СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАНАЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ Российский патент 2008 года по МПК H04Q7/20 H04J11/00 H04B7/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем случае относится к системам связи и, в частности, касается способа и устройства для обеспечения канальной информацией к передатчику в системе передачи со многими входами и многими выходами (MIMO).

Уровень техники

Система со многими входами и многими выходами (MIMO) представляет собой способ передачи, включающий множество передающих антенн и множество приемных антенн, которые в перспективе сулят существенное увеличение пропускной способности линий связи в системах беспроводной связи. Различные стратегии передачи требуют, чтобы передающая антенная решетка имела некоторый объем сведений, касающихся характеристики канала между каждым элементом передающей антенны и каждым элементом приемной антенны, причем реализацию такого рода стратегий часто называют замкнутой системой MIMO. Получение полных сведений о широкополосном канале на стороне передатчика возможно путем использования таких технологий, как зондирование восходящей линии связи при дуплексной передаче с временным разделением (TDD), если в передатчике выполняется калибровка антенной решетки. Однако способ зондирования восходящей линии связи в системах дуплексной передачи с частотным разделением (FDD) не работает, когда в системе TDD используют ретранслятор или когда калибровка антенной решетки в передатчике не выполняется. Таким образом, существует потребность в способе эффективного обеспечения полных сведений о каналах в передатчике, когда зондирование восходящей лини связи для этой цели является неэффективным.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - временная диаграмма для обратной связи в системе TDD;

фиг.2 - временная диаграмма для обратной связи в системе FDD;

фиг.3 - один вариант эффективной передачи канальных сведений по обратной связи;

фиг.4 - второй вариант эффективной передачи канальных сведений по обратной связи;

фиг.5 - пример использования фазового сдвига для эффективного кодирования канальной информации;

фиг.6 - пример ортогонально-частотного кодирования канальной информации в частотной области;

фиг.7 - пример ортогонально-частотного кодирования канальной информации во временной области;

фиг.8 - устройство для передачи канальных сведений;

фиг.9 - блок-схема, показывающая функционирование устройства по фиг.8;

фиг.10 - устройство для восстановления канальных оценок;

фиг.11 - блок-схема, показывающая функционирование устройства по фиг.10.

Подробное описание чертежей

Для простоты изобретение представлено с точки зрения обеспечения базовой станции (BS) канальной информацией при выполнении замкнутой передачи на абонентскую станцию (SS). Должно быть ясно, что данное изобретение также применимо к сценариям, где роли станций BS и SS изменены на противоположные по отношению к здесь описанным. Например, изобретение можно применить к сценарию, где станция SS должна быть обеспечена канальной информацией, чтобы иметь возможность осуществлять замкнутую передачу от станции SS на станцию BS. Следовательно, хотя данное описание фокусируется в основном на случае передачи от станции BS на станцию SS, термин "блок связи источника" относится к блоку связи (например, станции BS, станции SS или другому приемопередатчику), который может выполнять замкнутую передачу на "блок связи адресата".

В этом описании некоторые термины также используются как взаимозаменяемые. Такие термины, как "характеристика канала", "профиль частотно-избирательного канала", "пространственно-частотная характеристика канала", относятся к информации о характеристиках канала, которая необходима базовой станции для того, чтобы использовать технологии замкнутой передачи. Эту информацию о характеристиках канала также можно назвать канальными сведениями (знаниями о канале). Термины "форма сигнала" и "сигнал" также используются как взаимозаменяемые. Термин "абонентское устройство" или "абонентская станция" (SS) иногда относят к мобильной станции (MS) или просто к мобильному телефону, причем данное изобретение равным образом применимо к случаям, когда абонентское устройство является стационарным или мобильным (то есть нестационарным). Приемное устройство может представлять собой "базовую станцию (BS)", "абонентскую станцию (SS)" или любую их комбинацию. Передающее устройство также может быть станцией BS, станцией SS, станцией MS или любой их комбинацией. Вдобавок, если система имеет повторители, ретрансляторы или другие подобные устройства, то приемное устройство или передающее устройство может быть повторителем, ретранслятором или другим подобным устройством. Повторитель или ретранслятор можно считать эквивалентом станции SS, если станция BS выполняет передачу с обратной связью на повторитель/ретранслятор. Повторитель или ретранслятор можно считать эквивалентом станции BSBS, если ретранслятор выполняет передачу с обратной связью на станцию SS. Ретранслятор также может представлять собой однонаправленный ретранслятор, например, ретранслятор восходящей линии связи или ретранслятор нисходящей линии связи. Например, ретранслятор восходящей линии связи принимает сигнал восходящей линии связи от станции SS и ретранслирует сигнал или информацию, представленную этим сигналом, на станцию BS. Термин "быстрое преобразование Фурье (FFT)" и термин "обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT)" относятся к дискретному преобразованию Фурье (или аналогичному преобразованию) и обратному дискретному преобразованию Фурье (или аналогичному преобразованию) соответственно.

Получение канальных сведений в передатчике или блоке связи источника является весьма важным для получения преимуществ, которые обещают такие технологии использования передающих антенных решеток, как передача с максимальным отношением сигнал-шум, множественный доступ с пространственным разделением каналов (SDMA) и технология замкнутой передачи со многими входами и многими выходами (MIMO). Двумя способами получения канальных сведений являются обратная связь и зондирование канала. Зондирование канала подходит только для систем дуплексной передачи с временным разделением (TDD) и основано на использовании того обстоятельства, что радиочастотные (RF) каналы восходящей линии связи и нисходящей линии связи являются взаимно-обратными, так что станция BS может получать сведения о канале нисходящей линии связи на основе зондирования канала восходящей линии связи мобильной станцией. Известно, что для зондирования канала для последующей работы станция BS должна откалибровать свои антенные решетки восходящей линии связи и нисходящей линии связи. В отличие от зондирования канала канальная обратная связь подходит для работы с системами дуплексной передачи с частотным разделением (FDD) и системами TDD без калибровки антенных решеток.

В данном изобретении предлагается способ для эффективной передачи множества каналов по обратной связи (например, множество канальных оценок для множества поднесущих, например, для одной или нескольких антенн в системе OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов)) от мобильной станции (станций) на станцию BS (этот способ также подходит для случая, когда базовая и мобильная станции меняются ролями). Данный способ реализуется путем посылки станцией BS обучающей последовательности (например, пилот-символов) от каждой из ее передающих антенн, так чтобы мобильные станции могли измерить (или оценить) комплексную канальную характеристику для каждой из антенн BS (канальные оценки можно также получить другими способами, которые не требуют обучающих данных, например, канальная оценка с управлением по решению или оценка канал "вслепую"). Затем каждая мобильная станция, которая запланирована базовой станцией для такой оценки (или которая знает/желает выполнить оценку каким-то иным способом), кодирует канальные оценки для каждой антенны BS (формирует канальный сигнал), после чего множество указанных мобильных станций одновременно передают кодированные канальные оценки обратно на станцию BS, чтобы помочь станции BS в определении канальных оценок нисходящей линии связи.

Процесс канального кодирования согласно настоящему изобретению на конкретной мобильной станции не требует последующего квантования каналов, которое уже сделано в соответствии с собственной точностью приемника мобильной станции (например, стандартные передачи по обратной связи несут двоичную информацию на один символ с использованием стандартных комбинаций, таких как QPSK (фазовая манипуляция с четвертичными фазовыми сигналами), в то время как настоящее изобретение может давать по существу не квантованные канальные оценки (например, нет необходимости ограничиваться четырьмя значениями комбинации QPSK, а ограничивается лишь собственной точностью обработки при приеме и передаче на мобильной станции)); скорее этот процесс обеспечивает эффективное (с точки зрения использования полосы частот) объединение некоторого количества измеренных каналов (например, каналы от каждой антенны станции BS к одной или нескольким антеннам мобильной станции) в единый канальный сигнал, который можно также назвать кодированным канальным сигналом, для передачи на станцию BS. Множество мобильных станций могут передавать свои кодированные канальные сигналы, используя один и тот же временной/частотный ресурс в способе SDMA. Затем станция BS использует множество своих приемных антенн для выделения кодированных канальных сигналов от каждой мобильной станции, после чего определяет канальные оценки путем аннулирования кодирования. Заметим, что в системе MIMO для мобильных станций с множеством антенн каждая антенна на ней может передавать отличный от других кодированный канальный сигнал (например, сигнал как результат кодирования каналов от всех антенн BS на антенну мобильной станции, с которой передается кодированный канальный сигнал). Конечно, передача по типу MIMO кодированного канального сигнала от одной мобильной станции согласно способу SDMA может перекрываться передачей кодированного канального сигнала от другой мобильной станции. Путем эффективного кодирования канальных оценок и использования технологии SDMA и/или MIMO при передаче по восходящей линии связи можно обеспечить очень высокую эффективность использования полосы частот для канальной обратной связи. Данное изобретение обеспечивает эффективную обратную передачу широкополосных каналов в частотной области (например, на множестве поднесущих системы OFDM) или во временной области (например, путем замены символов данных временной области отсчетами канального сигнала) путем избирательной комбинации SDMA, MIMO, канальной оценки множества источников, скремблирования для исключения избыточных значений отношения пиковой мощности к средней мощности, а также подбора формы пилот-сигнала.

