ^*h₂=B, (h₁ ^*n₁+h₂n₂ ^*)=C₁ и (h₁ ^*n₂-h₂n₁ ^*)=C₂, приведенные выше уравнения (8) могут быть упрощены до Уравнений (9):

(9)

Блок 24 преобразования взаимных помех обрабатывает декодированные сигналы (d₁, d₂), выдаваемые из ПВРП декодера 23, и генерирует оценки символов (), которые оценивают (выводят) исходные символы, передаваемые передающей стороной. А именно для оценки (вывода) на принимающей стороне исходных символов блок 24 преобразования взаимных помех выполняет сигнальную обработку, используя уравнения (10):

(10)

Одновременно, вычислитель 25 весов вычисляет весовые значения (w₁, w₂) из принятых сигналов (r₁, r₂), принимаемых через приемную антенну (Rx1), направляет по обратной связи весовые значения (w₁, w₂) в умножители 21 и 22 ПВПР передающей стороны. Здесь вычислитель 25 весов вычисляет весовой вектор, который максимизирует значение А в уравнении (w₁|h₁|²+w₁|h₁|²)=A. Смысл этого действия заключается в том, что, как показано в уравнениях (10), значение А имеет самое большое влияние при определении "мощности на каждый символ". Именно исходя из характеристик w₁ ²=w₂ ²=1 и , вычислитель 25 весов вычисляет каждое весовое значение (w1, w2) как показано в уравнениях (11):

(11)

Исходя из вышесказанного, авторы настоящего изобретения выявили проблему в способе известного уровня техники. Именно, весовые значения, вычисляемые вычислителем 25 весов, не выводят из оптимального весового вектора, который максимизирует мощность передачи оцениваемых символов. Другими словами, для максимизации мощность передачи символов (), которые оценивают (выводят) на принимающей стороне, весовой вектор, который максимизирует |A|²+|B|², в принципе должен быть вычислен заранее. Однако поскольку способ вычисления весов известного уровня техники генерирует весовые значения, используя весовой вектор, который максимизирует только А (а не |A|²+|B|²), известный уровень техники имеет ограничения, заключающиеся в том, что мощность передачи символов (), оцениваемых на принимающей стороне, не может быть максимизирована.

Используя разнесение передающих антенн, при использовании две или более антенн получают не только усиление разнесения при помощи блока передачи с множеством антенн, но также обеспечивают усиление отношения сигнал-шум. Таким образом, усиление отношения сигнал-шум увеличивается пропорционально количеству используемых передающих антенн.

Как показано на Фиг.2, известные системы UMTS в общем случае используют способ разнесения при передаче для передающих систем с двумя антеннами. Однако этот способ ограничен ситуациями, когда ПВРП принимающая сторона выполняет разнесение при передаче для двух передающих антенн. Таким образом, ПВРП принимающая сторона, работающая по существующим стандартам, применимым для систем с двумя передающими антеннами, не сможет работать должным образом в случае использования более чем двух передающих антенн.

Другими словами, 2-антенная система ПВРП с открытым контуром и способ (например, по Фиг.2) не могут быть непосредственно применимы в системах ПВРП с замкнутым контуром, использующих более чем две антенны. Например, если должны использоваться четыре передающие антенны с одновременным использованием способа передачи сигналов с двумя антеннами известного уровня техники, то потребуется изменение структуры ПВРП передающей стороны и ПВРП принимающей стороны системы ПВРП с замкнутым контуром, и способы передачи/приема также требуют изменения.

Аналогично, технология 4-антенной системы ПВРП с открытым контуром (например, по Фиг.1) не может быть применена в технологии 4-антенной системы ПВРП с замкнутым контуром, либо, по меньшей мере, при попытке такого применения возникнет множество сложностей.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает структуру и способ ПВРП с замкнутым контуром, разработанные таким образом, что они подходят для выполнения разнесения передающих антенн при использовании множества (например, двух или более) передающих антенн.

