МНОГОАНТЕННАЯ ПЕРЕДАЧА ДЛЯ МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ Российский патент 2009 года по МПК H04B7/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к обмену данными и, более конкретно, к многоантенной передаче для множественного доступа с пространственным разделением каналов (SDMA) в системе связи с многоканальным входом и многоканальным выходом (MIMO).

Уровень техники

MIMO-система использует несколько (N_T) передающих антенн и несколько (N_R) приемных антенн для передачи данных. MIMO-канал, сформированный передающими N_T и приемными N_R антеннами, может быть разложен на N_S пространственных каналов, где N_S =min {N_T, N_R}. N_S пространственных каналов могут быть использованы для того, чтобы передавать независимые потоки данных N_S для того, чтобы добиться более высокой общей пропускной способности.

В MIMO-системе с множественным доступом точка доступа может обмениваться данными с одним или более абонентскими терминалами в любой данный момент. Если точка доступа обменивается данными с одним абонентским терминалом, то N_T передающих антенн ассоциативно связаны с одной передающей объектной сущностью (точкой доступа либо абонентским терминалом), а N_R приемных антенн ассоциативно связаны с одной приемной объектной сущностью (абонентским терминалом или точкой доступа). Точка доступа также может обмениваться данными с несколькими абонентскими терминалами одновременно посредством SDMA. Для SDMA точка доступа использует несколько антенн для передачи и приема данных, а каждый абонентский терминал типично использует одну антенну для передачи данных и несколько антенн для приема данных.

Некоторые ключевые сложности для SDMA в MIMO-системе с множественным доступом - это (1) выбор надлежащего набора абонентских терминалов для одновременной передачи и (2) передача данных в/или из каждого выбранного абонентского терминала таким образом, чтобы добиться оптимальной производительности системы. Поэтому в данной области техники существует потребность в методиках, чтобы эффективно поддерживать SDMA для MIMO-системы с множественным доступом.

Сущность изобретения

Методики выполнения многоантенной передачи для SDMA в MIMO-системе описываются в данном документе. Эти методики могут быть использованы в сочетании с различными беспроводными технологиями, такими как множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) и т.д. Для передачи по восходящей линии связи несколькими абонентскими терминалами в одну точку доступа получается матрица характеристик канала восходящей линии связи для каждого активного абонентского терминала (к примеру, терминала, которому требуется передавать по восходящей линии связи) и разлагается для того, чтобы получить вектор управления для абонентского терминала. Каждый абонентский терминал использует свой вектор управления для пространственной обработки для того, чтобы передавать по восходящей линии связи, если выбран для передачи по восходящей линии связи. "Эффективный" вектор характеристик канала восходящей линии связи формируется для каждого абонентского терминала на основе вектора управления и матрицы характеристик канала восходящей линии связи для абонентского терминала.

Для каждого интервала диспетчеризации (к примеру, каждого временного интервала) несколько наборов активных абонентских терминалов формируются и оцениваются на основе их эффективных векторов характеристик канала (или их матриц характеристик канала) для того, чтобы определить оптимальный набор N_up абонентских терминалов для передачи по восходящей линии связи в этом интервале диспетчеризации. Например, может быть выбран абонентский набор с наиболее высокой общей пропускной способностью. В сущности, пространственные подписи абонентских терминалов, а также многопользовательское разнесение используются для того, чтобы выбирать набор "пространственно совместимых" абонентских терминалов для одновременной передачи по восходящей линии связи, как описано ниже. То же или другое число абонентских терминалов может быть выбрано для передачи по восходящей линии связи в других интервалах диспетчеризации.

Каждый абонентский терминал, выбранный для передачи по восходящей линии связи, обрабатывает свой поток данных в соответствии с базовой беспроводной технологией (к примеру, CDMA, OFDM или TDMA) для того, чтобы получить поток символов данных. Каждый абонентский терминал дополнительно выполняет пространственную обработку своего потока символов данных с помощью вектора управления для того, чтобы получить набор потоков символов передачи, по одному потоку символов передачи на каждую антенну в абонентском терминале. Каждый абонентский терминал затем передает свои потоки символов из нескольких антенн и посредством своего MIMO-канала в точку доступа. N_up выбранных абонентских терминалов одновременно передают свои потоки символов данных N_up (к примеру, один поток символов данных для каждого терминала) посредством своих соответствующих MIMO-каналов в точку доступа. Точка доступа получает несколько принятых потоков символов из своих приемных антенн. Точка доступа после этого выполняет пространственную обработку в приемном устройстве с принятыми потоками символов в соответствии с методикой линейной или нелинейной пространственной обработки в приемном устройстве для того, чтобы восстановить N_up потоков символов данных, переданных N_up выбранными абонентскими терминалами, как описано ниже.

Методики, чтобы поддерживать передачу SDMA по нисходящей линии связи, также описываются в данном документе. Далее подробно описаны различные аспекты и варианты осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает MIMO-систему с множественным доступом;

Фиг.2 показывает процесс выполнения многоантенной передачи по восходящей линии связи для SDMA;

Фиг.3 показывает процесс оценки и выбора абонентских терминалов для одновременной передачи по линии восходящей связи;

Фиг.4 показывает блок-схему точки доступа и двух абонентских терминалов;

Фиг.5A и 5B показывают блок-схемы передающих (TX) процессоров данных для CDMA и OFDM соответственно;

Фиг.6 показывает пространственную обработку в точке доступа и одном абонентском терминале для передачи по восходящей и нисходящей линиям связи;

Фиг.7 показывает приемный пространственный процессор и приемный процессор данных; и

Фиг.8 показывает контроллер и диспетчер в точке доступа.

Подробное описание изобретения

Слово "примерный" используется в данном документе для того, чтобы обозначать "служащий в качестве примера, отдельного случая или иллюстрации". Любой вариант осуществления, описанный в данном документе как "примерный", не обязательно должен быть истолкован как предпочтительный или выгодный по сравнению с другими вариантами осуществления.

Методики многоантенной передачи, описанные в данном документе, могут быть использованы в сочетании с различными беспроводными технологиями, такими как CDMA, OFDM, TDMA и т.п. Несколько абонентских терминалов могут параллельно передавать/принимать данные посредством различных (1) каналов ортогонального кода для CDMA, (2) временных интервалов для TDMA или (3) поддиапазонов для OFDM. Система CDMA может реализовывать IS-2000, IS-95, IS-856, Wideband-CDMA (W-CDMA) или какие-либо другие стандарты. Система OFDM может реализовывать IEEE 802.11 или какие-либо другие стандарты. Система TDMA может реализовывать GSM или какие-либо другие стандарты. Эти различные стандарты известны в данной области техники. Пространственная обработка для многоантенной передачи может быть выполнена поверх (до или после) обработки данных для базовой беспроводной технологии, как описано ниже.

Фиг.1 показывает MIMO-систему 100 с множественным доступом с точками доступа и абонентскими терминалами. Для простоты только одна точка 110 доступа показана на фиг.1. Точка доступа - это, как правило, стационарная станция, которая обменивается данными с абонентскими терминалами и также может упоминаться как базовая станция или с помощью какого-либо другого термина. Абонентский терминал может быть стационарным или мобильным и также может упоминаться как мобильная станция, беспроводное устройство или в виде какого-либо термина. Точка 110 доступа может обмениваться данными с одним или более абонентскими терминалами 120 в любой данный момент по нисходящей или восходящей линии связи. Нисходящая линия связи (т.е. линия прямой связи) - это линия связи от точки доступа к абонентским терминалам, а восходящая линия связи (т.е. линия обратной связи) - это линия связи от абонентских терминалов к точке доступа. Абонентский терминал также может обмениваться данными в одноранговом режиме с другим абонентским терминалом. Системный контроллер 130 подсоединяется и обеспечивает координацию и контроль над точками доступа.

Система 100 использует несколько передающих и несколько приемных антенн для передачи данных по нисходящей линии связи и восходящей линии связи. Точка 110 доступа оснащена N_ap антеннами и представляет многоканальный вход (MI) для передачи данных по нисходящей линии связи и многоканальный выход (MO) для передачи данных по восходящей линии связи. Набор N_u выбранных абонентских терминалов 120 вместе представляет многоканальный выход для передачи данных по нисходящей линии связи и многоканальный вход для передачи данных по восходящей линии связи. Для чистой SDMA требуется иметь N_ap = N_u 1, если потоки символов данных для N_u абонентских терминалов не мультиплексируются по коду, частоте или времени каким-либо другим средством. N_u может быть больше N_ap, если потоки символов данных могут быть мультиплексированы с помощью различных кодовых каналов в CDMA, непересекающихся наборов поддиапазонов в OFDM и т.п. Каждый выбранный абонентский терминал передает конкретные для пользователей данные и/или принимает конкретные для пользователей данные из точки доступа. В общем, каждый выбранный абонентский терминал может быть оснащен одной или несколькими антеннами (т.е. N_ut= 1). N_u выбранных абонентских терминалов могут иметь одинаковое или различное число антенн.

Системой 100 может быть система дуплекса с временным разделением каналов (TDD) или система дуплекса с частотным разделением каналов (FDD). Для системы TDD нисходящая и восходящая линия связи совместно используют одну полосу частот. Для системы FDD нисходящая и восходящая линии связи используют различные полосы частот. MIMO-система 100 также может использовать одну несущую или несколько несущих для передачи. Для простоты в последующем описании предполагается, что (1) система 100 - это система с одной несущей, и (2) каждый абонентский терминал оснащен несколькими антеннами. Для ясности далее описана передача данных по нисходящей линии связи.

MIMO-канал восходящей линии связи, сформированный посредством N_ap антенн в точке доступа и N_ut,m антенн в данном абонентском терминале m, может отличаться матрицей H_up,m характеристик канала N_ap × N_ut,m, которая может быть выражена следующим образом:

где запись h_i,j для i =1 ... N_ap и j =1 ... N_ut,m - это связь (т.е. совокупное усиление) между антенной i точки доступа и антенной j абонентского терминала. Для простоты предположим, что MIMO-канал является недиспергирующим (т.е. с равномерным затуханием), а связь между каждой парой передающей и приемной антенн представлена одним совокупным усилением h_i,j. В общем, каждый абонентский терминал ассоциативно связан с различной матрицей характеристик восходящей линии связи, имеющей размеры, определенные числом антенн в этом абонентском терминале.

Матрица H_up,m характеристик канала восходящей линии связи для абонентского терминала m может быть "диагонализуема" с помощью разложения по сингулярным числам матрицы или разложения по собственным числам для того, чтобы получить N_m собственных мод H_up,m. Разложение по сингулярным числам матрицы H_up,m может быть выражено следующим образом:

H_up,m=U_up,mΣ_up,mV^H _up,m, (2)

где U_up,m - это унитарная матрица N_ap × N_ap левых собственных векторов H_up,m;

Σ_up,m - это диагональная матрица N_ap × N_ut,m сингулярных чисел H_up,m;

V_up,m- это унитарная матрица N_ut,m × N_ut,m правых собственных векторов H_up,m; и

"^H" обозначает транспонирование сопряженных величин.

Унитарная матрица M характеризуется свойством M^HM = I, где I - это единичная матрица. Столбцы унитарной матрицы являются ортогональными относительно друг друга.

Разложение по собственным числам корреляционной матрицы H_up,m может быть выражено следующим образом:

R_up,m=H^H _up,mH_up,m=V_up,mΛ_up,mV^H _up,m, (3)

где R_up,m - это корреляционная матрица N_ut,m × N_ut,mH_up,m; и

Λ_up,m - это диагональная матрица N_ut,m × N_ut,m собственных чисел R_up,m.

Разложение по сингулярным числам и разложение по собственным числам известны в данной области техники и описаны, например, Gilbert Strang в "Linear Algebra and Its Applications", вторая редакция, Academic Press, 1980 г.