На фиг.1 показана примерная временная диаграмма для обратной связи в системе связи TDD (DL - нисходящая линия связи, UL - восходящая линия связи), где базовая станция запрашивает канальную информацию, чтобы выполнить замкнутую передачу (по замкнутой петле) некоторого типа с помощью передающей адаптивной антенной решетки (TxAA) согласно настоящему изобретению. Для восходящей линии связи могут быть использованы технологии приема SDMA, так что множество мобильных станций могут посылать свои данные обратной связи, используя одни и те же частотно-временные ресурсы.

Сначала станция BS посылает обучающие данные (например, пилот-символы) ближе к концу кадра нисходящей линии связи (в действительности обучающие данные могут находиться в любом месте кадра нисходящей линии связи, но задержка из-за обратной связи уменьшается, если обучающие данные посылаются в конце кадра нисходящей линии связи). В случае, когда станция BS имеет множество передающих антенн, она может выполнять множество передач, например, первую передачу с первой передающей антенны, вторую передачу со второй передающей антенны и так далее (множество передач), где это множество передач предпочтительно включает в себя пилот-символы, которые дают возможность станции SS оценить канал по множеству поднесущих для каждой из передающих антенн станции BS. Множество передач может выполняться одновременно, предпочтительно с ортогональными/различаемыми пилот-последовательностями между антеннами (например, с использованием разных наборов или множеств поднесущих с разными антеннами) или могут выполняться по отдельности, но предпочтительно, чтобы эти передачи были близки во времени. Затем каждая мобильная станция, запрошенная станцией BS для посылки канальной информации, оценивает каналы для каждой передающей антенны станции BS (например, путем определения множества канальных оценок для множества поднесущих), кодирует канальные оценки, создавая кодированный канальный сигнал (создает или формирует канальный сигнал), а затем сообщает канальные сведения путем посылки (передачи) кодированного канального сигнала на базовую станцию во время передачи по восходящей линии связи. В одном варианте канальные оценки кодируют для того, чтобы предоставить возможность посылки канальных оценок от множества антенн станции BS и/или множества приемных антенн станции SS на интервале времени одного символа. Заметим, что в одном варианте канальные оценки посылают вместе с пилот-символами, которые используют для оценки канала восходящей линии связи на станции BS (канальные оценки восходящей линии связи используются станцией BS, чтобы дать возможность ее приемной антенной решетке отделить канальную обратную связь восходящей линии связи для множества мобильных станций, а также определяет закодированные канальные оценки от каждой мобильной станции). Пилот-символы могут сформировать сигнал канального зондирования (например, пилот-символы на наборе поднесущих OFDM), чтобы дать возможность оценить каналы восходящей линии связи на станции BS. Станция BS использует сведения о каналах обратной связи для выполнения замкнутой передачи (например, передача TxAA) по нисходящей линии связи, после восходящей линии связи (замкнутую передачу (по замкнутому контуру) предпочтительно выполнять на очень близком интервале кадра нисходящей линии связи, с тем чтобы минимизировать изменение в канале между моментом измерения и использованием этого измерения, но изобретение также применимо к случаям, где задержка больше)). Поскольку сведения о канале обратной связи не обязательно квантовать с получением стандартной комбинации символов (например, QPSK), разрешение и динамический диапазон канальных сведений могут быть улучшены (например, по существу без квантования) по сравнению со стандартными схемами. Таким образом, в одном варианте канальные оценки, передаваемые по обратной связи, по существу не квантуются. В других вариантах канальная оценка может быть преобразована в одно из заранее определенного набора значений (например, ближайший заранее определенный набор комплексных значений), может быть ограничена или может быть установлена в нуль, если ее величина ниже конкретного значения и т.д.

На фиг.2 показана примерная временная диаграмма для обратной связи в системе связи FDD (DL - нисходящая линия связи, UL - восходящая линия связи), где станция BS опять же запрашивает канальную информацию, чтобы выполнить замкнутую передачу (например, TxAA). Для восходящей линии связи могут быть использованы технологии приема SDMA, так что множество мобильных станций могут посылать свои данные обратной связи, используя одни и те же частотно-временные ресурсы.

Функционирование в этом случае аналогично режиму TDD, но в режиме FDD задержка между измерением каналов и использованием станцией BS канальных оценок по нисходящей линии связи может быть значительно уменьшена по сравнению c режимом TDD благодаря одновременной передаче по нисходящей линии связи и восходящей линии связи. Для простоты предположим, что в механизме обратной связи нисходящая линия связи и восходящая линия связи системы FDD используется один и тот же способ модуляции (например, OFDM) с одной и той же шириной полосы частот. Однако предложенный механизм обратной связи легко расширить для случая, когда в восходящей линии связи и нисходящей линии связи используются разные способы модуляции и/или разные полосы частот. Вдобавок, изобретение предполагает использование множества режимов передачи по восходящей линии связи, например, IFDMA, CDMA, TDMA с одной несущей или их сочетания для регулярных передач данных по восходящей линии связи (любой из режимов, обеспечивающий низкое отношение пиковой мощности к средней), и OFDM/OFDMA для передач по обратной связи (обеспечивающих передачу по обратной связи комплексной канальной характеристики в частотной области). В этом случае передачи по обратной связи предпочтительно мультиплексировать во времени или по частоте вместе с регулярными передачами данных. Таким образом, настоящее изобретение может передавать канальный сигнал, используя другой метод модуляции, отличный от того, который используется для передач других данных из блока связи адресата.

Заметим, что участок обратной связи кадра восходящей линии связи, показанного на фиг.1 и на фиг.2, состоит из двух временных интервалов символа OFDM. Первый период передачи символов предназначен для посылки пилот-символов каждой мобильной станцией (например, сигнал канального зондирования), которые используют для оценки канала, а второй период передачи символов используют для посылки данных обратной связи, чтобы помочь блоку связи источника в определении канальных оценок для множества поднесущих.

Этот возможный вариант для обратной связи показан на фиг.3, на которой каждый прямоугольник соответствует одной поднесущей у одного символа OFDM. Другой вариант для обратной связи, как показано на фиг.4, на которой каждый прямоугольник соответствует одной поднесущей у одного символа OFDM, требует только одного символа OFDM путем смешения пилот-символов (например, сигнала канального зондирования) с данными обратной связи. Смешение, показанное на фиг.4, содержит частотное мультиплексирование, но можно также использовать смешение других типов. Очевидно, что возможна произвольная смесь пилот-сигналов и канального сигнала, например, рассредоточение пилот-символов и отсчетов канального сигнала по множеству символьных интервалов. Вдобавок, пилот-символы могут в явном виде не посылаться с канальным сигналом, например, когда блок связи источника использует канальные оценки из нормального трафика данных для обнаружения канального сигнала, переданного из блока связи адресата.

По сравнению со стратегией повторного использования (или обратимости) канала (то есть, в режиме TDD мобильная станция зондирует восходящую линию связи, а станция BS полагается на обратимость между каналами восходящей линии связи и нисходящей линии связи) и другими известными технологиями предложенный способ обратной связи имеет следующие преимущества:

1. Предложенный способ обратной связи можно использовать как в режиме TDD, так и в режиме FDD.

