СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ В СИСТЕМАХ СВЯЗИ С МНОЖЕСТВОМ ВХОДОВ И МНОЖЕСТВОМ ВЫХОДОВ Российский патент 2010 года по МПК H04B7/06 H04L27/26 

Описание

Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет предварительной заявки на патент № 60/660,719, имеющей название "Apparatus to Obtain Pseudo Eigen Beamforming Gains in MIMO Systems", с датой подачи 10 марта 2005 г., предварительной заявки на патент № 60/678,610, имеющей название "SYSTEM AND METHODS FOR GENERATING BEAMFORMING GAINS IN MULTI-INPUT MULTI-OUTPUT COMMUNICATION SYSTEMS", с датой подачи 6 мая 2005 г, предварительной заявки на патент № 60/691,467, имеющей название "SYSTEMS AND METHODS FOR BEAMFORMING IN MULTI-INPUT MULTI-OUTPUT COMMUNICATION SYSTEMS", с датой подачи 16 июня 2005 г. и предварительной заявки на патент № 60/691,432, имеющей название "SYSTEMS AND METHODS FOR BEAMFORMING AND RATE CONTROL IN A MULTI-INPUT MULTI-OUTPUT COMMUNICATION SYSTEM", с датой подачи 16 июня 2005, права на которые переуступлены правопреемнику настоящего изобретения и которые, тем самым, включены в настоящий документ в явном виде путем ссылки.

I. Ссылка на заявки на патент, находящиеся в процессе одновременного рассмотрения

Настоящая заявка на изобретение является родственной следующим заявкам, находящимся в процессе одновременного рассмотрения: заявке на патент США № 050507U2 в досье патентного поверенного, имеющей название "Systems And Methods For Beamforming In Multi-Input Multi-Output Communication Systems" и имеющей ту же самую дату подачи, что и настоящая заявка на изобретение. Настоящая заявка на изобретение также является родственной заявке на патент США № 60/660925 с датой подачи 10 марта 2005 г.; и заявке на патент США № 60/667705, с датой подачи 1 апреля 2005, права на каждую из которых переуступлены правопреемнику настоящего изобретения и которые включены в настоящий документ в явном виде путем ссылки.

Область техники

Настоящий документ относится к области беспроводной связи, более конкретно, к формированию диаграммы направленности антенны для систем беспроводной связи.

Известный уровень техники

Система множественного доступа с ортогональным частотным разделением (МДОЧР) использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (МОЧР). МОЧР представляет собой способ модуляции на нескольких несущих, который делит полную ширину полосы пропускания системы на множество (N) ортогональных частотных поднесущих. Эти поднесущие также могут именоваться тонами, элементами дискретизации и частотными каналами. Каждая поднесущая связана с соответствующей поднесущей, которая может быть промодулирована данными. На поднесущих, общее количество которых равно N, может быть передано до N модуляционных символов в каждом периоде символа МОЧР. Преобразование этих модуляционных символов во временную область осуществляют способом N-точечного быстрого обратного преобразования Фурье (БОПФ) для генерации преобразованного символа, содержащего N элементарных посылок или выборок сигнала во временной области.

В системе связи со скачкообразной перестройкой частоты данные передают на различных частотных поднесущих в течение различных промежутков времени, которые могут именоваться "периодами скачкообразной перестройки". Эти частотные поднесущие могут быть созданы способом мультиплексирования с ортогональным частотным разделением, другими способами модуляции на нескольких несущих или некоторыми иными способами. При скачкообразной перестройке частоты передачу данных осуществляют путем псевдослучайных перескоков с одной поднесущей на другую поднесущую. Эта скачкообразная перестройка обеспечивает частотное разнесение и возможность лучше противостоять вредным воздействиям в тракте передачи, таким как, например, узкополосные помехи, взаимные помехи при приеме, замирание и т.д. при передаче данных.