Приведенные выше ссылки включены в настоящее описание в качестве ссылки, там, где это необходимо для предоставления соответствующих объяснений либо дополнительных или альтернативных деталей, особенностей и/или уровня техники.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, целью настоящего изобретения является предоставление способа передачи/приема сигнала, в котором способ ПВРП с открытым контуром разнесения при передаче с использованием четырех антенн может применяться в качестве способа ПВРП с замкнутым контуром для разнесения при передаче с использованием множества антенн.

Другой целью настоящего изобретения является предоставление способа передачи/приема сигналов, в котором ПВРП принимающая сторона разработана с возможностью ее применения в системе ПВРП с замкнутым контуром, использующей способ разнесения при передаче с двумя антеннами, и может работать надлежащим образом, даже если применяется способ разнесения при передаче для двух или более антенн.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа вычисления весов, реализованного с возможностью максимизации мощности передачи символа, оцениваемого на принимающей стороне.

Для достижения, по меньшей мере, вышеперечисленных целей, полностью или частично, предоставляется способ передачи сигнала в системе пространственно-временного разнесения при передаче (ПВРП) с замкнутым контуром, имеющей множество передающих антенн, включающий в себя: пространственно-временное кодирование символов, предназначенных для передачи для классификации их в соответствующие группы; умножения на весовое значение каждой группы классифицированных символов и их передачи; умножения на весовое значение принятого сигнала; и пространственно-временное декодирование умноженных сигналов для оценки передаваемых символов данных.

Предпочтительно, применяют две или более антенн.

Предпочтительно, каждая передаваемая группа символов включает в себя заранее определенный символ данных и символ данных, фаза которого сдвинута относительно заранее определенного символа данных.

Предпочтительно, символы данных, принадлежащие одной группе, умножают на одно и то же весовое значение.

Предпочтительно, весовое значение представляет собой собственный вектор, соответствующий максимальному собственному значению ковариационной матрицы канала вектора канала.

Предпочтительно, весовое значение, используемое при передаче, и весовое значение, используемое при приеме, являются одинаковыми.

Способ передачи сигнала дополнительно включает в себя: разложение по собственным значениям ковариационной матрицы канала вектора канала, оцененного из принятого сигнала для вычисления максимального собственного значения и собственного вектора; выбор вычисленного собственного вектора в качестве весового значения; отправку по обратной связи выбранного весового значения передающей стороне.

Предпочтительно, каждая принятая группа сигналов включает в себя принятый сигнал, имеющий определенный символ данных, и принятый сигнал, имеющий комплексное значение определенного символа данных.

Для достижения, по меньшей мере, указанных преимуществ, целиком или частично, дополнительно предоставляется способ передачи сигнала в системе пространственно-временного разнесения при передаче (ПВРП) с замкнутым контуром, имеющей множество передающих антенн, включающий в себя: пространственно-временное кодирование символов, предназначенных для передачи; классификацию кодированных символов в соответствующие группы; умножение на разные весовые значения каждой группы классифицированных символов и их передачу.

Предпочтительно, применяют две антенны или более.

Предпочтительно, каждая группа передаваемых символов включает в себя заранее определенный символ данных и символ данных, фаза которого сдвинута относительно заранее определенного символа данных.

Предпочтительно, количество групп символов данных при передаче определяют, исходя из общего количества передающих антенн.

Предпочтительно, символы данных, принадлежащие одной группе, умножают на одно и то же весовое значение.

Предпочтительно, весовое значение представляет собой собственный вектор, соответствующий максимальному собственному значению ковариационной матрицы канала вектора канала.

Для достижения, по меньшей мере, указанных преимуществ, целиком или частично, дополнительно предоставляется способ приема сигнала в системе пространственно-временного разнесения при передаче (ПВРП) с замкнутым контуром, имеющей множество передающих антенн, включающий в себя: классификацию кодированных символов в соответствующие группы; умножение на различные весовые значения каждой группы сигналов; пространственно-временное декодирование умноженных сигналов для оценки переданных символов.

Предпочтительно, способ приема сигнала дополнительно включает в себя: разложение по собственным значениям ковариационной матрицы канала вектора канала, оцененного из принятого сигнала и вычисления максимального собственного значения и собственного вектора; выбор полученного собственного вектора в качестве весового вектора; отправку по обратной связи выбранного весового значения передающей стороне.