2. Предложенный способ реализуется в мобильном блоке значительно проще, чем способы на основе словарей кодов и векторного квантования.

3. Использование предложенного способа обратной связи в режиме TDD не потребует калибровки антенны на станции BS или мобильной станции.

4. Предложенный способ обратной связи обеспечивает механизм канальной обратной связи в системах TDD с ретрансляторами по восходящей линии связи (канальное зондирование восходящей линии связи оказывается невозможным, поскольку мобильная станция не ведет передачу непосредственно на станцию BS).

5. Предложенный способ обратной связи может оказаться очень полезным во время калибровки антенной решетки. Например, предложенный способ обратной связи можно использовать для посылки инверсии канала от станции SS на станцию BS.

6. Предложенный способ обратной связи будет работать даже в том случае, когда антенные решетки восходящей линии связи и нисходящей линии связи на станции BS отличаются друг от друга.

7. Мобильная станция может использовать пилот-сигналы вещания по нисходящей линии связи для определения составного канала (то есть, эффективного канала, воспринимаемого мобильной станцией, который является комбинацией весов передачи и действительного RF канала), если мобильная станция знает, каким образом станция BS вычисляет эти веса передачи. Причина этого заключается в том, что мобильная станция знает канал, который станция BS использует для вычисления весов передачи, причем этот канал не подходит для канального зондирования восходящей линии связи.

Ниже подробно описываются некоторые аспекты предложенного способа обратной связи. Пусть на станции BS имеется M_b антенн (как для нисходящей, так и для восходящей линий связи); и далее исследуются два случая для мобильных станций: 1) случай, когда мобильная станция u имеет только одну передающую антенну и M_m,u приемных антенн, и 2) случай, когда мобильная станция u имеет M_m,u передающих и приемных антенн. (Заметим, что способ обратной связи применим к любому количеству передающих антенн на мобильной станции. Также способ обратной связи легко расширить для случая, когда базовая станция имеет количество приемных антенн, отличное от количества передающих антенн). Если предположить, что нисходящая линия связи OFDM использует K поднесущих, то принятый сигнал для мобильной станции u на его приемной антенне m для поднесущей k (0kK-1) и момента времени b для символа задается в виде:

где H_u,m,l(k,b) - канал в частотной области от антенны l станции BS (например, блок связи источника) до m-й приемной антенны мобильной станции u (например, блок связи адресата) на поднесущей k в момент времени b символа; X_l(k,b) - обучающий символ, переданный от l-й антенны станции BS, а N_u,m(k,b) - аддитивный шум с мощностью . Заметим, что временной индекс b используется для указания символьного времени пилот-символов (может быть множество значений b, если в целях оценки канала необходимо более одного символа OFDM).

Мобильные станции могут запустить блок оценки канала от множества источников по принятому сигналу для определения канальных оценок в момент b, предпочтительно для двух или более значений k (определяя множество канальных оценок для множества поднесущих). Заметим, что канальные оценки обычно имеют комплексные значения (представляющие как амплитуду, так и фазу). Станция BS может передавать ортогональные пилот-сигналы от множества своих антенн, чтобы дать возможность выполнить простую канальную оценку для множества антенн на мобильной станции. Также можно использовать другие способы канальной оценки (например, с поддержкой принятия решений, итеративные и т.д.). Затем мобильные станции кодируют канальную информацию для создания канального сигнала на основе одного из следующих способов.

Способ 1: Разделяемая во времени обратная связь для каналов в частотной области

В этом способе обратной связи используют линейный фазовый сдвиг/с пилообразным изменением (известный также, как фазовый сдвиг Штейнера) для кодирования измеренных каналов (канальных оценок) от множества передающих антенн, так что каналы временной области являются ортогональными (то есть, канальные оценки являются разделяемыми во временной области). Пример результирующего представления во временной области кодирования с фазовым сдвигом каналов частотной области показан на фиг.5 для M_b передающих антенн на базовой станции для мобильной станции с одной антенной. Такое кодирование делает каналы для каждой передающей антенны ортогональными (различимыми) во временной области. Как можно видеть, соответствующий фазовый сдвиг приводит к тому, что каналы во временной области для каждой передающей антенны базовой станции занимают разные участки временной области. Согласно этому способу обратной связи мобильные станции кодируют канальные оценки от каждой антенны BS для их эффективной передачи путем создания последующего сигнала восходящей линии связи (то есть, кодированного канального сигнала или канального сигнала) для мобильной станции u с одной передающей антенной (заметим, что временной индекс d используется для указания положения во времени обратной связи восходящей линии связи, которое случается в некоторый момент после временного индекса b, где пилот-символы передаются от станции BS, чтобы иметь возможность оценивания канала на станции SS):

где S_u,m,l(k,d) - кодирующая последовательность для канальных оценок пользователя u, а β_u - масштабирование (масштабный коэффициент), необходимое для того, чтобы сделать среднюю мощность передачи (усредненную по всем частотам и, если это применяется, то по времени) Z_u(k,d) равной единице (или некоторому другому желаемому уровню мощности). Важно иметь единое масштабирование для всех канальных оценок для одной мобильной станции, так чтобы относительные уровни мощности между любыми канальными оценками сохранялись. Если в масштабировании нет необходимости, его можно исключить, установив β_u=1. Заметим, что, если M_b равно двум или более, то тогда станция BS имеет множество антенн, и определение множества канальных оценок для множества поднесущих может содержать определение множества канальных оценок для каждой из множества поднесущих на основе множества передач (например, каждой передачи от другой антенны), полученных от блока связи источника.

Одним примером кодирующей последовательности является нижеследующий сигнал, который имеет два аспекта. Первый аспект - это фазовый сдвиг Штейнера, который позволяет разделять каналы во временной области, а второй аспект - это скремблирующая последовательность:

где q_u(k,d) - любая известная/скремблирующая последовательность (например, случайная последовательность с постоянным модулем, такая как случайные символы BPSK), а α_u - коэффициент сдвига для пользователя u (например, α_u=M_m,uM_b). Заметим, что использование скремблирующей последовательности является важным аспектом изобретения, поскольку умножение канальных оценок на скремблирующую последовательность предотвращает появление чрезмерно больших отношений пиковой мощности к средней (PAPR) в переданном сигнале восходящей линии связи (то есть, преобразование IFFT для Z_u(k,d)), особенно для некоторых условий в канале (например, каналы с равномерным замиранием).

Когда мобильная станция u имеет множество передающих антенн, возможна передача данных обратной связи типа MIMO, и тогда кодированный канальный сигнал (для m-й передающей антенны на мобильной станции u) задается в виде:

где β_u - масштабирование, необходимое для того, чтобы сделать среднюю мощность передачи (усредненную по всем частотам, всем мобильным антеннам и, если это применяется, по времени) Z_u,m(k,d), равной единице (или некоторому другому произвольному уровню мощности). Кодирующая последовательность S_u,m,l(k,d) задается в виде:

где q_u,m(k,d) - любая известная/скремблирующая последовательность (например, случайная последовательность с постоянным модулем, такая как случайные символы BPSK), а α_u - коэффициент сдвига для пользователя u (например, α_u = M_b).

Заметим, что при использовании уравнения (2) или (4) канал частотной области на поднесущей k представляет собой обратную связь по поднесущей k. В системе TDD это означает, что если поднесущая k замирает, то тогда канал обратной связи будет посылаться на поднесущей с низкой амплитудой. Чтобы избежать этой проблемы, дополнительный аспект изобретения включает перемежение или изменение порядка Z_u(k,d) или Z_u,m(k,d) по частоте для эффективного скремблирования обратной связи по частоте. Заметим, что перемежение должно выполняться с кодированным канальным сигналом Z_u(k,d) или Z_u,m(k,d), а не с канальными оценками, причем до того, как применяется фазовый сдвиг. Если для посылки данных обратной связи по восходящей линии связи используют множество символов OFDM, то тогда может оказаться выгодным перемежение во времени вдобавок к перемежению по частоте особенно тогда, когда разные каналы имеют разные средние мощности (например, для двух канальных оценок, каждая из которых имеет K значений, подлежащих передаче обратно через два символа OFDM, в каждом символе OFDM должна передаваться половина каждой канальной оценки (K/2 значений из каждой оценки), так что общая мощность передачи будет одинаковой для каждого символа OFDM).