Система МДОЧР может обеспечивать одновременное обслуживание множества терминалов доступа. Для системы МДОЧР со скачкообразной перестройкой частоты передача данных для заданного терминала доступа может производиться по каналу "трафика", связанному с конкретной последовательностью скачкообразной перестройки частоты (СПЧ). Эта последовательность СПЧ указывает конкретные поднесущие, которые подлежат использованию для передачи данных в каждый период скачкообразной перестройки. Может производиться одновременная передача множества передаваемых данных для множества терминалов доступа по множеству каналов информационного обмена, связанных с различными последовательностями СПЧ. Эти последовательности СПЧ могут быть заданы как ортогональные одна относительно другой, поэтому в каждом периоде скачкообразной перестройки каждая поднесущая используется только одним каналом информационного обмена и, следовательно, только для одной передачи данных. При использовании ортогональных последовательностей СПЧ множество передач данных обычно не создают взаимных помех вследствие использования преимуществ частотного разнесения.

Проблема, которую необходимо решать во всех системах связи, состоит в том, что приемник расположен в конкретном участке зоны, обслуживаемой узлом доступа. В таких случаях, когда передатчик имеет множество передающих антенн, не обязательно должно выполняться объединение сигналов, передаваемых из каждой антенны, для обеспечения максимальной мощности в приемнике. В этих случаях могут возникать проблемы при декодировании сигналов, принятых в приемнике. Один из способов решения этих проблем состоит в использовании формирования диаграммы направленности антенны.

Формирование диаграммы направленности антенны представляет собой способ пространственной обработки, который улучшает отношение сигнал - шум канала беспроводной связи при наличии множества антенн. Как правило, формирование диаграммы направленности антенны может использоваться в любом передатчике и/или приемнике в системе с множеством антенн. Формирование диаграммы направленности антенны обеспечивает множество преимуществ по улучшению значений отношения сигнал - шум, что улучшает декодирование сигналов приемником.

Проблема при формировании диаграммы направленности антенны для систем передачи МОЧР состоит в получении надлежащей информации о канале (каналах) между передатчиком и приемником для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны в системах беспроводной связи, в том числе в системах, основанных на МОЧР. Это является проблемой вследствие сложности, необходимой для вычисления весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны, и необходимости предоставления достаточного объема информации из приемника в передатчик.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения аппаратура беспроводной связи содержит, по меньшей мере, две антенны и устройство обработки. Устройство обработки выполнено таким образом, что осуществляет генерацию весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны на основании информации о канале, соответствующей нескольким трактам передачи, количество которых является меньшим, чем общее количество трактов передачи из аппаратуры беспроводной связи в устройство беспроводной связи.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения аппаратура беспроводной связи содержит, по меньшей мере, две антенны и средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны на основании информации о канале, соответствующей нескольким трактам передачи, количество которых является меньшим, чем количество трактов передачи из передающих антенн, которыми являются, по меньшей мере, две антенны, в устройство беспроводной связи.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ формирования весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны, содержащий следующие операции: считывают информацию о канале, соответствующую нескольким трактам передачи, количество которых меньше, чем количество трактов передачи между беспроводным передатчиком и беспроводным приемником, и осуществляют генерацию весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны на основании информации о канале для их передачи из передающих антенн беспроводного передатчика.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения аппаратура беспроводной связи содержит, по меньшей мере, две антенны и устройство обработки, выполненное таким образом, что для передачи символов в устройство беспроводной связи оно осуществляет генерацию весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны на основании информации о канале, соответствующей нескольким приемным антеннам устройства беспроводной связи, причем количество приемных антенн меньше, чем общее количество антенн, используемых для приема в устройстве беспроводной связи.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения аппаратура беспроводной связи содержит, по меньшей мере, две антенны и средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны на основании информации о канале, соответствующей нескольким каналам, количество которых меньше, чем количество приемных антенн в устройстве беспроводной связи.

В дополнительных вариантах осуществления настоящего изобретения в аппаратуру беспроводной связи могут быть поданы весовые коэффициенты собственной диаграммы направленности антенны, сформированные в устройстве беспроводной связи, и они могут быть использованы в дополнение к информации о канале или вместо нее.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения информация о канале может содержать статистические данные о канале, информацию о качестве канала (ИКК) и/или оценки параметров канала.