Как показано в уравнениях (2) и (3), столбцы V_up,m - это правые собственные векторы H_up,m, а также собственные векторы R_up,m. Правые собственные векторы H_up,m также упоминаются как векторы "управления", и они могут быть использованы для пространственной обработки абонентским терминалом m для того, чтобы передавать данные по N_m собственным модам H_up,m. Собственные моды могут быть рассматриваемы как ортогональные пространственные каналы, получаемые посредством разложения.

Диагональная матрица Σ_up,m содержит неотрицательные действительные значения вдоль диагонали и нули - в остальной части. Эти диагональные записи известны как сингулярные числа H_up,m и представляют усиления передачи канала для N_m собственных мод H_up,m. Сингулярные числа в Σ_up,m - это также квадратные корни собственных чисел в Λ_up,m. Сингулярные числа в Σ_up,m могут быть упорядочены от наибольшего к наименьшему, а собственные векторы в ν_up,m могут быть упорядочены соответственно. Главная (т.е. доминантная) собственная мода - это собственная мода, ассоциативно связанная с наибольшим сингулярным числом в Σ_up,m, которое является первым сингулярным числом после упорядочения. Собственный вектор для главной собственной моды H_up,m- это первый столбец V_up,m после упорядочивания, и он обозначается как v_up,m.

В практической системе только оценка H_up,m может быть получена, и только оценки V_up,m, Σ_up,m и U_up,m могут быть извлечены. Для простоты описание в данном документе предполагает оценку и разложение канала без ошибок.

В SDMA N_up абонентских терминалов могут передавать данные параллельно по восходящей линии связи в точку доступа. Каждый абонентский терминал выполняет пространственную обработку своих данных с помощью вектора управления, который может быть извлечен (1) на основе собственного вектора v_up,m для главной собственной моды беспроводного канала для этого терминала или (2) каким-либо другим способом. Каждый из N_up абонентских терминалов может передавать данные по главной собственной моде своего MIMO-канала восходящей линии связи с помощью "формирования диаграммы направленности" или "управления диаграммой направленности", как описано ниже.

1. Формирование диаграммы направленности

Для формирования диаграммы направленности каждый абонентский терминал m пространственно обрабатывает свой поток {s_up,m}символов данных с помощью вектора v_up,m управления для того, чтобы получить N_ut,m потоков символов данных, следующим образом:

X_up,m =v_up,m · s_up,m, (4)

где s_up,m- это символ данных, который должен быть передан абонентским терминалом m; и

X_up,m - это вектор N_ut,m × 1 с N_ut,m символами передачи, которые должны быть отправлены от N_ut,m антенн в пользовательском терминале m.

При использовании в данном документе "символ данных" означает символ модуляции данных, а "контрольный символ" означает символ модуляции контрольного сигнала. Хотя и не показано в уравнении (4) для простоты, каждый абонентский терминал m может дополнительно масштабировать каждый из N_ut,m символов передачи в векторе X_up,m с коэффициентом G_m масштабирования таким образом, чтобы общая энергия для N_ut,m символов передачи была единицей или каким-либо другим выбранным значением. Каждый абонентский терминал m передает свои N_ut,m потоков символов передачи посредством MIMO-канала восходящей линии связи точке доступа.

В точке доступа принятые символы, полученные для каждого абонентского терминала m, могут быть выражены следующим образом:

r_up,m=H_up,mX_up,m+n_up,m=H_up,mv_up,m s_up,m+ n_up,m = h_up,eff,ms_up,m+n_up,m (5)

где r_up,m - это вектор N_ap × 1 с N_ap принятыми символами, полученными от N_ap антенн точки доступа для абонентского терминала m;

h_up,eff,m- это "эффективный" вектор N_ap × 1 характеристик канала восходящей линии для абонентского терминала m, т.е. h_up,eff,m= H_up,mv_up,m; и

n_up,m - это вектор N_ap × 1 помех абонентского терминала m.

Пространственная обработка посредством каждого абонентского терминала m эффективно преобразует MIMO-канал с матрицей характеристик канала H_up,m в канал с одноканальным входом и многоканальным выходом (SIMO) с помощью вектора характеристик канала h_up,eff,m.

Принятые символы в точке доступа для всех N_up абонентских терминалов, передающих одновременно, могут быть выражены следующим образом:

(6)

где s_up- это вектор N_up × 1 с N_up символами данных, переданных N_up абонентскими терминалами, т.е. s_up=[s_up,1 s_up,2 ... s_up,N_up]^T;

H_up,eff - это эффективная матрица N_ap × N_up характеристик канала восходящей линии связи для всех N_up абонентских терминалов, т.е. H_up,eff=[h_up,eff,1h_up,eff,2...h_up,eff,N_up]; и

n_up- это вектор N_ap × 1 помех в точке доступа.

Точка доступа может восстановить N_up потоков символов данных, переданных N_up абонентскими терминалами с помощью различных методик обработки приемного устройства, таких как методика обращения корреляционной матрицы канала (CCMI) (которая также часто упоминается как методика фиксирования нуля), методика минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE), методика последовательного подавления помех (SIC) и т.п.

A. Пространственная обработка CCMI

Для методики CCMI точка доступа выполняет пространственную обработку приемного устройства следующим образом:

S_ccmi = M_ccmir_up,

= R^-1 _up,eff H^H _up,eff (H_up,effs_up+n_up), (7)

= s_up+ n_ccmi,

где M_ccmi - это матрица N_up × N_ap пространственного фильтра для методики CCMI, т.е.

M_ccmi = R^-1 _up,eff H^-H _up,eff, где R_up,eff = H^-H _up,eff H_up,eff;

S_ccmi- это вектор N_up × 1 с N_up восстановленными символами данных для N_up абонентских терминалов в методике CCMI; и

n_ccmi = M_ccmin_up- это отфильтрованный шум CCMI.

Для простоты предполагается, что шум n_up является аддитивным белым гауссовым шумом (AWGN) с нулевым средним, дисперсией σ² _n и автоковариационной матрицей φ_nn= E[n_upn^H _up] =σ² _nI, где E[x] - это ожидаемое значение x. В этом случае соотношение "сигнал-помехи-и-шум" (SNR) восстановленного потока {S_ccmi,m} символов данных для каждого абонентского терминала m может быть выражено следующим образом:

(8)

где P_ut,m- это мощность передачи, используемая абонентским терминалом m;

r_mm- это m-й диагональный элемент R_up,eff; и

γ_ccmi,m - это SNR для абонентского терминала m в методике CCMI.

Благодаря структуре R_up,eff методика CCMI может усиливать шум.

B. Пространственная обработка MMSE

Для методики MMSE матрица M_mmse пространственного фильтра извлекается таким образом, чтобы среднеквадратическая ошибка между оцененным вектором данных из пространственного фильтра MMSE и вектором s_up данных была минимизирована. Этот критерий MMSE может быть выражен следующим образом:

(9)

где M_mmse - это матрица N_up × N_ap пространственного фильтра для методики MMSE.

Решение проблемы оптимизации, предложенное в уравнении (9), может быть получено различными способами. В одном примерном способе матрица пространственного фильтра MMSE извлекается следующим образом:

M_mmse = H^H _up,eff[H_up,effH^H _up,eff + σ² _nI]^-1. (10)

Матрица M_mmse пространственного фильтра содержит N_up строк для векторов-строк N_up пространственного фильтра MMSE по N_up абонентским терминалам. Вектор-строка пространственного фильтра MMSE для каждого абонентского терминала может быть выражена как m_mmse,m =h^H _up,eff,mG, где G = [H_up,effH^H _up,eff + σ² _nI]^-1. Точка доступа выполняет пространственную обработку приемного устройства следующим образом:

S_mmse =D^-1 _mmseM_mmser_up,

= D^-1 _mmseM_mmse (H_up,effs_up+n_up), (11)

= s_up+n_mmse,

где D_mmse - это диагональная матрица N_up × N_up, диагональные элементы которой - это диагональные элементы M_mmseH_up,eff, т.е. D_mmse=diag [M_mmseH_up,eff ];

S_mmse- это вектор N_up × 1 восстановленных символов данных для методики MMSE; и

n_mmse = M_mmsen_up- это фильтрованный шум MMSE. В уравнении (11) пространственный фильтр MMSE предоставляет ненормализованную оценку s_up, а масштабирование посредством диагональной матрицы D^-1 _mmse предоставляет нормализованную оценку s_up.

SNR восстановленного потока символов данных {S_mmse,m}для каждого абонентского терминала m может быть выражено следующим образом:

(12)

где q_mm- это m-й диагональный элемент M_mmseH_up,eff, т.е. q_mm= m_mmse,mh_up,eff,m; и

γ_mmse,m- это SNR для абонентского терминала m в методике MMSE.

C. Пространственная обработка с помощью последовательного подавления помех

Точка доступа может обрабатывать N_ap принятых потоков символов с помощью методики SIC для того, чтобы восстановить N_up потоков символов данных. Для методики SIC точка доступа первоначально выполняет пространственную обработку с N_ap принятых потоков символов (к примеру, с помощью CCMI, MMSE или какой-либо другой методики) и получает один поток невосстановленных символов данных. Точка доступа после этого обрабатывает (к примеру, демодулирует/обратно преобразует символы, обратно перемежает и декодирует) этот поток восстановленных символов данных для того, чтобы получить декодированный поток данных. Эта точка доступа после этого оценивает помехи, которые вызывает этот поток с другими N_up-1 потоками символов данных и подавляет оцененные помехи из N_ap принятых потоков символов для того, чтобы получить N_ap модифицированных потоков символов. После этого точка доступа повторяет ту же обработку с N_ap модифицированными потоками символов для того, чтобы восстановить другой поток символов данных.

Для методики SIC входные (т.е. принятые или модифицированные) потоки символов для стадии, где = 1 ... N_up, могут быть выражены следующим образом:

r^l _sic(k) = H^l _up,effs^l _up + n^l _up, (13)

где r^l _sic- это вектор N_ap × 1 с N_ap входными символами для стадии l,и r¹ _sic= r_up для первой стадии;

s^l _up- это вектор N_nr × 1 для N_nr потоков символов данных, еще не восстановленных на стадии l,где N_nr= N_up - l+ 1; и

H^l _up,eff - это сокращенная эффективная матрица N_ap × N_nr характеристик канала для стадии l.

Уравнение (13) предполагает, что потоки символов данных, восстановленные на l - 1 предшествующих стадий, подавляются. Размерность этой эффективной матрицы характеристик канала H_up,eff успешно сокращается на один столбец для каждой стадии l, поскольку поток символов данных восстанавливается и подавляется. Для стадии l сокращенная эффективная матрица H^l _up,eff характеристик канала получается посредством удаления l - 1 столбцов в исходной матрице H_up,eff, соответствующих l - 1 потоков символов данных, уже восстановленных на предыдущих стадиях, т.е. H^l _up,eff =[h_up,eff,jlh_up,eff,jl+1 ... h_up,eff,jeNup], где h_up,eff,jn - это эффективный вектор N_ap × 1 характеристик каналов для абонентского терминала j_n. Для стадии l l - 1 потокам символов данных, восстановленных на предыдущих стадиях, присвоены индексы {j_l j₂ ... j_l-1}, а N_nr потокам символов данных, еще не восстановленным, присвоены индексы {j_l j_l+1 ... j_Nup}.

Для стадии l точка доступа извлекает матрицу N_nr × N_ap пространственного фильтра M^l _sic на основе сокращенной эффективной матрицы H^l _up,eff характеристик канала (вместо исходной матрицы H_up,eff) с помощью CCMI, MMSE или какой-либо другой методики. Поскольку H^l _up,eff отличается для каждой стадии, матрица M^l _sic пространственного фильтра также отличается для каждой стадии.