Также заметим, что уравнения (2) и (4) могут быть изменены для распространения на случай, когда пилот-сигналы смешивают с сигналом обратной связи, как показано на фиг.4. Эти уравнения также можно изменить для кодирования каналов, когда полоса частот и/или способ модуляции нисходящей линии связи (например, одна несущая) отличается от восходящей линии связи.

Способ 2: Ортогонально-частотная обратная связь для канала в частотной области.

В этом способе измеренные каналы нисходящей линии связи разделены в частотной области, так что они не создают взаимные помехи. Пример этого способа кодирования показан на фиг.6 для M_b передающих антенн на станции BS и одной приемной антенны на мобильной станции, где каждый прямоугольник на фигуре соответствует одной поднесущей у одного символа OFDM. Как можно видеть, каналы частотной области для каждой антенны переносятся по разным поднесущим (например, отображение или кодирование канальных оценок для конкретной антенны в заранее определенный набор поднесущих), и поэтому не вызывают взаимных помех. Для восстановления канальных оценок на всех поднесущих станции BS необходимо интерполировать канальные оценки. Фиг.6 можно модифицировать для распространения на случай, когда пилот-сигналы смешиваются с данными обратной связи (например, по аналогии с фиг.4). В форме уравнения кодированный канальный сигнал для такого вида кодирования каналов частотной области (когда мобильная станция u имеет только одну передающую антенну) задается в виде:

где (n)_N означает n по модулю N; δ(n) равно единице, если n равно нулю, и равно нулю в противном случае; q_u(k,d) - любая известная/скремблирующая последовательность (например, случайная последовательность с постоянным модулем, такая как случайные символы BPSK), а β_u - масштабирование, необходимое для того, чтобы сделать среднюю мощность передачи (усредненную по всем частотам и, если это применяется, по времени) Z_u(k,d), равной единице (или некоторому иному требуемому уровню мощности). Как и в случае с разделяемостью во времени, q_u(k,d) помогает избежать больших значений отношения пиковой мощности к средней в переданном сигнале восходящей линии связи. Также, как и в случае с разделяемостью во времени, для скремблирования кодированного сигнала по частоте перед передачей можно использовать перемежение Z_u(k,d). Когда мобильная станция u имеет M_m,u передающих антенн, кодированный канальный сигнал для передающей антенны m мобильной станции задается в виде:

где q_u,m(k,d) - любая известная/скремблирующая последовательность (например, случайная последовательность с постоянным модулем, такая как случайные символы BPSK), а β_u масштабирование, необходимое для того, чтобы сделать среднюю мощность передачи (усредненную по всем частотам, всем мобильным антеннам и, если это применяется, по времени) Z_u,m(k,d) равной единице (или некоторому произвольному уровню мощности.

Заметим, что уравнения (6) и (7) для простоты можно записать без временного индекса в явном виде, а именно

Заметим, что если M_b равно 2 или более, то определение множества канальных оценок для множества поднесущих может содержать определение канальных оценок для первого множества поднесущих, соответствующих первой передаче блока связи источника (например, от первой антенны), и определение канальных оценок для второго набора поднесущих, соответствующих второй передаче блока связи источника (например, от второй антенны).

Способ 2 также можно отнести к типу разделяемости, связанной с прореживанием поднесущих, поскольку результатом применения дельта-функции является помещение нулей в некоторые поднесущие, так что канальные оценки посылаются обратно для прореженного набора поднесущих. Другому набору канальных оценок (например, для другого значения l или для другой мобильной станции) могут быть присвоены поднесущие, установленные в нуль, как видно из фиг.6). Способ 1 также можно отнести к способу, где используется разделяемость, основанная на циклическом сдвиге, поскольку пилообразное изменение фазы в уравнении 5 на основе α_u вводит циклический сдвиг при представлении канала во временной области (как видно из фиг.5).

Из математических представлений способов 1 и 2 можно видеть, что оба этих способа создают канальный сигнал на основе множества канальных оценок. Поскольку по своей структуре канальные сигналы включают в себя множество канальных оценок, можно считать, что канальные сигналы содержат комбинацию из множества канальных оценок. Также q_u,m(k,d) и S_u,m,l(k,d) являются известными последовательностями, а канальные сигналы можно рассматривать как содержащие канальные оценки, модулированные известной последовательностью. Например, q_u,m(k,d) предпочтительно является двоичной последовательностью (например, BPSK), но может быть любой известной последовательностью.

После создания канального сигнала его можно передать, чтобы сообщить сведения о канале или помочь блоку связи источника в определении канальных оценок для множества поднесущих.

Способ 3: Ортогонально-частотная обратная связь для канала во временной области

Дополнительный способ для обратной связи предназначен для посылки оцененного канала временной области обратно в частотную область или во временной области. По существу этот способ аналогичен способу, изложенному в предыдущем разделе, для посылки прореженного в частотной области канала за исключением того, что канальные оценки в частотной области заменяются канальными оценками или характеристиками во временной области. Таким образом, фиг.6 остается действительной, но канал на этом чертеже теперь обозначает канал во временной области. Другой возможный вариант показан на фиг.7, где каждая канальная характеристика во временной области для одной передающей антенны и антенны мобильной станции посылается в непрерывном блоке поднесущих. Каждый прямоугольник на фигуре соответствует одной поднесущей у одного символа OFDM. В виде уравнения версия обратной связи как непрерывного блока (когда мобильная станция u имеет одну передающую антенну) выражается в виде:

для 0nL-1, 1lM_b, 1mM_m,u

где L - предполагаемая длина канала временной области, q_u(k,d) - любая последовательность (например, случайная последовательность с постоянным модулем, такая как случайные символы BPSK), а β_u - масштабирование, необходимое для того, чтобы сделать среднюю мощность передачи (усредненную по всем частотам и, если это применяется, по времени) Z_u (k,d), равной единице (или некоторому требуемому значению). Когда мобильная станция u имеет множество передающих антенн, кодированный сигнал для передающей антенны m мобильной станции задается в виде:

для 0nL-1 и 1lM_b

где q_u,m(k,d) - любая последовательность (например, случайная последовательность с постоянным модулем, такая как случайные символы BPSK), а β_u - масштабирование, необходимое для того, чтобы сделать среднюю мощность передачи (усредненную по всем частотам, всем мобильным антеннам и, если это применяется, по времени) Z_u,m(k,d) равной единице (или некоторому другому произвольному значению).

Заметим, что все описанные схемы кодирования не обязательно ограничивают динамический диапазон кодируемого канала. Ожидается, что каналы по своей природе имеют ограниченный динамический диапазон, но в некоторых реализациях мобильные станции нуждаются в том, чтобы кодированные каналы находились в более узком динамическом диапазоне, подходящем для схемы и реализации передатчика. Таким образом, кодированный канальный сигнал можно дополнительно обработать, так чтобы результирующий сигнал соответствовал требованиям передатчика мобильной станции к динамическому диапазону. Возможны различные технологии, обеспечивающие соответствие кодированного канального сигнала динамическому диапазону, такие как (но не только): ограничение кодированного канального сигнала, чтобы он не превышал некоторую величину или напряжение; отображение кодированного канального сигнала в некоторую комбинацию символов; и обнуление кодированного сигнала для отсчетов, у которых амплитуда ниже порогового значения. Также эти способы обработки можно применить непосредственно к канальным оценкам до создания составного (канального) сигнала обратной связи (например, если ниже порогового значения, то его можно обнулить, или, если его величина выше порогового значения, его можно ограничить, либо возможно понадобиться квантование его амплитуды и/или фазы). Другой способ, который можно использовать либо для управления динамическим диапазоном, либо для возможного улучшения характеристик в условиях шума, состоит в выполнении компандирования по значениям . Необязательно, на стороне приемника станции BS операция компандирования может быть обращена для восстановления некоторой части динамического диапазона.