Предпочтительно, весовое значение является таким же, что и весовое значение, используемое передающей стороной.

Предпочтительно, принятый сигнал, включающий в себя определенный символ, и принятый сигнал, включающий в себя комплексное значение определенного символа, классифицируют в одну группу.

Дополнительные преимущества, цели и особенности настоящего изобретения будут частично описаны в нижеследующем описании, и частично будут очевидны для специалистов в данной области техники при изучении нижеследующего или могут быть поняты при практическом применении настоящего изобретения. Цели и преимущества настоящего изобретения могут быть реализованы и достигнуты как более точно описывается в прилагаемой формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение будет подробно описано со ссылкой на нижеследующие чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы и где:

Фиг.1 иллюстрирует общий случай системы ПВРП с открытым контуром, выполненной с возможностью применения технологии разнесения при передаче с четырьмя антеннами;

Фиг.2 иллюстрирует общий случай системы ПВРП с замкнутым контуром, выполненной с возможностью применения технологии разнесения при передаче с двумя антеннами;

Фиг.3 иллюстрирует систему ПВРП с замкнутым контуром, выполненную с возможностью применения технологии разнесения при передаче с четырьмя антеннами согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 представляет собой блок-схему способа передачи сигнала системы мобильной связи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5 представляет собой блок-схему способа приема сигнала системы мобильной связи согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение реализовано в мобильной (радио или беспроводной) системе связи, такой как универсальная мобильная телекоммуникационная система (UMTS), разработанная 3GPP. Тем не менее, настоящее изобретение также может применяться в системах связи, работающих согласно различным стандартам. Дополнительно, настоящее изобретение также может быть применимо в системе мобильной связи, использующей множество передающих антенн и множество приемных антенн.

В частности, настоящее изобретение включает в себя ПВРП передающую сторону и ПВРП принимающую сторону, и использует ПВРП с замкнутым контуром, выполненную с возможностью применения технологии разнесения передающих антенн. В этом случае ПВРП передающая сторона может представлять собой базовую станцию (или Узел-В), и ПВРП принимающая сторона может представлять собой терминал (или устройство пользователя (УП)).

В настоящем изобретении, в случае применения ПВРП с замкнутым контуром к четырем передающим антеннам, сигналы, передаваемые через четыре передающие антенны за время длительности приема каждого символа, классифицируют в две группы.

При этом группировка сигналов (содержащих символы данных, предназначенные для передачи) может выполняться различными компонентами на ПВРП передающей стороне, как это необходимо. В частности, для выполнения требуемой процедуры группировки могут использоваться аппаратные и/или программные средства, которые являются частью базовой станции (Узла-В). Например, ПВРП кодер на передающей стороне может включать в себя аппаратные и/или программные средства для выполнения группировки сигналов, как это необходимо.

Дополнительно, соответствующие аппаратные и/или программные средства также предусмотрены на принимающей стороне (терминале). Например, ПВРП декодер на принимающей стороне может включать в себя аппаратные и/или программные средства для выполнения обработки, основываясь на принятых сгруппированных сигналах.

Таким образом, базовая станция (Узел-В) может включать в себя аппаратное и/или программное обеспечение обработки сигналов для обработки и классификации входных сигналов (содержащих символы данных) в первую группу, содержащую первый символ(символы), и символ(символы), который имеет фазовый сдвиг относительно первого символа, и во вторую группу, содержащую второй символ(символы), и символ(символы), который имеет фазовый сдвиг относительно второго символа. Соответственно, даже если используется четыре передающие антенны, реально за интервал одного символа передается два символа. Таким образом, вариант осуществления предлагает систему и способ, в которой символы данных от четырех передающих антенн классифицируют в две группы, ПВРП кодированные сигналы умножают на два весовых значения.

Дополнительно, настоящее изобретение предлагает систему и способ передачи, в которой ПВРП принимающая сторона выполнена с возможностью работы в системе ПВРП с замкнутым контуром, использующей технологию разнесения при передаче с двумя антеннами, может работать должным образом, даже если используется технология разнесения при передаче с множеством (двумя или более) антенн, например технология разнесения при передаче с четырьмя антеннами, дополнительно описанная ниже.