Точка доступа умножает вектор r^l _sic для N_ap модифицированных потоков символов в матрице M^l _sic пространственного фильтра для того, чтобы получить вектор ^l _sic для N_nr обнаруженных потоков символов, следующим образом:

(14)

где Q^l _sic =M^l _sicH^l _up,eff и n^l _sic = M^l _sicn - это фильтрованный шум для стадии l.Затем точка доступа выбирает один из N_nr обнаруженных потоков символов для восстановления, при этом критерий выбора может быть основан на SNR и/или других коэффициентах. Например, обнаруженный поток символов с наивысшим SNR из N_nr обнаруженных потоков символов может быть выбран для восстановления. Поскольку только один поток символов данных восстанавливается на каждой стадии, точка доступа может просто извлечь один вектор-строку 1 × N_ap пространственного фильтра m^l _jl для потока символов данных {s_up,jl}, который должен быть восстановлен на стадии. Вектор-строка m^l _jl- это одна строка матрицы M^l _sic. В этом случае пространственная обработка для стадии l для того, чтобы восстановить поток символов данных {s_up,jl}, может быть выражена следующим образом:

(15)

где q^l _jl - это строка Q^l _sic, соответствующая потоку символов данных {s_up,jl}.

В любом случае, точка доступа масштабирует обнаруженный поток символов {_up,jl} чтобы получить восстановленный поток символов данных {S_up,jl}, и дополнительно демодулирует, обратно перемежает и декодирует этот поток {S_up,jl} для того, чтобы получить декодированный поток данных {_up,jl}. Точка доступа также формирует оценку помех, которые вызывают этот поток с другими потоками символов данных, еще не восстановленными. Чтобы оценить помехи, точка доступа повторно кодирует, перемежает и модулирует декодированный поток данных {_up,jl}способом, аналогичным выполненному в абонентском терминале j_l, и получает поток "ремодулированных" символов {_up,jl}, который является оценкой только что восстановленного потока символов данных {s_up,jl}. После этого точка доступа пространственно обрабатывает ремодулированный поток символов с помощью эффективного вектора h_up,eff,jl характеристик канала для абонентского терминала j_l для того, чтобы получить вектор i_jl с N_ap компонентами помех, вызванных этим потоком. N_ap компонентов i_jlпомех далее вычитаются из N_ap модифицированных потоков r^l _sicсимволов для стадии l для того, чтобы получить N_ap модифицированных потоков r^l+1 _sic символов для следующей стадии l+1, т.е. r^l+1 _sic = r^l _sic - i_jl. Модифицированные потоки r^l+1 _sic символов представляют потоки, которые должны были быть приняты точкой доступа, если поток {s_up,jl} символов данных не был передан (т.е. при условии, что подавление помех было выполнено эффективно).

Точка доступа обрабатывает N_ap принятых потоков символов за N_up последовательных стадий. Для каждой стадии точка доступа (1) выполняет пространственную обработку приемного устройства либо над N_ap принятых потоков символов, либо над N_ap модифицированных потоков символов из предыдущей стадии для того, чтобы получить один восстановленный поток символов данных, (2) обрабатывает этот восстановленный поток символов данных для того, чтобы получить соответствующий декодированный поток данных, (3) оценивает и подавляет помехи вследствие этого потока, и (4) получает N_ap модифицированных потоков символов для следующей стадии. Если помехи вследствие каждого потока данных могут быть точно оценены и подавлены, то в дальнейшем восстановленные потоки данных испытывают меньшие помехи и могут иметь возможность достигать более высоких значений SNR.

Для методики SIC SNR каждого восстановленного потока символов данных зависит от (1) методики пространственной обработки (к примеру, CCMI или MMSE), используемой для каждой стадии, (2) конкретной стадии, на которой поток символов данных восстановлен, и (3) величины помех вследствие потоков символов данных, восстановленных на последующих стадиях. В общем, SNR постепенно улучшает потоки символов данных, восстановленные на последующих стадиях, поскольку помехи из потоков символов данных, восстановленных на предыдущих стадиях, подавляются. Это в таком случае дает возможность быть использованными более высокими скоростями для потоков символов данных, восстановленных позднее.

2. Управление диаграммой направленности

Для управления диаграммой направленности каждый абонентский терминал m выполняет пространственную обработку с помощью нормализованного вектора _up,m управления, который извлекается с помощью информации фазы в векторе ν_up,m управления. Нормализованный вектор _up,m управления может быть выражен следующим образом:

(16)

где A - это константа (к примеру, ); и

θ_m,i - это фаза для антенны i в абонентском терминале m, т.е.:

(17)

Как показано в уравнении (16), N_ut,m элементов _up,m имеют равный модуль. Как показано в уравнении (17), фаза каждого элемента в _up,m равна фазе соответствующего элемента в v_up,m (т.е. θ_m,i получается из ν_up,m,i, где v_up,m = [ν_up,m,1ν_up,m,2 ... ν_up,m,Nut]^T).

Каждый абонентский терминал m пространственно обрабатывает свой поток {S_up,m}символов данных с помощью нормализованного вектора управления _up,m для того, чтобы получить N_ut,m потоков символов данных, следующим образом:

_up,m = _up,m · s_up,m. (18)

Константа A в уравнении (16) может быть выбрана таким образом, что общая энергия N_ut,m символов передачи в векторе _up,m была единицей или каким-либо другим выбранным значением. Эффективный вектор N_ap × 1 характеристик канала восходящей линии связи _up,eff,m для каждого абонентского терминала m с управлением диаграммой направленности может быть выражен следующим образом:

_up,eff,m = H_up,mup,m. (19)

Эффективная матрица N_ap × N_up характеристик канала восходящей линии связи _up,eff для всех N_up абонентских терминалов при управлении диаграммой направленности в таком случае _up,eff=[_{up,eff,1up,eff,2}..._up,eff,Nup].

Точка доступа может выполнять пространственную обработку приемного устройства с помощью вышеописанной методики CCMI, MMSE или SIC либо какой-либо другой методики. Тем не менее, матрица пространственного фильтра извлекается с помощью матрицы _up,eff вместо матрицы H_up,eff.

3. Передача в SDMA

Фиг.2 показывает процесс выполнения многоантенной передачи по восходящей линии связи для SDMA. Первоначально матрица H_up,m характеристик канала восходящей линии связи получается для каждого активного абонентского терминала, которому требуется передавать по восходящей линии связи (этап 210). Матрица H_up,m для каждого абонентского терминала разлагается для того, чтобы получить вектор ν_up,m или _up,m управления для абонентского терминала (этап 212). Эффективный вектор h_up,eff,m характеристик канала восходящей линии связи формируется для каждого абонентского терминала на основе вектора управления и матрицы характеристик канала восходящей линии связи для абонентского терминала (этап 214). Этапы 210-214 служат для оценки и разложения канала и могут быть выполнены точкой доступа, абонентскими терминалами или и тем, и другим.

Различные наборы активных абонентских терминалов формируются и оцениваются на основе их эффективных векторов h_up,eff,m характеристик канала восходящей линии связи или их матриц H_up,m характеристик канала восходящей линии связи (этап 220). Оценка может быть выполнена так, как описано ниже. Оптимальный набор N_up абонентских терминалов выбирается для передачи (также этап 220). Скорость для использования каждым выбранным абонентским терминалом (которая получается из оценки на этапе 220) отправляется абонентскому терминалу (этап 222). Этапы 220 и 222 предназначены для абонентской диспетчеризации и типично выполняются точкой доступа.

Каждый выбранный абонентский терминал выполняет пространственную обработку своего потока {s_up,m} символов данных с помощью вектора v_up,m или _up,m управления и передает N_ut,m потоков символов передачи из своих N_ut,m антенн и посредством своего MIMO-канала точке доступа (этап 230). N_up выбранных абонентских терминалов одновременно передают свои N_up потоков символов данных посредством MIMO-каналов точке доступа. Этап 230 служит для передачи данных и выполняется каждым выбранным абонентским терминалом.

Точка доступа получает N_ap принятых потоков символов из своих N_ap антенн (этап 240). Затем точка доступа выполняет пространственную обработку приемного устройства с N_ap принятыми потоками символов в соответствии с CCMI, MMSE, SIC или какой-либо другой методикой для того, чтобы получить N_up восстановленных потоков символов данных, которые являются оценками N_up потоков символов данных, переданных N_up выбранными абонентскими терминалами (этап 242). Этапы 240 и 242 предназначены для приема данных и выполняются точкой доступа.

Несколько абонентских терминалов может быть выбрано для одновременной передачи по восходящей линии связи. Выбор абонента может быть основан на различных коэффициентах. Некоторые коэффициенты могут относиться к системным ограничениям и требованиям, таким как качество обслуживания, максимальная задержка, средняя скорость передачи данных и т.п. Эти коэффициенты не обязательно должны удовлетворяться для каждого абонентского терминала. Другие коэффициенты могут относиться к производительности системы, которая может быть количественно оценена посредством общей пропускной способности системы или какого-либо другого указания производительности. Схема диспетчеризации позволяет оценивать абонентские терминалы для передачи, основанной на одной или более метрик и одном или более коэффициентах. Различные схемы диспетчеризации могут использовать различные метрики, учитывать различные коэффициенты и/или взвешивать метрики и коэффициенты по-разному.

Вне зависимости от конкретной схемы диспетчеризации, выбранной для использования, различные наборы абонентских терминалов могут быть оценены в соответствии со схемой диспетчеризации. "Пространственные подписи" отдельных абонентских терминалов (к примеру, характеристики их MIMO-каналов) и многопользовательское разнесение может быть использовано для того, чтобы выбирать "оптимальный" набор "пространственно совместимых" абонентских терминалов для одновременной передачи. Пространственная совместимость может быть количественно оценена посредством метрики, такой как общая пропускная способность или какая-либо другая мера производительности. Оптимальный набор абонентов может быть таким, который получает наивысшую количественную оценку из метрики (к примеру, наивысшую общую пропускную способность), при этом соответствуя ограничениям и требованиям системы.

Для ясности конкретная схема диспетчеризации, которая выбирает абонентские терминалы на основе общей пропускной способности, описана ниже. В последующем описании N_act абонентских терминалов являются активными и хотят передавать данные по восходящей линии связи.

Фиг.3 показывает процесс 220a оценки и выбора абонентских терминалов для передачи по линии восходящей связи. Процесс 220a представляет конкретную схему диспетчеризации и может быть использован для этапа 220 на фиг.2. Первоначально переменной R_max для наивысшей общей пропускной способности присваивается значение нуль (этап 310).

Новый набор абонентских терминалов выбирается из N_act активных абонентских терминалов (этап 312). Этот абонентский набор формирует гипотезу, которая должна быть оценена, и обозначается как u_n = {u_n,1 u_n,2 ... u_n,Nup}, где n обозначает n-й оцениваемый абонентский набор, а u_n,i- это i-й абонентский терминал в наборе n. Эффективная матрица H_up,eff,n характеристик канала восходящей линии связи формируется для абонентского набора n с помощью эффективных векторов h_up,eff,un,1-h_{up,eff,un,Nup} характеристик канала восходящей линии связи для N_upабонентских терминалов в наборе n (этап 314).

SNR для каждого абонентского терминала в наборе n затем вычисляется на основе эффективной матрицы H_up,eff,n характеристик канала восходящей линии связи и с помощью CCMI, MMSE, SIC или какой-либо другой методики, используемой точкой доступа (этап 316). SNR для абонентских терминалов в методиках CCMI и MMSE могут быть вычислены в соответствии с уравнениями (8) и (12) соответственно. SNR для абонентских терминалов в методике SIC зависят от порядка, в котором восстанавливаются абонентские терминалы. Для методики SIC один или несколько упорядочений абонентских терминалов может быть оценено. Например, конкретное упорядочение может быть оценено, посредством которого абонентский терминал с наивысшим SNR на каждой стадии обрабатывается точкой доступа. В любом случае SNR для N_up абонентских терминалов в наборе n обозначаются как {γ_n,1 γ_n,2... γ_n,Nup}.