Для простоты объяснения некоторые аспекты изобретения были описаны выше исходя из перспективы обеспечения сведениями о каналах для всех K поднесущих системы OFDM или для прореженного поднабора из K поднесущих системы OFDM. Эта ситуация может возникнуть потому, что пилот-символы от станции BS обычно позволяют оценить все поднесущие на станции MS. Но даже при этих условиях станция MS может быть запрошена для передачи по обратной связи сведений о каналах только для одного поднабора поднесущих (например, отобранных поднесущих или поднесущих, отобранных в конкретном диапазоне поднесущих). В этом случае не требуется, чтобы поднесущие, использованные станцией MS для зондирования канала восходящей линии связи и передачи кодированного канального сигнала, совпадали с поднесущими, канальные сведения о которых запрошены станцией BS, пока станции BS ясно, каким поднесущим соответствует обратная связь. В одном примере, когда по обратной связи передаются канальные сведения смежного блока поднесущих (то есть, субполоса), для создания кодированного канального сигнала можно применять все три вышеупомянутых способа. Но в этом примере третий способ (то есть, ортогонально-частотная обратная связь для канала во временной области) предпочтительно моделирует частотную характеристику субполосы с каналом во временной области, который имеет больший разнос каналов, чем в случае полной полосы частот. В другом примере, когда по обратной связи передаются канальные сведения для набора непересекающихся поднесущих, станция MS может, по одному за один раз, переслать обратно канал, соответствующий каждой антенне станции BS для каждой поднесущей, или делать это одновременно, как при передаче типа MIMO.

Также возможны некоторые среды, где кодированный канальный сигнал принимают в условиях низкого отношения SNR (отношение сигнал-шум) или C/I (отношение мощности несущей к уровню помехи). Для повышения качества обратной связи мобильная станция может выполнять повторную передачу кодированного канального сигнала (по времени и/или частоте). В альтернативном варианте, вместо повторения всего кодированного канального сигнала перед созданием кодированного канального сигнала могут быть повторены канальные оценки. Например, в ортогонально-частотном способе (фиг.6) на поднесущей, где предполагается обратная связь "канал для антенны 1 на поднесущей-M_b", может быть вновь послан "канал для антенны 1 на поднесущей-0". Компромиссом повышения качества на поднесущей-0 является увеличенный коэффициент прореживания в частотной области, поскольку канал на поднесущей-M_b передаваться не будет. Вдобавок к этим технологиям повышения качества обратной связи можно уменьшить воздействие шума на канал обратной связи, применив блок обратного компандирования (или расширитель) к значениям на станции SS (предпочтительно с ограничением по выходной величине) и обеспечив на базовой станции BS обратную операцию после приема данных по обратной связи. Можно рассчитать характеристику вход-выход расширителя таким образом, чтобы улучшить отношение SNR или другой показатель качества на выходе обратной операции на станции BS (например, SNR или MSE (среднеквадратическую ошибку), усредненный по частоте, коэффициент направленного действия при формировании пучка на основе обработанных данных обратной связи и т.д.).

Заметим, что в альтернативных вариантах изобретения вместо канальной оценки для любого из вышеописанных способов осуществления обратной связи могут посылаться другие сигналы. Заметим, что для способов 1 и 3 может потребоваться, чтобы сигнал, передаваемый по обратной связи в частотной области, имел эквивалентное представление во временной области с конечным временным диапазоном. Например, для облегчения реализации указанных технологий, таких как калибровка антенной решетки, можно посылать обратные аналоги (инверсии) каналов. Другим примером является передача частотно-избирательного уровня SNR на каждой поднесущей для его использования на станции BS согласно технологиям мощностной нагрузки.

Прием и декодирование данных обратной связи, когда все мобильные станции имеют одну передающую антенну

Станция BS принимает сигнал, содержащий канальный сигнал (Z), причем канальный сигнал имеет множество канальных оценок, как было описано выше, где множество канальных оценок содержит по меньшей мере одну канальную оценку для каждой из множества поднесущих. Заметим, что множество поднесущих не обязательно должно иметь каждую поднесущую в системе OFDM - оно может представлять собой поднабор поднесущих, например, набор соседних поднесущих или набор не соседних поднесущих (например, прореженные поднесущие), а набор поднесущих может покрывать любой участок канальной полосы частот. Станция BS оценивает приемный канал для принятого сигнала, предпочтительно на основе пилот-сигнала, который принимается вместе с канальным сигналом, и восстанавливает оценки для множества канальных оценок на основе принятого сигнала и оцененного приемного канала. Ниже следует подробное описание примера, раскрывающего некоторые аспекты вышеописанных операций для случая, когда станция BS принимает N_u канальных сигналов.

N_u мобильных станций передают свои кодированные последовательности в одно и то же время, а M_b×1 принятый сигнальный вектор, представляющий принятые на станции BS канальные сигналы, задается в виде:

где G_u(k,d) - M_b×1 (приемный) канальный вектор восходящей линии связи на поднесущей k в момент d для мобильной станции u, а N(k,d) - аддитивный гауссов шум с корреляционной матрицей, заданной как (I_n - матрица идентичности n×n).

Для восстановления оценок сигналов восходящей линии связи каждой мобильной станции станция BS может использовать следующий составной вес с учетом MMSE (минимальная среднеквадратическая ошибка) для мобильной станции u:

где - (приемная) канальная оценка восходящей линии связи, полученная в результате обработки пилот-символов, посланных от каждой мобильной станции (и принятых станцией BS), для оценки приемного канала. Заметим, что канальные оценки обычно являются комплексными и их можно назвать оцененными комплексными канальными коэффициентами усиления. Оценка сигнала восходящей линии связи для мобильной станции u задается в виде:

Используя эту оценку вместе со стратегией кодирования для мобильной станции u (то есть, посылаются ли канальные оценки в частотной области или во временной области и используется ли кодирование с разделением во времени или ортогонально-частотное кодирование, что будет известно станции BS, если станция BS указывает станции MS в сообщении о том, какой конкретный способ используется для обеспечения обратной связи), базовая станция может получить (восстановить) оценки каналов, которые были получены в результате измерений на каждой мобильной станции и использованы для создания канального сигнала, переданного мобильной станцией. Заметим, что на этом шаге, чтобы помочь получить усиление, дающее превышение шума плюс взаимных помех от кодирования каналов для множества антенн станции BS вместе, можно использовать стандартные процедуры канальной оценки. Теперь станция BS имеет канальные оценки нисходящей линии связи для использования их в операциях TxAA в момент t (для общей задержки обратной связи для t-b символов OFDM).

Пример приема и декодирования данных обратной связи, когда все мобильные станции имеют множество передающих антенн

N_u мобильных станций передают свои кодированные последовательности со всех своих передающих антенн в одно и то же время, а M_b×1 принятый сигнальный вектор на станции BS задается в виде:

где G_u,m(k,d) - M_b×1 канальный вектор восходящей линии связи на поднесущей k в момент d для m-й передающей антенны мобильной станции u, а N(k,d) - аддитивный гауссов шум с корреляционной матрицей, заданной как (I_n - матрица идентичности n×n).

Для восстановления оценок сигналов восходящей линии связи каждой мобильной станции станция BS использует следующий составной вес с учетом MMSE для передающей антенны m на мобильной станции u:

где - канальная оценка восходящей линии связи, полученная из пилот-символов, посланных от каждой мобильной станции.

Оценка сигнала восходящей линии связи m-й передающей антенны для мобильной станции u задается в виде:

Используя эту оценку вместе со стратегией кодирования для мобильной станции u (то есть, посылаются ли канальные оценки в частотной области или во временной области, и используется ли кодирование с разделением во времени или ортогонально-частотное кодирование) базовая станция BS может получить оценки каналов, которые были получены в результате измерений на каждой мобильной станции. Заметим, что на этом шаге, чтобы помочь получить усиление, дающее превышение шума плюс взаимных помех от кодирования каналов для множества антенн станции BS вместе, можно использовать стандартные процедуры канальной оценки. Теперь станция BS имеет канальные оценки нисходящей линии связи для использования их в операциях TxAA в момент t (для общей задержки обратной связи для t-b символов OFDM).

Прием и декодирование данных обратной связи в ретрансляторе

Как был описано ранее, блок, принимающий сигнал обратной связи, может представлять собой ретранслятор/повторитель. В этом случае функционирование/обработка принятого канального сигнала, выполняемая в ретрансляторе, в основном аналогична той, что имеет место на станции BS.