Теперь будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопутствующие чертежи.

Фиг.3 иллюстрирует систему ПВРП с замкнутым контуром, использующую технологию разнесения при передаче с четырьмя антеннами согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Очевидно, что технология разнесения при передаче с четырьмя антеннами описывается исключительно с иллюстративными целями, и что другие технологии разнесения при передаче с множеством антенн также находятся в пределах объема настоящего изобретения.

Как показано на Фиг.3, система ПВРП с замкнутым контуром включает в себя ПВРП передающую сторону, имеющую четыре передающих антенны (с А₁ по А₄), и ПВРП принимающую сторону, имеющую одну приемную антенну (Rx).

ПВРП передающая сторона может включать в себя: ПВРП кодер 30 для пространственно-временного кодирования символов, предназначенных для передачи; умножители 31 и 32 для умножения на определенные коэффициенты (χ и ξ) усиления символов, выдаваемых ПВРП кодером 30; умножители 33 и 34 для умножения на весовые значения (w₁ и w₂), направляемых по обратной связи от ПВРП принимающей стороны, на выходные сигналы умножителей 31 и 32; передающие антенны (А1, А3) для передачи выходных сигналов умножителей 33 и 34; умножители 35 и 36 для смещения выходных сигналов мультиплексоров 31 и 32 на определенные фазы (θ₁ и θ₂); умножители 37 и 38 для умножения на весовые значения (w1 и w2), направляемых по обратной связи от ПВРП принимающей стороны, на выходные сигналы умножителей 31 и 32; передающие антенны (А₂, А₄) для передачи выходных сигналов умножителей 37 и 38.

ПВРП принимающая сторона может включать в себя: одну приемную антенну (Rx); блок 40 умножения весов для классификации сигналов, принимаемых приемной антенной Rx, в две группы и умножения на те же весовые значения, как использованные на ПВРП передающей стороне; блок 41 оценки переданного символа для обработки выходного сигнала блока 40 умножения весов для оценки переданного символа; и вычислитель 42 весов для вычисления весовых значений из принятого сигнала и отправления их по обратной связи ПВРП передающей стороне.

Блок 40 умножения весов может включать в себя два умножителя 40-1 и 40-2 весов, и блок 41 оценки переданного символа может включать в себя два модифицированных ПВРП декодера 41-1 и 41-2.

Ниже описана работа системы ПВРП с замкнутым контуром согласно настоящему изобретению со ссылками на Фиг.3-5. Как показано на Фиг.3, когда символы данных водят в течение длительности четырех символов (т.е. интервала), ПВРП кодер 30 выполняет кодирование и выдает первые символы данных (s₁, s₂, s₃, s₄), которые направляют для обработки, и, в конечном счете, передают через антенны А1 и А2. Одновременно ПВРП кодер 30 выполняет кодирование и преобразует входные символы в сопряженные значения для генерации вторых символов данных (-s₂ ^*, s₁ ^*, -s₄ ^*, s₃ ^*), которые направляют для дальнейшей обработки, и, в конечном счете, передают через антенны А3 и А4. Здесь ^(*) обозначает сопряжение.

Для первых символов данных (s₁, s₂, s₃, s₄), выдаваемых из ПВРП кодера 30, выполняют их умножение на первый коэффициент (χ) усиления умножителем 31 для получения значения результата, и затем первое весовое значение (w₁) умножают на значение результата умножителем 33. После этого выходной сигнал мультиплексора 31 задерживают на фазу (θ₁) умножителем 35, и полученный сигнал умножают на весовое значение (w₁) умножителем 37.

Для вторых символов данных (-s₂ ^*, s₁ ^*, -s₄ ^*, s₃ ^*), выдаваемых из ПВРП кодера 30, выполняют их умножение на первый коэффициент (ξ) усиления умножителем 32 для получения значения результата, и затем второе весовое значение (w₂) умножают на значение результата умножителем 34. После этого выходной сигнал мультиплексора 32 задерживают на фазу (θ₂) умножителем 36, и полученный сигнал умножают на весовое значение (w₂) умножителем 38.