Пропускная способность для каждого абонентского терминала в наборе n затем вычисляется на основе SNR для абонентского терминала (этап 318) следующим образом:

(20)

где c_n,i- это положительная константа, которая отражает дробную часть теоретической пропускной способности, достигаемой посредством схем кодирования и модуляции, которые должны быть использованы абонентским терминалом u_n,i (к примеру, c_n,i= 2 для схемы кодирования и модуляции, которая располагается в 3 дБ от пропускной способности Шэннона), а r_n,i- это пропускная способность спектральной эффективности для абонентского терминала u_n,i, данная в единицах биты в секунду на Герц (бит/с/Гц). Общая пропускная способность R_n, достигаемая абонентским терминалом n, может быть вычислена (этап 320) следующим образом:

(21)

Затем выполняется определение того, больше или нет общая пропускная способность R_n для абонентского набора n, чем максимальная общая пропускная способность, достигаемая до сих пор для всех абонентских наборов, которые оценены (этап 330). Если ответ да, то абонентский набор n и общая пропускная способность R_n для этого набора сохраняются (этап 332). В противном случае абонентский набор n отбрасывается.

Затем выполняется определение того, все или нет абонентские наборы оценены (этап 340). Если ответ нет, процесс возвращается к этапу 312 для того, чтобы выбрать другой набор абонентских терминалов для оценки. В противном случае абонентские терминалы в сохраненном наборе распределяются для передачи по восходящей линии связи (этап 342).

Для вышеописанного варианта осуществления метрика, основанная на теоретической пропускной способности (хотя и коэффициентом c_n,i компенсации) используется для того, чтобы выбирать оптимальный абонентский набор для передачи по линии восходящей связи. В другом варианте осуществления метрика, основанная на реализуемой пропускной способности, используется для того, чтобы выбирать оптимальный абонентский набор. Для этого варианта осуществления абонентские наборы могут быть оценены на основе набора "скоростей", поддерживаемых системой. Эти скорости могут рассматриваться как квантованные значения пропускной способности, вычисленной в уравнении (20). Каждая ненулевая скорость ассоциативно связана с конкретными схемами кодирования и модуляции, конкретной спектральной эффективностью (которая обычно дается в единицах бит/с/Гц) и конкретным требуемым SNR. Требуемый SNR для каждой скорости может быть определен посредством моделирования на вычислительных машинах, эмпирического измерения и т.п. и основан на допущении AWGN-канала. Таблица преобразования (LUT) может сохранять набор поддерживаемых скоростей и их требуемых SNR. SNR для каждого абонентского терминала преобразуется к выбранной скорости, которая является наивысшей скоростью в таблице преобразования с требуемым SNR, который равен или меньше SNR для абонентского терминала. Выбранные скорости для всех абонентских терминалов в каждом наборе накапливаются для того, чтобы получить совокупную скорость для набора. Абонентский набор с наивысшей совокупной скоростью распределяется для передачи.

Абонентские наборы различных размеров могут быть оценены для того, чтобы определить оптимальный абонентский набор для передачи. Например, наборы с одним абонентским терминалом (т.е. N_up= 1) могут быть оценены первыми, наборы с двумя абонентскими терминалами (т.е. N_up= 2) могут быть оценены далее и т.д., и наборы с N_ap абонентских терминалов (т.е. N_up= N_ap) могут быть оценены последними.

В зависимости от значений N_up, N_act и N_ap большое число абонентских наборов может потребоваться оценить для поиска оптимального абонентского набора методом полного перебора. Число абонентских наборов для оценки может быть уменьшено посредством задания приоритетов для активных абонентских терминалов, с учетом других факторов и т.д. Приоритет каждого активного абонентского терминала может быть определен на основе различных факторов, таких как категория обслуживания абонентского терминала (к примеру, высшая или обычная), средняя пропускная способность, достигаемая абонентским терминалом, объем данных, который должен отправить абонентский терминал, задержка, испытываемая абонентским терминалом, и т.д. Приоритет каждого абонентского терминала может обновляться со временем для того, чтобы отражать текущее состояние абонентского терминала. В качестве примера только N_ap абонентских терминалов с наивысшим приоритетом могут быть оценены в каждом интервале диспетчеризации.

В примерной схеме диспетчеризации, описанной для фиг.3, эффективный вектор h_up,eff,un,i характеристик канала восходящей линии связи извлекается независимо (или "локально") для каждого абонентского терминала на основе только матрицы H_up,un,i характеристик канала восходящей линии связи для абонентского терминала. Эффективная матрица H_up,eff,n характеристик канала для каждого абонентского набора n формируется с помощью независимо извлеченных векторов характеристик канала для абонентских терминалов в наборе. Векторы h_up,eff,un,i для i =1 ... N_up в матрице H_up,eff,n могут не достигать наивысшей возможной пропускной способности для абонентского набора n. Несколько подчиненных гипотез может быть оценено для каждого абонентского набора, где векторы в H_up,eff,n могут быть скорректированы на различные величины для каждой подчиненной гипотезы. Например, фазы векторов управления для абонентских терминалов в наборе n могут быть модифицированы детерминированным способом (к примеру, на некоторую величину ± процент) или псевдослучайным способом для каждой подчиненной гипотезы, при этом сохраняя мощность каждого вектора управления равной единице (т.е. единичной норме для каждого вектора управления).

Схема диспетчеризации также может оценивать каждый абонентский набор n на основе матриц H_up,un,i характеристик MIMO-канала восходящей линии связи вместо эффективных векторов h_up,eff,un,i характеристик канала восходящей линии связи для абонентских терминалов в наборе. Вектор ν'_up,un,i управления может быть извлечен ("глобально") для каждого абонентского терминала в наборе n при наличии всех абонентских терминалов в наборе. Эффективный вектор h'_up,eff,un,i характеристик канала восходящей линии связи для каждого абонентского терминала может быть вычислен на основе (глобально извлечен) вектора ν'_up,un,i управления матрицы H_up,un,i характеристик канала восходящей линии связи следующим образом: h'_up,eff,un,i= H_up,un,iν'_up,un,i. Эффективная матрица H'_up,eff,n характеристик канала восходящей линии связи затем формируется для абонентского набора n на основе эффективных векторов h'_up,eff,un,i характеристик канала восходящей линии для абонентских терминалов в наборе. Производительность (к примеру, общая пропускная способность) абонентского набора n затем оценивается с помощью матрицы H'_up,eff,n (вместо матрицы H_up,eff,n).В качестве примера несколько подчиненных гипотез могут быть оценены для абонентского набора n, где каждая подчиненная гипотеза соответствует различным наборам векторов управления для абонентских терминалов в наборе. После этого выбирается оптимальная подчиненная гипотеза для абонентского набора n. Несколько абонентских наборов могут быть оценены аналогичным способом, и оптимальный абонентский набор выбирается для передачи по восходящей линии связи.

Различные другие схемы диспетчеризации также могут быть реализованы, что не выходит за рамки области применения изобретения. Различные схемы диспетчеризации могут учитывать различные факторы при выборе абонентских терминалов для каждого набора, извлекать векторы управления для абонентских терминалов различными способами, использовать другие метрики для того, чтобы количественно оценивать производительность каждого абонентского набора, и т.п.

Матрица H_up,m характеристик канала восходящей линии связи для каждого абонентского терминала m может оцениваться различными способами. Различные методики оценки канала могут быть использованы для систем TDD и FDD.

В системе FDD нисходящая и восходящая линии связи используют различные полосы частот. Характеристика канала для одной линии связи может не коррелироваться с характеристикой канала другой линии связи. В этом случае точка доступа может оценивать характеристику MIMO-канала восходящей линии связи на основе контрольного сигнала, передаваемого абонентским терминалом. Точка доступа может выполнять разложение H_up,m для каждого абонентского терминала, извлекать вектор ν_up,m или _up,m управления и отправлять вектор управления каждому абонентскому терминалу, выбранному для передачи.

Для системы FDD каждый абонентский терминал m может передавать неуправляемый контрольный сигнал (или MIMO-контрольный сигнал) для того, чтобы дать возможность точке доступа оценить характеристику MIMO-канала восходящей линии связи и получить матрицу H_up,m. Неуправляемый контрольный сигнал содержит N_ut,m передач ортогональных контрольных сигналов, отправляемых из N_ut,m антенн абонентских терминалов, причем ортогональность может быть достигнута по времени, частоте, коду или сочетанию вышеуказанного. Для ортогональности кода абонентский терминал m отправляет N_ut,m передач контрольных сигналов одновременно из своих N_ut,m антенн, причем передача контрольного сигнала из каждой антенны "охватывается" различной ортогональной последовательностью (к примеру, Уолша). Точка доступа "обратно покрывает" принятые контрольные символы из каждой антенны i точки доступа с одинаковыми N_ut,m ортогональными последовательностями, используемыми абонентским терминалом m для того, чтобы получить оценки совокупного усиления канала между антенной i точки доступа и каждой из антенн N_ut,m абонентских терминалов. Покрытие в абонентском терминале и обратное покрытие в точке доступа может быть выполнено способом, аналогичным используемому в системе множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). Для частотной ортогональности N_ut,m передач контрольных сигналов для антенн N_ut,m абонентских терминалов могут быть отправлены одновременно по различным поддиапазонам общей полосы пропускания системы. Для ортогональности по времени N_ut,m передач контрольных сигналов для антенн N_ut,m абонентских терминалов могут быть отправлены в различные временные интервалы. В любом случае ортогональность из N_ut,m передач контрольных сигналов дает возможность точке доступа отличать передачу контрольных сигналов от каждой антенны абонентского терминала.

Несколько абонентских терминалов могут одновременно передавать неуправляемые контрольные сигналы по линии восходящей связи в точку доступа. Передачи контрольных сигналов для всех абонентских терминалов являются ортогональными по коду, времени и/или частоте для того, чтобы дать возможность точке доступа оценить характеристику канала восходящей линии связи для каждого абонентского терминала.

В системе TDD нисходящая и восходящая линии связи совместно используют одну полосу частот. Обычно возникает высокая степень корреляции между характеристиками канала нисходящей и восходящей линий связи. Тем не менее, характеристики каналов передачи/приема в точке доступа могут не быть такими же, как характеристики каналов передачи/приема в абонентском терминале. Если разности могут быть определены посредством калибровки и учтены при применении надлежащих матриц корректировки в точке доступа и/или абонентском терминале, то общие характеристики каналов нисходящей и восходящей линий связи могут считаться взаимными (т.е. транспонированными) по отношению друг к другу.

Для системы TDD точка доступа может передавать неуправляемый контрольный сигнал из антенн N_ap точек доступа. Каждый абонентский терминал m может (1) обрабатывать неуправляемый контрольный сигнал нисходящей линии связи для того, чтобы получить матрицу H_dn,m характеристик MIMO-канала нисходящей линии связи, (2) оценивать характеристику MIMO-канала восходящей линии связи как транспонированную по отношению к характеристике MIMO-канала нисходящей линии связи (т.е. H_up,mH^T _dn,m), (3) извлекать вектор ν_up,m или _up,m управления на основе H_up,m и (4) вычислять эффективный вектор h_up,eff,m характеристик канала восходящей линии связи. Каждый абонентский терминал может отправлять вектор h_up,eff,m в точку доступа в прямой форме (к примеру, посредством отправки записей h_up,eff,m) или в косвенной форме (к примеру, посредством передачи управляемого контрольного сигнала, который генерируется с помощью вектора ν_up,mили _up,m управления, используемого для передачи по восходящей линии связи).

Для ясности методики передачи в SDMA описаны для передачи по восходящей линии связи. Эти методики также могут быть использованы для передачи по нисходящей линии связи. Матрица H_dn,m характеристик MIMO-канала нисходящей линии связи может быть получена для каждого абонентского терминала m и разложена для того, чтобы получить вектор v_dn,m управления нисходящей линии связи для абонентского терминала. Точка доступа может оценивать различные наборы абонентских терминалов для передачи по нисходящей линии связи (к примеру, способом, аналогичным вышеописанному для восходящей линии связи) и выбирать оптимальный набор N_dn абонентских терминалов для передачи по нисходящей линии связи.