Другим аспектом настоящего изобретения является методология передачи сигналов, которая поддерживает методологию эффективной канальной обратной связи. Примерным вариантом является проект спецификации IEEE 802.16e/D5, где эта методология позволяет абонентским станциям (SS) передавать канальные зондирующие сигналы по восходящей линии связи, чтобы дать возможность базовой станции оценить канальную характеристику восходящей линии связи между каждой антенной SS и каждой антенной BS. Эта методология канального зондирования восходящей линии связи из раздела 8.4.6.2.7.1 проекта спецификации IEEE 802.16e/D5 может быть модифицирована для включения и поддержки методологии эффективной передачи сигналов обратной связи согласно настоящему изобретению. Данная идея заключается в использовании той же методологии канального зондирования восходящей линии связи из раздела 8.4.6.2.7.1 проекта спецификации IEEE 802.16e/D5, позволяющей станции BS оценивать канальную характеристику восходящей линии связи. Однако за каждым символом в зоне зондирования (участок кадра восходящей линии связи (UL), где станции SS передают зондирующие сигналы), и каждым символьным интервалом, в котором посылаются зондирующие сигналы линии UL, может следовать символьный интервал, в котором сигнал обратной связи (канальный сигнал) может посылаться станциями SS, которые передали зондирующие сигналы. Зондирующие сигналы для линии UL позволяют станции BS оценить канал UL, что используется затем для оценки переданных сигналов обратной связи (канальных сигналов), воплощающих методологию эффективной обратной связи согласно настоящему изобретению.

Ниже описан первый пример включения методологии эффективной обратной связи согласно настоящему изобретению в систему связи, определенную в проекте спецификации IEEE 802.16e/D5. Методология канального зондирования восходящей линии связи в разделе 8.4.6.2.7 спецификации IEEE 802.16e модифицирована путем включения в нее, вдобавок к зондирующему сигналу, команд, дающих возможность прямой передачи канальных коэффициентов DL (нисходящей линии связи) (канальных оценок) для множества поднесущих. Такая модификация расширяет возможности передачи канальных зондирующих сигналов для линии UL, позволяя реализовать передачу по замкнутому контуру в системах FDD и системах TDD, в которых не выполняется калибровка приемопередатчика антенной решетки станции BS. Указанная модификация состоит во введении дополнительного поля в сообщение UL_Sounding_Command_IE() (команда зондирования линии UL), которое может сконфигурировать станция BS и передать на станцию SS для указания или выдачи команды о том, должны ли вместе с зондирующим сигналом в зоне зондирования передаваться канальные коэффициенты. При использовании этих функциональных возможностей для прямой передачи канальных коэффициентов зондирующий сигнал, заданный командой зондирования, позволяет станции BS оценить канал UL, который станция BS использует затем для оценки канальных коэффициентов DL, посылаемых станцией SS на участке обратной связи зондирующего сигнала. Затем эти оцененные канальные коэффициенты DL могут быть использованы станцией BS для выполнения замкнутой (по замкнутому контуру) передачи. Один пример сообщения, которое может быть сконфигурировано и передано станцией BS для указания или подачи команды на станцию SS, чтобы та послала результативный сигнал обратной связи, выглядит следующим образом:

Таблица 1
UL_Sounding_Command_IE()СинтаксисРазмерПримечанияUL_Sounding_Command_IE(){  Расширенный UIUC4 бита0х09Длина4 битаПеременнаяSounding_Type
(тип зондирования)1 бит0=Тип А
1=Тип BПосылка флага сообщения о зондировании1 бит Если (Sounding_Type==0){  Включение символов обратной связи 0=Нет символов обратной связи
1=Включение символов обратной связи
(Смотри раздел 8.4.6.2.7.3)Num_Sounding_symbols3 битаОбщее количество символов зондирования, распределяемое в команде зондирования, от ("000") до 2³=8 ("111")Тип разделяемости1 бит0: занимает все поднесущие в выделенных полосах;
1: занимает прореженные поднесущиеЕсли (тип разделяемости==0){ (использование разде-ляемости на основе циклического сдвига)Индекс P максимального циклического сдвига 2 бита00:P=4;
01:Р=8;
10:Р=16;
11:Р=32} в противном случае { (использование разделя-емости на основе прореживания)Значение параметра D прореживания 3 битаЗондирование каждой D-й поднесущей в распреде-лении зондирования. Значение параметра D прореживания равно 2 в степени (2 плюс это значение), то есть, 4,8,... до максимума, равного 64.Рандомизация сдвига прореживания1 бит0=нет рандомизации сдвига прореживания
1=сдвиг прореживания, определенный псевдослучайным образом}  Для (i=0; i<Num_Sounding_symbols;i++){  Символьный индекс зондирования 3 битаСимвольный индекс в зоне зондирования, от 1 (биты "000") до 2³=8 (биты "111")Количество CID (идентифи-катор клиента)4 битаКоличество CID, совмест-но использующих это распределение зондированияДля (j=0; j<колич. CID;j++){  Укороченный базовый CID12 бит12 младших (LS) бит базового значения CID для MSS (мобильная SS) Начальная полоса частот7 битИз максимум 96 полос (в зависимости от размера FFT)Количество частотных полос7 битСмежные полосы, использованные для зондированияСпособ присваивания мощности2 бита0b00=равная мощность;
0b01=зарезервировано;
0b10=в зависимости от взаимных помех. Ограничение мощности для каждой поднесущей;
0b11=в зависимости от взаимных помех. Общее ограничение мощностиПовышение мощности1 бит0=нет повышения мощности
1=повышение мощности Флаг множественности антенн1 бит0=MSS зондирует только первую антенну
1=MSS зондирует все антенныЕсли (тип разделяемости==0){  Индекс m циклического сдвига во времени5 битЦиклически сдвигает символ во временной области на число (от 0 до Р-1), кратное N/P, где N=размер FFT, а Р=индекс максимального циклического сдвига} в противном случае {  Сдвиг d прореживания6 битОтносительная начальная позиция сдвига для первой поднесущей, занятой для зондиро-вания, в распределении зондирования}  Периодичность2 бита00=единичная команда, не периодическая, или за-вершение периодичности
01=повторение зондиро-вания один раз на кадр вплоть до завершения
10=повторение команд по одной на 2 кадра
11=повторение команд по одной на 4 кадра}  }  } в противном случае {  Перестановка2 бита0b00=перестановка PUSC
0b01=перестановка FUSC
0b10=опционная перестановка FUSC
0b11=перестановка соседних поднесущихIDcell6 бит Num_Sounding_Symbols3 бита для
(i=0; i< Num_Sounding_Symbols; i++){  Количество CID7 бит Для (j=0; j<колич. CID;j++){  Укороченный базовый CID12 бит12 младших бит базового значения CID для станции MSSСубканальный сдвиг7 битСубканал с минимальным индексом, используемый для переноса пакета, начиная с субканала 0Количество субканалов3 битаКоличество субканалов с последовательными индексами, используемых для переноса пакета. Периодичность2 бита00=единичная команда, не периодическая, или за-вершение периодичности
01=повторение зондирования один раз на кадр вплоть до завершения
10=повторение команд по одной на 2 кадра
11=повторение команд по одной на 4 кадраСпособ присваивания
мощности2 бита0b00=равная мощность;
0b01=зарезервировано;
0b10=в зависимости от взаимных помех. Ограни-чение мощности для каждой поднесущей;
0b11=в зависимости от взаимных помех. Общее ограничение мощностиПовышение мощности1 бит0=нет повышения мощности
1=повышение мощности }  }   }  Заполнение пере-меннаяЗаполнение нулями IE до границы октета. Биты должны быть установлены в 0}  

Заметим, что команды в IE могут задавать специальный символьный индекс и специальный тип или способ разделяемости из множества способов для построения канального сигнала. Если поле "Включение символов обратной связи" установить в 1, то тогда команда UL_Sounding_Command_IE() разрешает или заставляет станцию SS (MSS) выполнить прямую передачу канальных коэффициентов DL на станцию BS вместе с сигналом зондирования линии UL. Эта функциональная возможность обеспечивает базовую станцию информацией о состоянии каналов нисходящей линии связи как в системах FDD, так и в системах TDD, в которых не выполняется калибровка приемопередатчика антенной решетки станции BS. При наличии указанной функциональной возможности или разрешенной команды канальные коэффициенты DL кодируются, как описано ниже, и передаются в одном или нескольких символах обратной связи, которые непосредственно следуют после каждого символа, используемого для передачи зондирующих сигналов линии UL. В этом случае зондирующий сигнал линии UL используется станцией BS для оценки канала линии UL, так что символы обратной связи, переданные станциями SS, могут быть оценены станцией BS. Затем кодированные символы обратной связи можно использовать для инициирования замкнутой передачи по нисходящей линии связи.