В приведенном выше, коэффициенты χ и ξ усиления предполагаются равными '1' исключительно для удобства. Соответственно, сигналы, передаваемые через каждую передающую антенну (А1˜А4) за длительность (Т) каждого символа, могут быть выражены в виде уравнений (12):

(12)

При этом сигналы, передаваемые через каждую передающую антенну (А1˜А4) за длительность (Т) каждого символа, могут быть классифицированы в две группы при помощи соответствующих аппаратных и/или программных средств базовой станции (Узел-В). Например, символ данных s₁ и символ данных e^jθ1s₁, имеющий фазовый сдвиг относительно символа данных s₁, могут рассматриваться в качестве одной группы, тогда как символ данных s₂ и символ данных e^jθ2s₂, имеющий фазовый сдвиг относительно символа данных s₂, могут рассматриваться в качестве другой группы.

Таким образом, символы данных, предназначенные для передачи через передающие антенны А1 и А2, составляют одну группу, тогда как символы данных, предназначенные для передачи через передающие антенны А3 и А4, составляют другую группу. Это имеет место в силу того, что даже если используют четыре антенны, реально за длительность одного импульса передают только два символа.

Соответственно, в настоящем изобретении символы данных, предназначенные для передачи через четыре антенны, классифицируют в две группы (этап S10), умножают два весовых значения (w1, w2) на группы классифицированных символов данных, и передают через передающие антенны (А1-А4) (этапы S11-S12). Эту операцию повторяют до тех пор, пока не будет передан каждый символ данных (этап S13).

В этом случае, сигналы (r₁, r₂, r₃, r₄) принимаемые за длительность (4Т) четырех символов могут быть выражены уравнениями (13):

(13)

Где s₁-s₄ являются символами данных, предназначенными для передачи, n₁-n₄ представляет собой аддитивный белый гауссовский шум (АБГШ), h₁-h₄ представляют собой каналы (т.е. ответы каналов) между передающими антеннами (А1-А4) и приемной антенной Rx, соответственно. Здесь, θ₁ и θ₂ представляют собой фазы поворотов, которые, например, могут извлекаться из короткой таблицы просмотра.

В уравнениях (13), если и заменить на 'a' и 'b', соответственно, сигналы, принятые за время продолжительности четырех символов, могут быть выражены уравнениями (14):

(14)

Соответственно, исходные символы данных (s₁, s₂), переданные через передающие антенны А1 и А2, могут быть оценены должным образом при помощи группирования принятых сигналов (r₁, r₂), тогда как исходные символы данных (s₃, s₄), переданные через передающие антенны А3 и А4, могут быть оценены должным образом при помощи группирования принятых сигналов (r₃, r₄) (этап S20).

После ввода принятых сигналов (с r₁ по r₄), блок 40 умножения весов на ПВРП принимающей стороне соответственно умножает весовые значения (w₁, w₂) на принятые сигналы, классифицированные в две группы, используя два умножителя 40-1 и 40-2 весов, тем самым генерируя сигнал (z₁, z₂) и сигнал (z₃, z₄) (этап S21). Сигналы (z₁, z₂) и сигналы (z₃, z₄) далее называются "промежуточные сигналы" исключительно для удобства.

На принимающей стороне, в отличие от ПВРП декодирования известного уровня техники, где каналы (например, h₁-h₄) умножают на принятые сигналы (r₁-r₄), в настоящем изобретении на принятые сигналы (r₁-r₄) умножают весовые значения (w₁, w₂).

Другими словами, группы сигналов генерируют, используя те же весовые значения (w₁, w₂), что используют на ПВРП передающей стороне, и передаваемые символы, в конечном счете, оценивают из соответствующих групп сигналов. Указанное выполняют таким образом, поскольку авторы настоящего изобретения экспериментально установили, что оценка (вывод) передаваемых символов после умножения на весовые значения (w₁, w₂) может дать лучшую производительность при детектировании.