Для передачи по нисходящей линии связи точка доступа пространственно обрабатывает N_dn потоков символов данных с помощью N_dn векторов управления нисходящей линии связи для N_dn выбранных абонентских терминалов для того, чтобы получить N_ap потоков символов передачи, следующим образом:

x_dn= V_dn._{Sdn, (22)}

где S_dn- это вектор N_dn × 1 с N_dn символами данных, которые должны быть передаваемы по нисходящей линии связи N_dn выбранным абонентским терминалам;

ν_dn- это матрица N_ap × N_dn с N_dn векторами управления нисходящей линии связи для N_dn выбранных абонентских терминалов, при этом ν_dn=[ν_dn,1ν_dn,2 ... ν_dn,Ndn]; и

x_dn- это вектор N_ap × 1 с N_ap символами передачи, которые должны быть отправлены из антенн N_ap точек доступа.

Точка доступа может также пространственно обрабатывать поток символов данных нисходящей линии связи для каждого абонентского терминала с нормализованным вектором _dn,m управления нисходящей линии связи для управления диаграммой направленности.

Если абонентский терминал оснащен, по меньшей мере, N_ap антеннами (т.е. N_ut,m= N_ap), то абонентский терминал может выполнять пространственную обработку приемного устройства с помощью CCMI, MMSE или какой-либо другой методики для того, чтобы изолировать и восстанавливать свой поток данных символов нисходящей линии связи. Если абонентский терминал оснащен меньше чем N_ap антеннами (т.е. N_ut,m < N_ap), то абонентский терминал может восстанавливать поток символов данных нисходящей лини связи при наличии перекрестных помех от других потоков символов данных.

Для ясности методики передачи в SDMA описаны для узкополосной MIMO-системы с одной несущей и равномерным затуханием. Эти методики также могут быть использованы для широкополосной MIMO-системы и MIMO-системы с несколькими несущими. Широкополосная MIMO-система может использовать CDMA в качестве базовой беспроводной технологии. MIMO-система с несколькими несущими может использовать OFDM или какую-либо другую методику модуляции с несколькими несущими. OFDM эффективно разбивает общую полосу пропускания системы на несколько (N_F) ортогональных поддиапазонов. Каждый поддиапазон ассоциативно связан с соответствующей несущей, которая может быть модулирована с помощью данных.

Для системы MIMO OFDM по каждому абонентскому терминалу оценка канала может быть выполнена для каждого из N_F поддиапазонов для того, чтобы получить N_F матриц характеристик канала частотной области для N_F поддиапазонов. Пространственная обработка может быть выполнена различными способами. В одном варианте осуществления каждая из N_F матриц характеристик канала независимо разлагается для того, чтобы получить N_F векторов управления для N_F поддиапазонов. Затем выполняется пространственная обработка для каждого поддиапазона с помощью вектора управления, полученного для этого поддиапазона. В другом варианте осуществления один независимый от частоты вектор управления извлекается для каждого абонентского терминала на основе матриц N_F характеристик канала. Затем выполняется пространственная обработка для всех N_F поддиапазонов с этим одним вектором управления. В любом случае N_F эффективных векторов h_up,eff,m(k) характеристик канала восходящей линии связи для k =1... N_F формируются для каждого абонентского терминала с одним либо с N_F векторов управления. Абонентские терминалы могут быть оценены на основе их зависимых от частоты эффективных векторов характеристик канала.

В широкополосной MIMO-системе для каждого абонентского терминала матрица импульсных характеристик канала временной области может быть получена по каждому из нескольких (N_p) разрешимых трактов сигнала в MIMO-канале. В одном варианте осуществления N_P векторов управления извлекаются для каждого абонентского терминала на основе N_P матриц импульсных характеристик канала и используются для того, чтобы принимать во внимание частотно-избирательный характер MIMO-канала. В другом варианте осуществления один вектор управления извлекается для каждого абонентского терминала, например, на основе матрицы импульсных характеристик канала для основного тракта сигнала с наивысшей энергией. В любом случае векторы управления могут быть использованы для того, чтобы извлечь один или более эффективных векторов характеристик канала, которые, в свою очередь, используются для того, чтобы оценивать и выбирать абонентские терминалы для передачи.

4. Примерная MIMO-система

Фиг.4 показывает блок-схему точки 110 доступа и двух абонентских терминалов 120m и 120x в MIMO-системе 100. Точка 110 доступа оснащена N_ap антеннами 424a-424ap. Абонентский терминал 120m оснащен N_ut,m антеннами 452ma-452mu, а абонентский терминал 120x оснащен N_ut,x антеннами 452xa-452xu. Точка 110 доступа - это передающая объектная сущность для нисходящей линии связи и приемная объектная сущность для восходящей линии связи. Каждый абонентский терминал 120 - это передающая объектная сущность для восходящей линии связи и приемная объектная сущность для нисходящей линии связи. При использовании в данном документе "передающая объектная сущность" - это независимо управляемое устройство или прибор, допускающий передачу данных посредством беспроводного канала, а "приемная объектная сущность" - независимо управляемое устройство или прибор, допускающий прием данных посредством беспроводного канала. В последующем описании подстрочный индекс "dn" обозначает нисходящую линию связи, подстрочный индекс "up" обозначает восходящую линию связи, N_up абонентских терминалов выбираются для одновременной передачи по восходящей линии связи, N_dn абонентских терминалов выбираются для одновременной передачи по нисходящей линии связи, N_up может быть равно или не равно N_dn, а N_up и N_dn могут быть статическими значениями или могут изменяться для каждого интервала диспетчеризации. Для простоты управление диаграммой направленности используется в последующем описании.

В восходящей линии связи для каждого абонентского терминала 120, выбранного для передачи по восходящей линии связи, передающий процессор 488 данных принимает данные трафика от источника 486 данных и управляющие данные от контроллера 480. Передающий процессор 488 данных обрабатывает (к примеру, кодирует, перемежает и модулирует) данные {d_up,m} трафика для абонентского терминала на основе схем кодирования и модуляции, ассоциативно связанных со скоростью, выбранной для абонентского терминала, и предоставляет поток {s_up,m} символов данных. Передающий пространственный процессор 490 выполняет пространственную обработку потока {s_up,m} символов данных с помощью вектора ν_up,m управления, мультиплексирует в контрольные символы, как требуется, и предоставляет N_ut,m потоков символов передачи для N_ut,m антенн. Вектор ν_up,m управления извлекается на основе матрицы H_up,m характеристик канала восходящей линии связи для абонентского терминала, как описано выше. Каждое передающее устройство (TMTR) 454 принимает и обрабатывает (к примеру, преобразует в аналоговую форму, усиливает, фильтрует и преобразует с повышением частоты) соответствующий поток символов передачи для того, чтобы сгенерировать сигнал восходящей линии связи. N_ut,m передающих устройств 454 предоставляют N_ut,m сигналов восходящей линии связи для передачи от N_ut,m антенн 452 в точку доступа.

N_up абонентских терминалов может быть распределено для одновременной передачи по восходящей линии связи. Каждый из этих абонентских терминалов выполняет пространственную обработку потока символов данных с помощью вектора управления и передает набор потоков символов передачи по восходящей линии связи в точку доступа.

В точке 110 доступа N_ap антенн 424a-424ap принимают сигналы восходящей линии связи от всех N_up абонентских терминалов, передающих по восходящей линии связи. Каждая антенна 424 предоставляет принятый сигнал соответствующему приемному устройству (RCVR) 422. Каждое приемное устройство 422 выполняет обработку, комплементарную обработке, выполняемой передающим устройством 454, и предоставляет принятый поток символов. Приемный пространственный процессор 440 выполняет пространственную обработку приемного устройства с N_ap принятыми потоками символов из N_ap приемных устройств 422 и предоставляет N_up восстановленных потоков символов данных восходящей линии связи. Пространственная обработка приемного устройства выполняется в соответствии с CCMI, MMSE, SIC или какой-либо другой методикой. Матрица M_ap пространственного фильтра для точки доступа извлекается на основе (1) методики пространственной обработки приемного устройства используемой точкой доступа и (2) эффективной матрицы H_up,eff характеристик канала восходящей линии связи для N_up абонентских терминалов. Каждый восстановленный поток {S_up,m} символов данных восходящей линии связи - это оценка потока {s_up,m} символов данных, передаваемых соответствующим абонентским терминалом. Приемный процессор 442 данных обрабатывает (к примеру, демодулирует, обратно перемежает и декодирует) каждый восстановленный поток {S_up,m} символов данных восходящей линии связи в соответствии со скоростью, используемой для этого потока, чтобы получить декодированные данные. Декодированные данные для каждого абонентского терминала могут быть предоставлены в приемник 444 данных для хранения и/или контроллер 430 для дополнительной обработки.

В нисходящей линии связи в точке 110 доступа передающий процессор 410 данных принимает данные трафика от источника 408 данных для N_dn абонентских терминалов, назначенных для передачи по нисходящей линии связи, управляющих данных от контроллера 430 и, возможно, других данных от диспетчера 434. Различные типы данных могут быть отправлены по различным транспортным каналам. Передающий процессор 410 данных обрабатывает (к примеру, кодирует, перемежает и модулирует) данные трафика для каждого абонентского терминала на основе скорости, выбранной для этого абонентского терминала. Передающий процессор 410 данных предоставляет N_dn потоков символов данных нисходящей лини связи для N_dn абонентских терминалов. Передающий пространственный процессор 420 выполняет пространственную обработку над N_dn потоков данных символов нисходящей линии связи с помощью матрицы ν_dn из векторов N_dn управления нисходящей линии связи для N_dn абонентских терминалов, мультиплексирует в контрольные символы и предоставляет N_ap потоков символов передачи для N_ap антенн. Каждое передающее устройство 422 принимает и обрабатывает соответствующий поток символов передачи для того, чтобы сгенерировать сигнал нисходящей линии связи. N_ap передающих устройств 422 предоставляют N_ap сигналов нисходящей линии связи для передачи от N_ap антенн 424 абонентским терминалам.

В каждом абонентском терминале 120 N_ut,m антенн 452 принимают N_ap сигналов нисходящей линии связи от точки 110 доступа. Каждое приемное устройство 454 обрабатывает принятый сигнал от ассоциативно связанной антенны 452 и предоставляет принятый поток символов. Приемный пространственный процессор 460 выполняет пространственную обработку приемного устройства над N_ut,m принятых потоков символов из N_ut,m приемных устройств 454 и предоставляет восстановленный поток {S_dn,m} символов данных нисходящей линии связи для абонентского терминала. Пространственная обработка приемного устройства выполняется в соответствии с CCMI, MMSE или какой-либо другой методикой. Матрица M_ut,m пространственного фильтра для каждого абонентского терминала доступа извлекается на основе (1) методики пространственной обработки приемного устройства, используемой абонентским терминалом, и (2) матрицы H_dn,m характеристик канала нисходящей линии связи для абонентского терминала. Приемный процессор 470 данных обрабатывает (к примеру, демодулирует, обратно перемежает и декодирует) восстановленный поток символов данных нисходящей линии связи для того, чтобы получить декодированные данные для абонентского терминала.

В каждом абонентском терминале 120 блок 478 оценки канала оценивает характеристики канала нисходящей линии связи и предоставляет оценки канала нисходящей линии связи, которые могут включать в себя оценки усиления канала, оценки SNR и т.д. Аналогично, блок 428 оценки канала оценивает характеристики канала восходящей линии связи и предоставляет оценки канала восходящей линии связи. Векторы управления для передачи по нисходящей и восходящей линии связи могут быть извлечены множеством способов в зависимости от того, является MIMO-система системой TDD или системой FDD, как описано выше. Если вектор управления извлекается посредством одной объектной сущности (к примеру, точки доступа) и требуется другой объектной сущностью (к примеру, абонентским терминалом), то одна объектная сущность отправляет вектор управления другой объектной сущности.