В зависимости от значения поля/команды типа разделяемости различают два случая. В первом случае, если тип разделяемости - 0 (разделяемость с циклическим сдвигом в зондирующем сигнале), то тогда за каждым зондирующим символом, распределяемым с помощью команды UL_Sounding_Command_IE(), следует один символ обратной связи. В этом символе обратной связи антенна станции SS, которая передает зондирующий символ, передаст кодированный сигнал обратной связи, который занимает одинаковые полосы зондирования, выделенные для сигнала зондирования. Кодированный сигнал обратной связи для u-й станции SS (где u - индекс циклического сдвига в команде зондирования линии UL) определяют для двух случаев. Первый случай относится к ситуации, когда станция SS имеет одну передающую антенну, но множество приемных антенн, и ей сообщается команда IE зондирования для зондирования всех антенн (флаг множественности антенн установлен в 1). В этом случае одна передающая антенна передает зондирующий сигнал, подходящий для одной передающей антенны, в зондирующем символе и передает нижеследующий сигнал обратной связи в следующем символьном интервале:

где - оцененный канальный коэффициент (канальная оценка) линии DL между l-й передающей антенной станции BS и m-й приемной антенной u-й станции SS для поднесущей k; β_u - масштабирование, необходимое для того, чтобы сделать среднюю мощность передачи сигнала обратной связи (усредненную по всем частотам) Z_u(k), равной единице; s_u(k) - зондирующая последовательность (известная последовательность) из раздела 8.4.6.2.7.1; M_m,u - количество приемных антенн на u-й станции SS; α_u - M_m,uM_b, а M_b - количество передающих антенн станции BS.

Второй случай для разделяемости типа 0 относится к ситуации, когда станция SS имеет количество передающих антенн, равное количеству приемных антенн. В этом случае кодированный сигнал обратной связи, подлежащий передаче антенной станции SS, которой присвоен индекс u циклического сдвига в команде зондирования линии UL, представляют в виде:

где - оцененный канальный коэффициент линии DL между l-й передающей антенной станции BS и антенной станции SS, которой присвоен индекс u циклического сдвига в команде зондирования линии UL для поднесущей k; β_u - масштабирование, необходимое для того, чтобы сделать среднюю мощность передачи сигнала обратной связи (усредненную по всем частотам) Z_u(k), равной единице; s_u(k) - зондирующая последовательность (известная последовательность) из раздела 8.4.6.2.7.1; α_u - M_b и M_b - количество передающих антенн станции BS.

При использовании в команде зондирования линии UL разделяемости типа 1 (разделяемость с прореживанием в зондирующем сигнале) за каждым распределенным зондирующим символом следует несколько символов обратной связи, число которых равно количеству антенн станции BSBS. В этом случае антенна станции SS, которая ведет передачу на поднесущей k зондирующего сигнала, будет передавать канальный коэффициент линии DL для i-й антенны базовой станции на антенну станции SS для k-й поднесущей на поднесущей k i-го символа обратной связи, следующего после распределенного зондирующего символа. Согласно уравнению станция SS, которая передает зондирующий сигнал, на поднесущей k зондирующего символа будет передавать в l-м символе вслед за зондирующим символом, где - канальный коэффициент линии DL от l-й антенны станции BS до указанной антенны станции SS.

Заметим, что команда зондирования линии UL является сообщением, которое станция BS конфигурирует для блока связи адресата (SS), причем это сообщение среди прочего указывает конкретный способ, используемый для получения канальных оценок от блока связи адресата для множества поднесущих. Например, один конкретный способ состоит во введении символов обратной связи с разделяемостью типа прореживания. В качестве другого примера можно привести другой конкретный способ, состоящий в использовании зондирующего сигнала с разделяемостью типа прореживания. После того как станция BS передаст это сообщение в блок связи адресата, блок связи адресата принимает его, формирует канальный сигнал согласно конкретному способу и передает этот канальный сигнал на станцию BS, обеспечивая ее канальными сведениями для множества поднесущих. Станция BS принимает канальный сигнал от блока связи адресата, сформированный в соответствии с конкретным способом, и может затем определить канальные оценки для множества поднесущих на основе принятого канального сигнала, как было описано выше.

Также заметим, что сообщение с командой зондирования линии UL можно сконфигурировать для множества блоков связи адресатов, причем это сообщение дает команду каждому из множества блоков связи адресатов одновременно передавать канальный сигнал. Когда станция BS принимает множество канальных сигналов, она может затем определить канальные оценки для каждого из множества блоков связи адресатов, как было описано ранее.

Вышеописанный пример включения методологии эффективной обратной связи согласно настоящему изобретению в систему связи, определенную проектом спецификации IEEE 802.16e/D5, может быть модифицирован для следующих дополнительных возможностей или их комбинаций:

- В указанную таблицу можно добавить индикатор, определяющий, должны ли сигналы обратной связи, переданные множеством антенн станций SS, занимать один и тот же символьный интервал обратной связи (и различаться станцией BS с помощью общей символьной оценки/обработки приемником типа SDMA) или занимать разные символы обратной связи (где станция BS может декодировать их, не вызывая взаимных помех). Если сигналы обратной связи, переданные антеннами SS, должны занимать разные символы обратной связи, то тогда конкретный символ обратной связи, который займет антенна станции SS, будет определяться по значению индекса циклического временного сдвига для этой антенны станции SS в команде IE зондирования.

- В указанную таблицу можно добавить индикатор, определяющий, должны ли канальные коэффициенты передаваться в символе (символах) обратной связи с или без кодирования с фазовым сдвигом в предыдущих уравнениях. Если канальные коэффициенты должны передаваться в символе (символах) обратной связи без кодирования с фазовым сдвигом, то тогда канальные коэффициенты обратной связи для каждой станции BS, каждой антенны станции SS и заданной поднесущей передаются по отдельности на комбинации поднесущих и символьных интервалов обратной связи. В указанную таблицу может быть добавлен еще один индикатор, указывающий, что Mb канальных коэффициентов для данной антенны станции SS передаются на конкретном символьном интервале обратной связи с Mb коэффициентами для каждой из Mb антенн станции BS для указанной антенны станции SS по Mb последовательным поднесущим в данном символьном интервале обратной связи. В этом случае индикатор из предыдущего пункта может указывать, занимают ли символы обратной связи для разных станций SS одни и те же (с использованием на станции BS обработки, связанной с приемом типа SDMA) или разные символьные интервалы обратной связи.

- Важно заметить, что тип разделяемости (циклический или путем прореживания), используемый в зондирующем символе, не должен использоваться в одном или нескольких последующих символах обратной связи. Для реализации стратегии эффективной обратной связи согласно настоящему изобретению зондирующий символ используют просто для того, чтобы разрешить станции BS оценить канальную характеристику линии UL, так чтобы можно было декодировать сигналы обратной связи, передаваемые на следующих друг за другом символьных интервалах обратной связи. Можно использовать любую комбинацию методологии кодирования для зондирующих сигналов с методологией кодирования для сигналов обратной связи.

На фиг.8 показано устройство 800 для передачи канальных сведений. Как показано, устройство 800 содержит приемник 801, схемы 803 канальной оценки, схемы 805 канального сигнала и передатчик 807. Схемы 801 приемника предусмотрены для приема сигнала от блока связи источника, содержащего множество поднесущих. Схемы канальной оценки определяют множество канальных оценок для множества поднесущих, принятых от блока связи источника, а схемы 805 канального сигнала создают канальный сигнал на основе множества канальных оценок. Затем канальный сигнал передается в блок связи источника, чтобы предоставить блоку связи источника канальные сведения.