Понятно, что другие объекты раскрытия сущности настоящего изобретения легко станут очевидными для специалистов в данной области техники из приведенного ниже подробного описания, в котором продемонстрированы и описаны только лишь примеры вариантов осуществления настоящего изобретения, которые служат просто в качестве иллюстративных примеров. Понятно, что помимо раскрытых здесь вариантов осуществления настоящего изобретения могут существовать иные и отличающиеся от описанных варианты осуществления и объекты изобретения, и что некоторые его подробности могут быть видоизменены различным образом, причем все это не выходит за пределы объема раскрытия сущности настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Признаки, сущность и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения могут стать более очевидными из приведенного ниже подробного описания при его рассмотрении совместно с чертежами, на которых одинаковыми номерами позиций на разных чертежах обозначены, соответственно, одинаковые блоки и на которых изображено следующее:

на Фиг. 1 проиллюстрирована система беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на Фиг. 2 проиллюстрирована схема распределения спектра частот для системы беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на Фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема распределения частот по времени для системы беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на Фиг. 4 проиллюстрированы передатчик и приемник в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на Фиг. 5А проиллюстрирована блок-схема прямой линии свяизи в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на Фиг. 5Б проиллюстрирована блок-схема обратной линии связи в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на Фиг. 6 проиллюстрирована блок-схема системы передатчика в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на Фиг. 7 проиллюстрирована блок-схема системы приемника в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на Фиг. 8 проиллюстрирована схема последовательности операций генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на Фиг. 9 проиллюстрирована схема последовательности операций генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны согласно другому варианту осуществления изобретения; и

на Фиг. 10 проиллюстрирована схема последовательности операций генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны согласно еще одному варианту осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На Фиг. 1 проиллюстрирована система беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Система 100 беспроводной связи с множественным доступом содержит множество ячеек сотовой связи, например ячейки 102, 104 и 106 сотовой связи. В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг. 1, каждая ячейка 102, 104 и 106 сотовой связи может содержать узел 150 доступа, содержащий множество секторов. Множество секторов сформировано посредством групп антенн, каждая из которых отвечает за связь с терминалами доступа в части ячейки сотовой связи. В ячейке 102 сотовой связи находятся группы 112, 114 и 116 антенн, каждая из которых соответствует различному сектору. В ячейке 104 находятся группы 118, 120 и 122 антенн, каждая из которых соответствует различному сектору. В ячейке 106 находятся группы 124, 126 и 128 антенн, каждая из которых соответствует различному сектору.

Каждая ячейка сотовой связи содержит несколько терминалов доступа, которые поддерживают связь с одним или с большим количеством секторов каждого узла доступа. Например, терминалы 130 и 132 доступа поддерживают связь с базовой станцией 142, терминалы 134 и 136 доступа поддерживают связь с узлом 144 доступа, а терминалы 138 и 140 доступа поддерживают связь с узлом 146 доступа.

Из Фиг. 1 видно, что место расположения каждого терминала 130, 132, 134, 136, 138 и 140 доступа в соответствующей ему ячейке сотовой связи является иным, чем место расположения каждого из других терминалов доступа в той же самой ячейке сотовой связи. Кроме того, каждый терминал доступа может находиться на различном расстоянии от соответствующих групп антенн, с которыми он поддерживает связь. Оба эти фактора наряду с внешними условиями в ячейке сотовой связи являются причиной наличия различных состояний канала между каждым терминалом доступа и соответствующей ему группой антенн, с которой он поддерживает связь.

Используемый здесь термин "узел доступа" может означать стационарную станцию, используемую для связи с терминалами, и также может именоваться базовой станцией, узлом B (Node B) или каким-либо иным термином и содержать некоторые или все функциональные возможности этих устройств. Терминал доступа может также именоваться абонентской аппаратурой (UE), устройством беспроводной связи, оконечным устройством, подвижной станцией или каким-либо иным термином и содержать некоторые или все функциональные возможности этих устройств.

На Фиг. 2 проиллюстрирована схема распределения спектра частот для системы беспроводной связи с множественным доступом. Множество символов 200 МОЧР распределено по T периодам символа и по S частотным поднесущим. Каждый символ 200 МОЧР содержит один период символа из T периодов символа и тон или частотную поднесущую из S поднесущих.