Контроллер 480 для каждого абонентского терминала типично извлекает матрицу M_ut,m пространственного фильтра для абонентского терминала на основе матрицы H_dn,m характеристик канала нисходящей линии связи этого абонентского терминала. Контроллер 430 извлекает матрицу M_ap пространственного фильтра для точки доступа на основе эффективной матрицы H_up,eff характеристик канала восходящей линии связи. Контроллер 480 для каждого абонентского терминала может отправить информацию обратной связи (к примеру, векторы управления нисходящей и/или восходящей линии связи, оценки SNR и т.п.) точке доступа. Контроллеры 430 и 480 также управляют работой различных устройств обработки в точке 110 доступа и абонентском терминале 120 соответственно.

Фиг.5A показывает блок-схему передающего процессора 410a данных, который поддерживает CDMA. Передающий процессор 410a данных может быть использован для передающих процессоров 410 и 488 данных на фиг.4. В передающем процессоре 410a данных кодер 512 принимает и кодирует поток {d_m} данных для абонентского терминала m на основе схемы кодирования для выбранной скорости и предоставляет биты кода. Поток данных может переносить один или более пакетов данных, и каждый пакет данных типично кодируется отдельно для того, чтобы получить кодированный пакет данных. Кодирование повышает надежность передачи данных. Схема кодирования может включать в себя кодирование с контролем циклическим избыточным кодом (CRC), сверточное кодирование, турбокодирование, блочное кодирование и т.п. либо их сочетание. Канальный перемежитель 514 перемежает биты кода на основе схемы перемежения. Перемежение предоставляет разнесение по времени, частоте и/или в пространстве бит кода. Блок 516 преобразования символов преобразует перемеженные биты на основе схемы модуляции для выбранной скорости и предоставляет символы данных. Блок 516 группирует каждый набор B перемеженных бит для того, чтобы сформировать B-битное двоичное значение, где B≥1, и дополнительно преобразует каждое B-битное значение в конкретный символ модуляции на основе схемы модуляции (к примеру, QPSK, M-PSK или M-QAM, где M = 2^B). Каждый символ модуляции - это комплексное значение в сигнальном созвездии, заданном посредством схемы модуляции.

CDMA-модулятор 520 выполняет модуляцию для CDMA. В CDMA-модуляторе 520 канальный приемник 522 принимает и передает символы данных и контрольные символы по различным кодовым каналам. Каждый кодовый канал ассоциативно связан с соответствующей ортогональной последовательностью, которой может быть последовательность Уолша, последовательность ортогональных кодов с переменным коэффициентом расширения (OVSF) и т.д. Канализирование (разделение полосы частот на отдельные каналы) упоминается как "перекрытие" в IS-2000 и IS-95 и "расширение" в W-CDMA. Шифратор 524 принимает и спектрально расширяет канализированные данные на несколько кодовых каналов с помощью последовательности псевдослучайных чисел (PN) и предоставляет поток символов данных псевдошумовой последовательности, который для простоты обозначается как поток {s_m} символов данных. Спектральное расширение упоминается как "расширение" в IS-2000 и IS-95 и "скремблирование" в W-CDMA. Канализирование и спектральное расширение также известны в данной области техники и не описываются в данном документе.

Для восходящей линии связи каждый поток символов данных передается по соответствующему кодовому каналу, что достигается посредством канализирования с помощью ортогональной последовательности. N_up выбранных абонентских терминалов могут параллельно передавать N_up или более потоков данных по различным ортогональным кодовым каналам. Каждый абонентский терминал выполняет пространственную обработку по всем потокам символов данных (или потоку символов данных псевдошумовой последовательности) с одинаковым вектором v_up,m или _up,m управления. Аналогичная обработка выполняется для нисходящей линии связи.

Фиг.5B показывает блок-схему передающего процессора 410b данных, который поддерживает OFDM. Передающий процессор 410b данных также может быть использован для передающих процессоров 410 и 488 данных на фиг.4. Передающий процессор 410b данных включает в себя кодер 512, канальный перемежитель 514 и блок 516 преобразования символов, которые работают так, как описано выше для фиг.5A. Передающий процессор 410b данных дополнительно включает в себя OFDM-модулятор 530, который выполняет модуляцию для OFDM. В OFDM-модуляторе 530 блок 532 обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT) принимает символы данных из блока 516 преобразования символов и контрольные символы, предоставляет данные и контрольные символы по поддиапазонам, выделенным для передачи данных и контрольных сигналов, и предоставляет значение сигнала в нуль (символ "нуль") для каждого поддиапазона, не используемого в передачи данных/контрольных сигналов. В каждом периоде OFDM-символа IFFT-блок 532 преобразует набор N_F данных, контрольных и нулевых символов во временной области с помощью N_F-точечного обратного быстрого преобразования Фурье и предоставляет соответствующий преобразованный символ, который содержит N_F-символы псевдошумовой последовательности. Генератор 534 цикличных префиксов повторяет часть каждого преобразованного символа для того, чтобы получить соответствующий OFDM-символ, который содержит N_F + N_cp символов псевдошумовой последовательности. Повторенная часть упоминается как цикличный префикс, а N_cp- это число повторяемых символов псевдошумовой последовательности. Цикличный префикс обеспечивает, что OFDM-символ сохраняет свои ортогональные свойства при наличии разброса задержек вследствие многолучевого распространения, вызываемых частотно-избирательным затуханием (т.е. частотной характеристикой, которая не является ровной). Генератор 534 цикличных префиксов предоставляет поток OFDM-символов, который для простоты также обозначается как поток {s_m} символов данных.

Для восходящей линии связи каждый поток символов данных передается по соответствующему набору поддиапазонов, выделенных для этого потока. N_up выбранных абонентских терминалов могут параллельно передавать N_up или более потоков данных по различным непересекающимся наборам поддиапазонов, причем каждый из N_F поддиапазонов назначен не более чем одному набору. Каждый абонентский терминал выполняет пространственную обработку по всем потокам символов данных (или потоку OFDM-символов данных) с одинаковым вектором v_up,m или _up,m управления. Аналогичная обработка выполняется для нисходящей линии связи.

Для простоты фиг.5A и 5B показывают обработку одного потока {d_m} данных для того, чтобы получить один поток {s_m} символов данных. Несколько потоков данных (к примеру, для нескольких абонентских терминалов в нисходящей линии связи) могут быть обработаны с помощью нескольких экземпляров передающего процессора данных для того, чтобы получить несколько потоков символов данных.

Фиг.5A и 5B показывают конкретные реализации, в которых обработка для CDMA и OFDM выполняется перед пространственной обработкой при многоантенной передаче. В этом случае передающий процессор данных включает в себя CDMA-модулятор или OFDM-модулятор, как показано на фиг.5A и 5B. Обработка в CDMA и OFDM также может быть выполнена после пространственной обработки многоантенной передачи. В этом случае каждое передающее устройство (TMTR) должно включать в себя CDMA-модулятор или OFDM-модулятор, который выполняет обработку CDMA или OFDM над соответствующим потоком символов передачи, чтобы сгенерировать соответствующий модулированный сигнал.

Фиг.6 показывает пространственную обработку в точке 110 доступа и одном абонентском терминале для передачи по восходящей и нисходящей линиям связи. Для восходящей линии связи в абонентском терминале 120m поток {s_up,m} символов данных умножается с вектором v_up,m управления передающим пространственным процессором 490m для того, чтобы получить вектор x_up,m символов передачи для восходящей линии связи. В точке 110 доступа принятый вектор r_up символов (для абонентского терминала 120m, а также других абонентских терминалов) умножается с матрицей M_ap пространственного фильтра блоком 640 и дополнительно масштабируется с помощью диагональной матрицы D_ap ^-1 блоком 642 для того, чтобы получить восстановленный вектор s_up символов данных для восходящей линии связи. Блоки 640 and и 642 являются частью приемного пространственного процессора 440a. Матрицы M_ap и D_ap ^-1 извлекаются на основе эффективной матрицы H_up,eff характеристик канала восходящей линии связи и с помощью CCMI, MMSE или какой-либо другой методики.

Для нисходящей линии связи в точке 110 доступа вектор s_dn символов данных (который включает в себя потоки символов данных нисходящей линии связи для абонентского терминала 120m, а также других абонентских терминалов) умножается с матрицей ν_dn управления нисходящей линии связи передающим пространственным процессором 420 для того, чтобы получить вектор x_dn символов передачи для нисходящей линии связи. В абонентском терминале 120m принятый вектор r_dn,m символов умножается с матрицей M_ut,m пространственного фильтра блоком 660 и дополнительно масштабируется с помощью диагональной матрицы D_ut,m ^-1 блоком 662 для того, чтобы получить восстановленный поток {S_dn,m} символов данных для абонентского терминала 120m. Блоки 660 and и 662 являются частью приемного пространственного процессора 460m. Матрицы M_ut,m и D_ut,m ^-1 извлекаются на основе эффективной матрицы H_dn,m характеристик канала нисходящей линии связи и с помощью CCMI, MMSE или какой-либо другой методики.

Фиг.7 показывает блок-схему приемного пространственного процессора 440b и приемного процессора 442b данных, которые реализуют методику SIC и могут быть использованы для точки 110 доступа. Приемный пространственный процессор 440b и приемный процессор 442b данных реализуют N_up последовательных (т.е. каскадных) стадий обработки приемного устройства для N_up потоков символов данных, передаваемых N_up абонентскими терминалами. Каждая из стадий от 1 до N_up-1 включает в себя пространственный процессор 710, подавитель 720 помех, приемный процессор 730 потоков данных и передающий процессор 740 потоков данных. Последняя стадия включает в себя только пространственный процессор 710u и приемный процессор 730u потоков данных.

На стадии 1 пространственный процессор 710a выполняет пространственную обработку приемного устройства над N_ap принятыми потоками символов и предоставляет один восстановленный поток {S_up,j1} символов данных для абонентского терминала j₁, восстанавливаемого на первой стадии. Приемный процессор 730a потоков данных демодулирует, обратно перемежает и декодирует восстановленный поток {S_up,j1} символов данных и предоставляет декодированный поток {_up,j1} данных.Передающий процессор 740a потоков данных кодирует, перемежает и модулирует декодированный поток {_up,j1} данных способом, аналогичным выполняемому абонентским терминалом j₁ для этого потока и предоставляет ремодулированный поток {_up,j1} символов. Подавитель 720a помех выполняет пространственную обработку передающего устройства над ремодулированным потоком {_up,j1} символов с помощью эффективного вектора h_up,eff,j1 характеристик канала для абонентского терминала j₁ для того, чтобы получить N_ap компонентов помех вследствие потока {s_up,j1} символов данных. N_ap компонентов помех вычитаются из N_ap принятых потоков символов для того, чтобы получить N_ap модифицированных потоков символов, которые предоставляются стадии 2.

Каждая из стадий от 2 до N_up-1 выполняет такую же обработку, что и стадия 1, хотя и над N_ap модифицированными потоками символов из предыдущей стадии вместо N_ap принятых потоков символов. Последняя стадия выполняет пространственную обработку и декодирование над N_ap модифицированными потоками символов из стадии N_up-1 и не выполняет оценку и подавление помех.

Пространственные процессоры 710a-710u каждый могут реализовывать CCMI, MMSE или какую-либо другую методику. Каждый пространственный процессор 710 умножает входной (принятый или модифицированный) вектор r^l _sic символов с матрицей M^l _ap пространственного фильтра для того, чтобы получить обнаруженный вектор S^l _up символов, выбирает и масштабирует один из обнаруженных потоков символов и предоставляет масштабированный поток символов в качестве восстановленного потока символов данных для этой стадии. Матрица M^l _ap извлекается на основе сокращенной эффективной H^l _up,eff матрицы характеристик канала для этой стадии.