Промежуточные сигналы (z₁, z₂), выдаваемые из умножителя 40-1 весов блока 40 умножения весов, могут быть описаны уравнениями (15):

(15)

Выполняя замену (a|w₁|²+b^*|w₂|²)=X, (a^*-b)w₁ ^*w₂=Y, (w₁ ^*n₁+w₂n₂ ^*)=M₁ и (w₁ ^*n₂-w₂n₁ ^*)=M₂, получаем следующие уравнения (16).

(16)

Таким образом, модифицированные ПВРП декодеры 41-1 и 41-2 устройства 41 оценки передаваемых символов выполняют ПВРП декодирование промежуточных сигналов (z₁, z₂) и (z₃, z₄), выдаваемых из умножителя 40-1 весов, и генерируют символы () и (), оцененные на ПВРП передающей стороне (этап S21). Таким образом, модифицированный ПВРП декодер 31-1 применяет уравнения (17) к промежуточным сигналам (z₁, z₂), выдаваемых из умножителя 30-1 весов, для получения оценок символов ():

(17)

В приведенном выше описании упоминаются только промежуточные сигналы (z₁, z₂), выдаваемые из умножителя 40-1 весов, но такие же процедуры, что и описанные выше, также применимы к промежуточным сигналам (z₃, z₄), выдаваемым из умножителя 40-2 весов.

А именно, другую группу (r₃, r₄) принятых сигналов обрабатывают, используя умножитель 40-2 весов и модифицированный ПВРП декодер 41-2, для получения оценок символов () для вывода исходных символов данных, переданных с ПВРП передающей стороны.

Одновременно вычислитель 42 весов получает принятые сигналы (r₁-r₄), принятые приемной антенной Rx, выбирает собственный вектор, соответствующий максимальному собственному значению матрицы канала, и вычисляет весовые значения (w₁, w₂) как показано уравнениями (18):

(18)

Где Н=(α,β)^Т обозначает ковариационную матрицу вектора канала, классифицированного в две группы, и, таким образом, 'R' обозначает автокорреляционную матрицу, 'λ' является максимальным собственным значением автокорреляционной матрицы, и 'W' обозначает собственный вектор, соответствующий максимальному собственному значению.

Таким образом, вычислитель 42 весов, оценивает вектор () канала, сгруппированный в два набора, и выполняет разложение по собственным значениям оцененной ковариационной матрицы канала вектора () канала, тем самым получая максимальное собственное значение (λ) и собственный вектор (W), соответствующий максимальному собственному значению (этап S22).

Соответственно, вычислитель 42 весов выбирает весовые значения (w1, w2) в виде собственного вектора (W), соответствующего максимальному собственному значению (λ) вектора канала, и направляет их по обратной связи ПВРП передающей стороне (этап S23).

Относительно приведенного выше следует отметить, что система и способ ПВРП с замкнутым контуром и четырьмя антеннами подробно описаны только в иллюстративных целях. Необходимо понять, что настоящее изобретение применимо к любому ПВРП с замкнутым контуром, использующему четное количество передающих антенн. Это имеет место, так как одна из двух антенн в группе передает такой же сигнал, но с отличной фазой. Следовательно, для двух групп сигналов необходимо рассматривать только два весовых значения.

Как показано, способы передачи и приема сигнала настоящего изобретения имеют множество преимуществ.

Во-первых, за счет расширения возможностей системы ПВРП с открытым контуром известного уровня техники так, что она может применяться в системе ПВРП с замкнутым контуром и четырьмя антеннами, можно получить усиление системы с замкнутым контуром, а также и усиление ПВРП, и тем самым может быть улучшено качество радио (или беспроводной) связи.

Во-вторых, без изменения структуры ПВРП передающей и принимающей стороны, система ПВРП с замкнутым контуром известного уровня техники, использующая две антенны, может быть реализована в системе ПВРП с замкнутым контуром, использующей четыре антенны.

В третьих, выполняя разложение по собственным значениям вектора канала, оцененного на ПВРП принимающей стороне, в качестве весового значения выбирают собственный вектор, соответствующий максимальному собственному значению ковариационной матрицы канала вектора канала, и отправляют по обратной связи ПВРП передающей стороне. Тем самым может быть максимизирована мощность передачи оцененного символа на принимающей стороне.