В системе МОЧР со скачкообразной перестройкой частоты конкретному терминалу доступа может быть выделен один или большее количество символов 200. В одном из вариантов осуществления изобретения схемы распределения, который показан на Фиг. 2, группе терминалов доступа для обеспечения связи по обратной линии связи выделена одна или большее количество областей скачкообразной перестройки для символов, например, область 202 скачкообразной перестройки. В каждой области скачкообразной перестройки присвоение символов может быть выполнено по случайному закону для уменьшения потенциально возможных помех и для обеспечения частотного разнесения, противодействующего вредным воздействиям на тракт передачи.

Каждая область 202 скачкообразной перестройки содержит символы 204, выделенные для передачи по прямой линии связи в один или большее количество терминалов доступа, поддерживающих связь с сектором узла доступа, и для приема из этих терминалов доступа по обратной линии связи. В течение каждого периода скачкообразной перестройки, или кадра, местоположение области 202 скачкообразной перестройки в пределах T периодов символа и на S поднесущих изменяется в соответствии с последовательностью скачкообразной перестройки. Кроме того, распределение символов 204 для отдельных терминалов доступа в пределах области 202 скачкообразной перестройки может изменяться для каждого периода скачкообразной перестройки.

Последовательность скачкообразной перестройки может обеспечивать выбор местоположения области 202 скачкообразной перестройки для каждого периода скачкообразной перестройки, производимый псевдослучайным образом, по случайному закону или согласно заранее заданной последовательности. Последовательности скачкообразной перестройки для различных секторов одного и того же узла доступа созданы таким образом, что являются взаимно ортогональными во избежание "внутриячеечных" помех между терминалами доступа, поддерживающими связь с одним и тем же узлом доступа. Кроме того, последовательности скачкообразной перестройки для каждого узла доступа могут быть псевдослучайными относительно последовательностей скачкообразной перестройки для соседних узлов доступа. Это может помочь в рандомизации "межячеечных" помех между терминалами доступа, поддерживающими связь с различными узлами доступа.

В случае связи по обратной линии связи некоторые из символов 204 из области 202 скачкообразной перестройки выделены для контрольных символов, которые передают из терминалов доступа в узел доступа. Процедура распределения контрольных символов для символов 204 предпочтительно должна обеспечивать поддержку множественного доступа с пространственным разделением (МДПР), при котором сигналы от различных терминалов доступа, накладывающиеся друг на друга в той же самой области скачкообразной перестройки, могут быть разделены вследствие наличия множества приемных антенн в секторе или в узле доступа при условии достаточного различия пространственных характеристик, соответствующих различным терминалам доступа.

Хотя на Фиг. 2 область 202 скачкообразной перестройки имеет длину, равную семи периодам символа, область 202 скачкообразной перестройки может иметь длину, равную любой желательной величине, ее размер может изменяться между периодами скачкообразной перестройки или между различными областями скачкообразной перестройки в заданном периоде скачкообразной перестройки.

Хотя вариант осуществления изобретения по Фиг. 2 описан применительно к использованию блочной скачкообразной перестройки, местоположение блока не обязательно должно изменяться между последовательными периодами скачкообразной перестройки.

На Фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема распределения частот по времени для системы беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Распределение частот по времени содержит промежутки 300 времени, которые содержат контрольные символы 310, передаваемые способом широковещательной передачи из узла доступа во все терминалы доступа, которые поддерживают с ним связь. Распределение частот по времени также содержит промежутки 302 времени, которые содержат одну или большее количество областей 320 скачкообразной перестройки, каждая из которых содержит один или большее количество специализированных контрольных символов 322, передаваемых в один или в большее количество желательных терминалов доступа. Специализированные контрольные символы 322 могут содержать те же самые весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны, которые применяют для символов данных, передаваемых в терминалы доступа.