Фиг.8 показывает блок-схему варианта осуществления контроллера 430 и диспетчера 434 для оценки и диспетчеризации абонентских терминалов для передачи по нисходящей и восходящей линиям связи. В контроллере 430 процессор 810 запросов принимает запросы на доступ, отправляемые абонентскими терминалами 120, и, возможно, запросы на доступ от других источников. Эти запросы на доступ предназначены для передачи данных по нисходящей и/или восходящей линиям связи. Для ясности далее описывается диспетчеризация передачи по восходящей линии связи.

Процессор 810 запросов обрабатывает принимаемые запросы на доступ и предоставляет идентификаторы и состояние активных абонентских терминалов. Селектор 820 абонентов выбирает различные наборы абонентских терминалов из всех активных абонентских терминалов для оценки. Абонентские терминалы могут быть выбраны для оценки на основе различных факторов, таких как приоритет абонентов, объем данных для отправки, системные требования и т.п.

Блок 830 оценки оценивает каждый набор абонентских терминалов и предоставляет значение метрики для набора. Для простоты в последующем описании предполагается, что (1) общая пропускная способность используется в качестве метрики и (2) эффективный вектор характеристик канала доступен для каждого активного абонентского терминала. Блок 830 оценки включает в себя блок 840 вычисления матрицы и селектор 850 скорости. Блок 840 вычисления матрицы выполняет SNR-вычисление для каждого набора абонентских терминалов. Для каждого набора блок 840 формирует эффективную матрицу H_up,eff,n характеристик канала восходящей линии связи набора и вычисляет SNR каждого абонентского терминала в наборе на основе H_up,eff,n и методики пространственной обработки приемного устройства, используемой точкой доступа. Селектор 850 скорости принимает набор SNR для каждого абонентского набора и определяет скорость каждого абонентского терминала в наборе, а также общую пропускную способность R_n набора. Селектор 850 скорости может осуществлять доступ к таблице преобразования (LUT) 852, которая сохраняет набор скоростей, поддерживаемых системой, и их требуемые SNR. Селектор 850 скорости определяет наивысшую скорость, которая может быть использована для передачи по восходящей линии связи каждым абонентским терминалом на основе SNR, вычисленного для абонентского терминала. Селектор 850 скорости также накапливает скорости или пропускную способность для всех абонентских терминалов в каждом наборе для того, чтобы получить общую пропускную способность R_n набора.

Диспетчер 434 принимает (1) различные наборы абонентских терминалов из селектора 820 абонентов и (2) скорости абонентских терминалов и общую пропускную способность для каждого набора от селектора 850 скорости. Диспетчер 434 выбирает оптимальный набор абонентских терминалов из всех наборов, оцененных для каждого интервала диспетчеризации, и распределяет выбранные абонентские терминалы для передачи по восходящей линии связи. Диспетчер 434 предоставляет информацию о диспетчеризации, которая включает в себя идентификаторы выбранных абонентских терминалов, их скорости, назначенное время передачи (к примеру, начало и продолжительность передачи) и т.п. Информация о диспетчеризации отправляется выбранным абонентским терминалам.

Диспетчеризация передачи по нисходящей линии связи может быть выполнена аналогичным способом.

Описанные в данном документе методики передачи SDMA могут быть реализованы различными средствами. Например, эти методики могут быть реализованы в аппаратных средствах, программном обеспечении или их сочетании. При реализации в аппаратных средствах блоки обработки, используемые для того, чтобы поддерживать базовую беспроводную технологию (к примеру, CDMA или OFDM) и передачу SDMA по нисходящей или восходящей линии связи (к примеру, пространственную обработку передачи и приема в точке доступа и абонентском терминале, оценку различных абонентских наборов и т.п.), могут быть реализованы в одной или более специализированных интегральных схемах (ASIC), процессорах цифровых сигналов (DSP), устройствах цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), программируемых пользователем матричных БИС (FPGA), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных устройствах, предназначенных для того, чтобы выполнять описанные в данном документе функции, или их сочетании.

При реализации в программном обеспечении описанные в данном документе методики передачи SDMA могут быть реализованы с помощью модулей (к примеру, процедур, функций и т.п.), которые выполняют описанные в данном документе функции. Программные коды могут быть сохранены в блоке памяти (к примеру, в блоках 432 и 482 памяти на фиг.4) и приведены в исполнение процессором (к примеру, контроллером 430 и 480). Блок памяти может быть реализован в процессоре или внешне по отношению к процессору, причем во втором случае он может быть подсоединен к процессору с помощью различных средств, известных в данной области техники.

Заголовки включены в данный документ для ссылок и для того, чтобы помогать в поиске определенных разделов. Эти заголовки не предназначены для того, чтобы ограничивать область применения понятий, описанных здесь, и эти понятия могут иметь применимость в других разделах по всему подробному описанию.

Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления предоставлено для того, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники создавать или использовать настоящее изобретение. Различные модификации в этих вариантах осуществления будут явными для специалистов в данной области техники, а описанные в данном документе общие принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления без отступления от духа и области применения изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не предназначено для того, чтобы быть ограниченным показанными в данном документе вариантами осуществления, а должно удовлетворять самой широкой области применения, согласованной с принципами и новыми признаками, раскрытыми в данном документе.

Изобретение относится к обмену данными. Матрица характеристик канала восходящей линии связи обеспечивается для каждого терминала и разлагается для того, чтобы получить вектор управления, используемый терминалом для того, чтобы передавать по восходящей линии связи. "Эффективный" вектор характеристик канала восходящей линии связи формируется для каждого терминала на основе его вектора управления и матрицы характеристик канала. Несколько наборов терминалов оцениваются на основе эффективных векторов характеристик канала для того, чтобы определить оптимальный набор для передачи по восходящей линии связи. Каждый выбранный терминал выполняет пространственную обработку над своим потоком символов данных с помощью вектора управления и передает пространственно обработанный поток символов данных в точку доступа. Несколько выбранных абонентских терминалов одновременно передают свои потоки символов данных посредством соответствующих каналов точке доступа. Точка доступа выполняет пространственную обработку приемного устройства над принятыми потоками символов в соответствии с методикой пространственной обработки приемного устройства для того, чтобы восстановить потоки символов данных, передаваемые выбранными терминалами. 19 н. и 26 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ приема данных в системе связи с многоканальным входом и многоканальным выходом (MIMO), при этом способ содержит этапы, на которых:

получают из множества приемных антенн в приемном объекте множество принятых потоков символов для множества потоков символов данных, отправленных множеством передающих объектов, по одному потоку символов данных на один передающий объект, причем поток символов данных для каждого передающего объекта пространственно обрабатывается с помощью вектора управления передающего объекта и отправляется из множества передающих антенн в передающем объекте; и

обрабатывают множество принятых потоков символов в соответствии с методикой пространственной обработки приемного устройства для того, чтобы получить множество восстановленных потоков символов данных, которые являются оценкой множества потоков символов данных; при этом

вектор управления для каждого передающего объекта извлекается посредством этапов, на которых:

разлагают матрицу характеристик канала передающего объекта для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, и

формируют вектор управления для передающего объекта на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

получают из множества приемных антенн в приемном объекте множество принятых потоков символов для множества потоков символов данных, отправленных множеством передающих объектов, по одному потоку символов данных на один передающий объект, причем поток символов данных для каждого передающего объекта пространственно обрабатывается с помощью вектора управления передающего объекта и отправляется из множества передающих антенн в передающем объекте; и

обрабатывают множество принятых потоков символов в соответствии с методикой пространственной обработки приемного устройства для того, чтобы получить множество восстановленных потоков символов данных, которые являются оценкой множества потоков символов данных;

оценивают каждый из множества наборов передающих объектов на предмет возможной передачи на основе метрики и векторов управления передающих объектов в наборе; и

выбирают набор передающих объектов с наиболее высоким значением метрики для передачи.

множество приемных устройств, работающих так, чтобы получать от множества приемных антенн множество принятых потоков символов для множества потоков символов данных, отправленных множеством передающих объектов, по одному потоку символов данных на один передающий объект, причем поток символов данных для каждого передающего объекта пространственно обрабатывается с помощью вектора управления передающим объектом и отправляется из множества передающих антенн в передающем объекте; и

приемный пространственный процессор, работающий так, чтобы обрабатывать множество принятых потоков символов в соответствии с методикой пространственной обработки приемного устройства для того, чтобы получить множество восстановленных потоков символов данных, которые являются оценкой множества потоков символов данных; при этом

вектор управления для каждого передающего объекта извлекается посредством этапов, на которых:

разлагают матрицу характеристик канала передающего объекта для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, и

формируют вектор управления для передающего объекта на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

средство получения из множества приемных антенн множества принятых потоков символов для множества потоков символов данных, отправленных множеством передающих объектов, по одному потоку символов данных на один передающий объект, причем поток символов данных для каждого передающего объекта пространственно обрабатывается с помощью вектора управления передающего объекта и отправляется из множества передающих антенн в передающем объекте; и

средство обработки множества принятых потоков символов в соответствии с методикой пространственной обработки приемного устройства для того, чтобы получить множество восстановленных потоков символов данных, которые являются оценкой множества потоков символов данных; при этом

вектор управления для каждого передающего объекта извлекается посредством этапов, на которых:

разлагают матрицу характеристик канала передающего объекта для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, и

формируют вектор управления для передающего объекта на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

получают из множества приемных антенн в приемном объекте множество принятых потоков символов для множества потоков символов данных, отправленных множеством передающих объектов, по одному потоку символов данных на один передающий объект, причем поток символов данных для каждого передающего объекта пространственно обрабатывается с помощью вектора управления, извлекаемого независимо для передающего объекта и отправляется из множества передающих антенн в передающем объекте при этом множество потоков символов данных передается одновременно посредством множества передающих объектов; и

обрабатывают множество принятых потоков символов в соответствии с методикой пространственной обработки приемного устройства для того, чтобы получить множество восстановленных потоков символов данных, которые являются оценкой множества потоков символов данных; при этом

вектор управления для каждого передающего объекта извлекается посредством этапов, на которых:

разлагают матрицу характеристик канала передающего объекта для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, и

формируют вектор управления для передающего объекта на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

множество приемных устройств, работающих так, чтобы получать из множества приемных антенн множество принятых потоков символов для множества потоков символов данных, отправленных множеством передающих объектов, по одному потоку символов данных на один передающий объект, причем поток символов данных для каждого передающего объекта пространственно обрабатывается с помощью вектора управления, извлекаемого независимо для передающего объекта, и отправляется из множества передающих антенн в передающем объекте, при этом множество потоков символов данных передается одновременно посредством множества передающих объектов; и

приемный пространственный процессор, работающий так, чтобы обрабатывать множество принятых потоков символов в соответствии с методикой пространственной обработки приемного устройства для того, чтобы получить множество восстановленных потоков символов данных, которые являются оценкой множества потоков символов данных; при этом

вектор управления для каждого передающего объекта извлекается посредством этапов, на которых:

разлагают матрицу характеристик канала передающего объекта для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, и

формируют вектор управления для передающего объекта на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

получают множество векторов управления для множества приемных объектов, по одному вектору управления на каждый приемный объект, причем вектор управления для каждого приемного объекта извлекается на основе матрицы характеристик канала, указывающей характеристики MIMO-канала между передающим объектом и приемным объектом; и

выполняют пространственную обработку над множеством потоков символов данных с помощью множества векторов управления для того, чтобы получить множество потоков символов передачи для передачи от множества передающих антенн в передающем объекте во множество приемных объектов.

обрабатывают множество потоков данных в соответствии с множественным доступом с кодовым разделением каналов (CDMA) для того, чтобы получить множество потоков символов данных, причем каждый поток символов данных отправляется по соответствующему кодовому каналу и спектрально расширяется с помощью последовательности псевдослучайных чисел (PN).