Приведенные выше варианты осуществления и преимущества являются исключительно иллюстративными и их не следует рассматривать как ограничивающие настоящее изобретение. Описанные принципы могут быть легко применимы к другим типам устройств. Описание настоящего изобретения следует рассматривать как иллюстративное, а не в качестве ограничивающего объем формулы изобретения. Для специалистов в данной области техники будут очевидны многочисленные альтернативы, модификации и изменения. В формуле изобретения любые выражения средство-плюс-функция предназначены для охвата структуры, описанной в них, как выполняющей указанную функцию и не только структурные эквиваленты, но и эквивалентные структуры.

Изобретение относится к системам мобильной связи. Достигаемым техническим результатом является улучшение качества связи. Для этого раскрыта система ПВРП с замкнутым контуром, расширяющая систему ПВРП с открытым контуром и выполненная с возможностью использования технологии разнесения при передаче с четырьмя антеннами, и способ передачи сигнала в указанной системе. Способ передачи сигнала в системе пространственно-временного разнесения при передаче (ПВРП) с замкнутым контуром, имеющей множество передающих антенн, включает в себя: пространственно-временное кодирование символов, предназначенных для передачи; классификацию кодированных символов в соответствующие группы; и умножение на разные весовые значения каждой группы передаваемых символов и их передачу. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Способ передачи и приема сигнала в системе пространственно-временного разнесения при передаче (ПВРП) с замкнутым контуром, имеющей множество передающих антенн, содержащий

кодирование символов, предназначенных для передачи для классификации их в соответствующие группы;

умножение первого весового значения на каждую группу классифицированных символов и передачу каждой группы символов;

умножение второго весового значения на принятый сигнал и

декодирование умноженного сигнала для оценки передаваемого символа.

разложение по собственным значениям ковариационной матрицы канала вектора канала, оцененного из принятого сигнала, для вычисления максимального собственного значения и собственного вектора;

выбор вычисленного собственного вектора в качестве весового значения и

отправку по обратной связи передающей стороне выбранного весового значения.

пространственно-временное кодирование символов, предназначенных для передачи;

классификацию кодированных символов в соответствующие группы и

умножение на разные весовые значения каждой группы передаваемых символов и передачу каждой группы символов.

классификацию принятых сигналов в соответствующие группы сигналов;

умножение на различные весовые значения каждой группы сигналов;

пространственно-временное декодирование умноженных сигналов для оценки переданных символов.

разложение по собственным значениям ковариационной матрицы канала вектора канала, оцененного из принятого сигнала, и вычисление максимального собственного значения и собственного вектора;

выбор полученного собственного вектора в качестве весового вектора;

отправку по обратной связи выбранного весового значения передающей стороне.

кодер пространственно-временного разнесения при передаче (ПВРП) для кодирования символов данных и генерации первых кодированных символов и вторых кодированных символов из кодированных символов данных;

первый блок умножения для умножения первого весового значения на первые кодированные символы из ПВРП кодера для генерации первых взвешенных символов, причем первое весовое значение посылают по обратной связи от принимающей стороны;

второй блок умножения для умножения второго весового значения на вторые кодированные символы из ПВРП кодера для генерации вторых взвешенных символов, причем второе весовое значение посылают по обратной связи от принимающей стороны;

первый антенный блок, имеющий по меньшей мере две передающие антенны, для передачи первых взвешенных символов, полученных от первого блока умножения; и

второй антенный блок, имеющий по меньшей мере две передающие антенны, для передачи вторых взвешенных символов, полученных от второго блока умножения.

приемную антенну для приема символов данных, переданных передающей стороной;

вычислитель весов для генерации весовых значений для принятых символов данных и отправки весовых значений по обратной связи передающей стороне;

блок умножения весов, применяющий весовые значения к каждой группе символов данных для генерации промежуточных значений, и

декодер пространственно-временного разнесения при передаче (ПВРП) для декодирования промежуточных значений и оценки символов данных с использованием промежуточных значений.