На фиг.9 представлена блок-схема, иллюстрирующая функционирование устройства 800. В частности, на фиг.9 показаны этапы, необходимые блоку связи адресата для передачи в блок связи источника сведений о канале (например, о канале нисходящей линии связи). Как было описано выше, канал содержит множество поднесущих. Логическая блок-схема начинается с шага 901, на котором осуществляется прием сигнала (например, сигнала нисходящей линии связи). На шаге 903 определяется множество канальных оценок для этого сигнала. В частности, для каждой поднесущей принятого сигнала определяют по меньшей мере одну канальную оценку. На шаге 905 создают канальный сигнал. Как было описано выше, канальный сигнал основан на множестве канальных оценок. Наконец, на шаге 907 канальный сигнал передается в блок связи источника для пересылки сведений о канале нисходящей линии связи.

На фиг.10 показано устройство 1000 для приема канальных оценок (например, канальных оценок нисходящей линии связи). Как показано, устройство 1000 содержит передатчик/приемник 1001, схемы 1003 оценки каналов и схемы 1005 восстановления канального сигнала. Схемы 1001 передатчика/приемника используют для приема сигнала, содержащего канальный сигнал, и дополнительно используют для передачи сообщения, задающего один из множества возможных способов, который необходимо будет использовать для формирования канального сигнала.

Как описано выше, канальный сигнал содержит множество канальных оценок, причем множество канальных оценок включает в себя по меньшей мере одну канальную оценку для каждой из множества поднесущих. Схемы 1003 оценки предусмотрены для оценивания приемного канала (например, канала восходящей линии связи) для принятого сигнала. Наконец, схемы 1005 восстановления канального сигнала предусмотрены для восстановления оценок из множества канальных оценок исходя из сигнала восходящей линии связи на основе принятого сигнала и оцененного приемного канала.

На фиг.11 представлена блок-схема, иллюстрирующая функционирование устройства 1000. Логическая последовательность операций начинается с шага 1101, на котором принимается сигнал восходящей линии связи (например, сигнал восходящей линии связи). Как было описано выше, сигнал восходящей линии связи содержит канальный сигнал, а канальный сигнал имеет множество канальных оценок (например, канальные оценки нисходящей линии связи), причем множество канальных оценок содержит по меньшей мере одну канальную оценку для каждой из множества поднесущих. На шаге 1103 схемами 1003 оценки создается канальная оценка для канала восходящей линии связи. В частности, для восстановления информации из сигнала восходящей линии связи канал необходимо соответствующим образом оценить. Как только канал соответствующим образом оценен, из сигнала восходящей линии связи можно восстановить информацию. Таким образом, на шаге 1105 схемы 1005 восстанавливают канальные оценки нисходящей линии связи в сигнале восходящей линии связи путем восстановления канального сигнала, встроенного в сигнал восходящей линии связи и оценивают (например, выполняют процесс, обратный процессу кодирования канального сигнала, если это необходимо) канальные оценки из канального сигнала. Как очевидно специалистам в данной области техники, канальные оценки можно использовать для того, чтобы помочь блоку связи источника адаптировать характеристики последующей передачи к блоку связи адресата. Соответствующие примеры включают в себя, но не только, определение и применение весов передачи для формирования луча передачи или передачи с множеством входов и множеством выходов (MIMO), выполнение планирования с частотной избирательностью, выбор полос, выбор способа модуляции и скорости кодирования и т.д.

Следует заметить, что приведенное выше обсуждение обеспечивает способ для эффективного предоставления канальных сведений передатчику с целью их использования в замкнутой передаче. Мобильная станция кодирует множество широкополосных каналов для передачи в одном или нескольких символах OFDM. Множество мобильных станций передают свои данные обратной связи одновременно, а базовая станция использует свою антенную решетку для разделения данных обратной связи от множества пользователей. Следует заметить, что использованные выше уравнения приведены в качестве примеров различных вариантов осуществления изобретения. Специалистам в данной области техники очевидно, что они могут быть заменены другими уравнениями, если они не выходят за рамки существа и объема изобретения. Вдобавок, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что можно выполнить множество различных модификаций, изменений и предложить множество комбинаций применительно к вышеописанным вариантам, не выходя за рамки существа и объема изобретения, и что указанные модификации, изменения и комбинации должны рассматриваться в границах концепции изобретения. Предполагается, что указанные модификации, изменения и комбинации входят в объем нижеследующей формулы изобретения.

Изобретение относится к системам связи. Техническим результатом является эффективное предоставление канальных сведений передатчику с целью их использования в замкнутой передаче. Способ передачи канальных оценок на множестве поднесущих между передающим устройством и приемным устройством основан на том, что передающее устройство определяет канальные оценки на множестве поднесущих, а затем кодирует эти канальные оценки по меньшей мере в один кодированный канальный сигнал, затем передающее устройство передает по меньшей мере один кодированный канальный сигнал на приемное устройство. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

1. Способ передачи блоком связи адресата блоку связи источника сведений о канале, содержащем множество поднесущих, причем способ содержит:

определение множества канальных оценок для множества поднесущих, принятых от блока связи источника;

создание канального сигнала на основе множества канальных оценок; и

передача сведений о канале путем передачи канального сигнала в блок связи источника,

причем канальный сигнал основан по меньшей мере на одном из:

;

;

; и

;

где H_u,m,l(k) - канальная оценка между передающей антенной с индексом 1 блока связи источника и приемной антенной с индексом m в блоке связи адресата для поднесущей с индексом k; H_u,l(k) - канальная оценка между передающей антенной с индексом 1 блока связи источника и приемной антенной в блоке связи адресата для поднесущей с индексом k; δ(n) равно единице, если n равно нулю, и равно нулю в противном случае; β_u - масштабный коэффициент; q_u(k), q_u,m(k,) и s_u(k) - известные последовательности; M_m,u - количество приемных антенн в блоке связи адресата; α_u - коэффициент сдвига; и М_b - количество передающих антенн в блоке связи источника.

прием сигнала, содержащего канальный сигнал, имеющий множество канальных оценок, причем множество канальных оценок содержит по меньшей мере одну канальную оценку для каждой из множества поднесущих;

оценивание канала приема для принятого сигнала; и

восстановление оценок из множества канальных оценок на основе принятого сигнала и оцененного приемного канала.

прием пилот-сигнала; и

при этом оценивание канала приема содержит оценивание канала приема на основе принятого пилот-сигнала.

прием сообщения, причем сообщение указывает по меньшей мере конкретный способ, подлежащий использованию для обеспечения канальных оценок от блока связи адресата для множества поднесущих;

формирование канального сигнала в соответствии с конкретным способом для обеспечения канальных оценок для множества поднесущих; и

передачу канального сигнала, чтобы помочь блоку связи источника в определении канальных оценок для множества поднесущих.

зондирующий сигнал; и

множество канальных оценок для множества поднесущих.

конфигурирование сообщения для блока связи адресата, причем сообщение указывает по меньшей мере конкретный способ, подлежащий использованию для получения канальных оценок от блока связи адресата для множества поднесущих;

передачу сообщения в блок связи адресата;

прием канального сигнала от блока связи адресата, где канальный сигнал сформирован в соответствии с конкретным способом; и

определение канальных оценок для множества поднесущих на основе принятого канального сигнала.

зондирующий сигнал; и

множество канальных оценок для множества поднесущих.

схемы приемника для приема сигнала от блока связи источника, содержащего множество поднесущих;

схемы канальной оценки для определения множества канальных оценок для множества поднесущих, принятых от блока связи источника;

схемы канального сигнала для создания канального сигнала на основе множества канальных оценок; и

схемы передачи для передачи канального сигнала в блок связи источника, чтобы обеспечить блок связи источника канальными сведениями,

при этом канальный сигнал основан по меньшей мере на одном из:

;

;

; и

;

где H_u,m,l - канальная оценка между передающей антенной с индексом 1 блока связи источника и приемной антенной с индексом m в блоке связи адресата для поднесущей с индексом k; H_u,l(k) - канальная оценка между передающей антенной с индексом 1 блока связи источника и приемной антенной в блоке связи адресата для поднесущей с индексом k; δ(n) равно единице, если n равно нулю, и равно нулю в противном случае; β_u - масштабный коэффициент; q_u(k), q_u,m(k,) и s_u(k) - известные последовательности; М_m,u - количество приемных антенн в блоке связи адресата; α_u - коэффициент сдвига; и М_b - количество передающих антенн в блоке связи источника.