обрабатывают множество потоков данных в соответствии с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) для того, чтобы получить множество потоков символов данных, причем каждый поток символов данных отправляется по соответствующему набору поддиапазонов.

контроллер, работающий так, чтобы получать множество векторов управления для множества приемных объектов, по одному вектору управления на каждый приемный объект, причем вектор управления для каждого приемного объекта извлекается на основе матрицы характеристик канала, указывающей характеристики MIMO-канала между передающим объектом и приемным объектом; и

передающий пространственный процессор, работающий так, чтобы выполнять пространственную обработку над множеством потоков символов данных с помощью множества векторов управления для того, чтобы получить множество потоков символов передачи для передачи от множества передающих антенн в передающем объекте во множество приемных объектов; при этом контроллер работает так, чтобы:

разлагать матрицу характеристик канала передающего объекта для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, и

формировать вектор управления для передающего объекта на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

средство получения множества векторов управления для множества приемных объектов, по одному вектору управления на каждый приемный объект, причем вектор управления для каждого приемного объекта извлекается на основе матрицы характеристик канала, указывающей характеристики MIMO-канала между передающим объектом и приемным объектом; и

средство выполнения пространственной обработки над множеством потоков символов данных с помощью множества векторов управления для того, чтобы получить множество потоков символов передачи для передачи от множества передающих антенн в передающем объекте во множество приемных объектов;

средство для разложения матрицы характеристик канала передающего объекта для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, и

средство для формирования вектора управления для передающего объекта на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

выбирают набор абонентских терминалов из множества абонентских терминалов;

формируют эффективную матрицу характеристик канала набора на основе эффективных векторов характеристик канала для абонентских терминалов в наборе, причем эффективный вектор характеристик канала для каждого абонентского терминала получается на основе вектора управления и матрицы характеристик канала для абонентского терминала, при этом вектор управления используется абонентским терминалом для пространственной обработки передающего устройства;

извлекают значение метрики для набора на основе эффективной матрицы характеристик канала для набора;

повторяют выбор, формирование и извлечение для каждого из множества наборов абонентских терминалов для того, чтобы получить множество значений метрики для множества наборов; и

назначают набор абонентских терминалов с наиболее высоким значением метрики для передачи; при этом

вектор управления для каждого абонентского терминала извлекается посредством этапов, на которых:

разлагают матрицу характеристик канала абонентского терминала для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, один собственный вектор для каждого сингулярного числа, и

формируют вектор управления для абонентского терминала на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

вычисляют соотношение "сигнал-помехи-и-шум" (SNR) для каждого абонентского терминала в наборе на основе эффективной матрицы характеристик канала набора и методики пространственной обработки приемного устройства,

определяют пропускную способность для каждого абонентского терминала в наборе на основе SNR абонентского терминала, и

накапливают пропускную способность абонентских терминалов для того, чтобы получить общую пропускную способность для набора.

селектор абонентов, работающий так, чтобы формировать множество наборов абонентских терминалов из множества абонентских терминалов;

блок оценки, работающий для каждого из множества наборов так, чтобы:

формировать эффективную матрицу характеристик канала набора на основе эффективных векторов характеристик канала для абонентских терминалов в наборе, причем эффективный вектор характеристик канала для каждого абонентского терминала получается на основе вектора управления и матрицы характеристик канала для абонентского терминала, при этом вектор управления используется абонентским терминалом для пространственной обработки передающего устройства, и

извлекать значение метрики для набора на основе эффективной матрицы характеристик канала для набора; и

диспетчер, работающий так, чтобы назначать набор абонентских терминалов из множества наборов абонентских терминалов с наиболее высоким значением метрики для передачи; при этом

вектор управления для каждого передающего объекта извлекается посредством этапов, на которых:

разлагают матрицу характеристик канала абонентского терминала для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, один собственный вектор для каждого сингулярного числа, и

формируют вектор управления для абонентского терминала на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

соотношение "сигнал-помехи-и-шум" (SNR) для каждого абонентского терминала в каждом наборе на основе эффективной матрицы характеристик канала набора и методики пространственной обработки приемного устройства, и

селектор скорости, работающий так, чтобы определять пропускную способность для каждого абонентского терминала в наборе на основе SNR абонентского терминала и накапливают пропускную способность абонентских терминалов для того, чтобы получить общую пропускную способность для набора, причем метрика - это общая пропускная способность, и набор абонентских терминалов с наивысшей общей пропускной способностью назначается для передачи.

средство выбора набора абонентских терминалов из множества абонентских терминалов;

средство формирования эффективной матрицы характеристик канала набора на основе эффективных векторов характеристик канала для абонентских терминалов в наборе, причем эффективный вектор характеристик канала для каждого абонентского терминала получается на основе вектора управления и матрицы характеристик канала для абонентского терминала, при этом вектор управления используется абонентским терминалом для пространственной обработки передающего устройства;

средство извлечения значения метрики для набора на основе эффективной матрицы характеристик канала для набора;

средство повторения выбора, формирования и извлечения для каждого из множества наборов абонентских терминалов для того, чтобы получить множество значений метрики для множества наборов; и

средство назначения набора абонентских терминалов с наиболее высоким значением метрики для передачи; при этом

вектор управления для каждого абонентского терминала извлекается посредством этапов, на которых:

разлагают матрицу характеристик канала абонентского терминала для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, один собственный вектор для каждого сингулярного числа, и

формируют вектор управления для абонентского терминала на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

средство вычисления соотношения "сигнал-помехи-и-шум" (SNR) для каждого абонентского терминала в наборе на основе эффективной матрицы характеристик канала набора и методики пространственной обработки приемного устройства,

средство определения пропускной способности для каждого абонентского терминала в наборе на основе SNR абонентского терминала; и

средство накопления пропускной способности абонентских терминалов в наборе для того, чтобы получить общую пропускную способность набора, причем метрика - это общая пропускная способность, и набор абонентских терминалов с наивысшей общей пропускной способностью назначается для передачи.

выбирают набор абонентских терминалов из множества абонентских терминалов в системе связи с многоканальным входом и многоканальным выходом (MIMO);

формируют эффективную матрицу характеристик канала набора на основе эффективных векторов характеристик канала для абонентских терминалов в наборе, причем эффективный вектор характеристик канала для каждого абонентского терминала получается на основе вектора управления и матрицы характеристик канала для абонентского терминала, при этом вектор управления используется абонентским терминалом для пространственной обработки передающего устройства;

извлекают значение метрики для набора на основе эффективной матрицы характеристик канала для набора;

повторяют выбор, формирование и извлечение для каждого из множества наборов абонентских терминалов для того, чтобы получить множество значений метрики для множества наборов; и

назначают набор абонентских терминалов с наиболее высоким значением метрики для передачи; при этом

вектор управления для каждого абонентского терминала извлекается посредством этапов, на которых:

разлагают матрицу характеристик канала абонентского терминала для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, один собственный вектор для каждого сингулярного числа, и

формируют вектор управления для абонентского терминала на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел.

получают матрицу характеристик канала, указывающую характеристики MIMO-канала между передающим объектом и приемным объектом в MIMO-системе;

разлагают матрицу характеристик канала для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, по одному собственному вектору на каждое сингулярное число; и

извлекают вектор управления для передающего объекта на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел, и

при этом множество векторов управления извлекаются из множества передающих объектов и используются для пространственной обработки множеством передающих объектов для того, чтобы параллельно передавать множество потоков символов данных приемного объекта.

блок оценки канала, работающий так, чтобы получать матрицу характеристик канала, указывающую характеристики MIMO-канала между передающим объектом и приемным объектом в MIMO-системе; и

контроллер, работающий так, чтобы разлагать матрицу характеристик канала для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, по одному собственному вектору на каждое сингулярное число, и извлекать вектор управления для передающего объекта на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел, и

при этом множество векторов управления извлекаются из множества передающих объектов и используются для пространственной обработки множеством передающих объектов для того, чтобы параллельно передавать множество потоков символов данных приемного объекта.

средство получения матрицы характеристик канала, указывающей характеристики MIMO-канала между передающим объектом и приемным объектом в MIMO-системе;

средство разложения матрицы характеристик канала для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, по одному собственному вектору на каждое сингулярное число; и

средство извлечения вектора управления для передающего объекта на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел, и

при этом множество векторов управления извлекаются из множества передающих объектов и используются для пространственной обработки множеством передающих объектов для того, чтобы параллельно передавать множество потоков символов данных в приемный объект.

получают вектор управления для передающего объекта, причем вектор управления извлекается на основе матрицы характеристик канала, указывающей характеристики MIMO-канала между передающим объектом и приемным объектом в MIMO-системе;

разлагают матрицу характеристик канала для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, один собственный вектор для каждого сингулярного числа, и

формируют вектор управления на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел и

выполняют пространственную обработку над потоком символов данных с помощью вектора управления для того, чтобы получить множество потоков символов передачи для передачи от множества антенн в передающем объекте в приемный объект, и

при этом множество векторов управления получается и используется для пространственной обработки множеством передающих объектов, в том числе передающим объектом для того, чтобы параллельно передавать множество потоков символов данных приемного объекта.

доступом с кодовым разделением каналов (CDMA) для того, чтобы получить поток символов данных, причем поток символов данных отправляется по кодовому каналу и спектрально расширяется с помощью последовательности псевдослучайных чисел (PN).

с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) для того, чтобы получить поток символов данных, причем поток символов данных отправляется по назначенному набору поддиапазонов.

принимают контрольный сигнал от приемного объекта; и

обрабатывают принятый контрольный сигнал для того, чтобы получить матрицу характеристик канала.

контроллер, работающий так, чтобы

получать вектор управления для передающего объекта, причем вектор управления извлекается на основе матрицы характеристик канала, указывающей характеристики MIMO-канала между передающим объектом и приемным объектом в MIMO-системе;

разлагать матрицу характеристик канала для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, один собственный вектор для каждого сингулярного числа, и

извлекать вектор управления на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел; и

передающий пространственный процессор, работающий так, чтобы выполнять пространственную обработку над потоком символов данных с помощью вектора управления для того, чтобы получить множество потоков символов передачи для передачи от множества антенн в передающем объекте в приемный объект, и

при этом множество векторов управления получается и используется для пространственной обработки множеством передающих объектов, в том числе передающим объектом для того, чтобы параллельно передавать множество потоков символов данных приемному объекту.

блок оценки канала, работающий так, чтобы принимать и обрабатывать контрольный сигнал от приемного объекта для того, чтобы получить матрицу характеристик канала.

передающий процессор данных, работающий так, чтобы обрабатывать поток данных в соответствии с множественным доступом с кодовым разделением каналов (CDMA) для того, чтобы получить поток символов данных, причем поток символов данных отправляется по кодовому каналу и спектрально расширяется с помощью последовательности псевдослучайных чисел (PN).

передающий процессор данных, работающий так, чтобы обрабатывать поток данных в соответствии с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) для того, чтобы получить поток символов данных, причем поток символов данных отправляется по назначенному набору поддиапазонов.

средство получения вектора управления для передающего объекта, причем вектор управления извлекается на основе матрицы характеристик канала, указывающей характеристики MIMO-канала между передающим объектом и приемным объектом в MIMO-системе;

средство для разложения матрицы характеристик канала передающего объекта для того, чтобы получить множество собственных векторов и множество сингулярных чисел, один собственный вектор для каждого сингулярного числа, и

средство для извлечения вектора управления на основе собственного вектора, соответствующего наибольшему сингулярному числу из множества сингулярных чисел; и

средство выполнения пространственной обработки над потоком символов данных с помощью вектора управления для того, чтобы получить множество потоков символов передачи для передачи от множества антенн в передающем объекте в приемный объект, и

при этом множество векторов управления получается и используется для пространственной обработки множеством передающих объектов, в том числе передающим объектом для того, чтобы параллельно передавать множество потоков символов данных в приемный объект.