Широкополосные контрольные символы 310 и специализированные контрольные символы 322 могут быть использованы терминалами доступа для генерации информации о качестве канала (ИКК), относящейся к каналам связи между терминалом доступа и узлом доступа, для канала между каждой передающей антенной, посредством которой производят передачу символов, и приемной антенной, посредством которой принимают эти символы. В одном из вариантов осуществления изобретения оценка параметров канала может содержать сведения о шуме, о значениях отношения сигнал - шум, о мощности контрольного сигнала, о замирании, о задержках, о потерях в тракте передачи, об экранировании, о корреляции или любую иную измеримую характеристику канала беспроводной связи.

В одном из вариантов осуществления изобретения может быть осуществлена генерация информации ИКК, которой могут являться значения эффективного отношения сигнал - шум (ОСШ), и она может быть подана в узел доступа отдельно в качестве широкополосных контрольных символов 310 (эту информацию именуют широкополосной ИКК). Информация ИКК также может представлять значения эффективного отношения сигнал - шум (ОСШ), сгенерированные и поданные в узел доступа отдельно в качестве специализированных контрольных символов 322 (эту информацию именуют специализированной ИКК или ИКК со сформированной диаграммой направленности). Таким образом, узел доступа может иметь информацию о качестве канала (ИКК) для всей ширины полосы частот, доступной для связи, а также для конкретных областей скачкообразной перестройки, которые были использованы для передачи в терминал доступа. ИКК от широкополосных контрольных символов 310 и от специализированных контрольных символов 322 независимо может обеспечивать более точное прогнозирование скорости передачи для следующего передаваемого пакета данных, для больших распределений со случайными последовательностями скачкообразной перестройки и для согласованного выделения области скачкообразной перестройки для каждого абонента. Вне зависимости от того, какую именно информацию ИКК передают по обратной линии связи, в некоторых вариантах осуществления изобретения широкополосная ИКК, периодически предоставляемая таким способом из терминала доступа в узле доступа, может быть использована для распределения мощности передачи по одному или по большему количеству каналов прямой линии связи, например, по каналам управления прямой линии связи.

Кроме того, в тех ситуациях, когда график передачи по прямой линии связи для терминала доступа не установлен или когда он установлен таким образом, что передачи производят нерегулярно, то есть, когда для терминала доступа не запланирована передача по прямой линии связи в течение каждого периода скачкообразной перестройки, широкополосная ИКК может быть подана по каналу обратной линии связи в узел доступа для следующей передачи по каналу прямой линии связи, например, путем передачи служебных сигналов по обратной линии связи или по каналу управления. Эта широкополосная ИКК не содержит коэффициенты усиления для формирования диаграммы направленности антенны, так как для широкополосных контрольных символов 310 диаграмма направленности антенны обычно не сформирована.

В одном из вариантов осуществления изобретения узел доступа может получать весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны на основании ее оценок параметров канала с использованием передач по обратной линии связи из терминала доступа. Узел доступа может получать оценки параметров канала на основании символов, содержащих информацию ИКК, переданную из терминала доступа по выделенному каналу, например, путем передачи служебных сигналов или по каналу управления, специально предназначенному для обратной связи из терминала доступа. Вместо использования информации ИКК для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны могут быть использованы оценки параметров канала.

В другом варианте осуществления изобретения узел доступа может получать весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны на основании оценок параметров канала, определенных в терминале доступа и предоставленных в узел доступа путем передачи по обратной линии связи. Если терминал доступа также имеет назначение обратной линии связи в каждом кадре или периоде скачкообразной перестройки, либо в отдельном, либо в том же самом периоде скачкообразной перестройки или кадре, что и при передаче по прямой линии связи, то информация об оценке параметров канала может быть предоставлена в узел доступа путем передач по обратной линии связи согласно установленному графику. Переданные оценки параметров канала могут быть использованы для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны.

В другом варианте осуществления изобретения узел доступа может принимать весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны из терминала доступа путем их передачи по обратной линии связи. Если терминал доступа также имеет назначение обратной линии связи в каждом кадре или периоде скачкообразной перестройки, либо в отдельном, либо в том же самом периоде скачкообразной перестройки или кадре, что и при передаче по прямой линии связи, то весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны могут быть предоставлены в узел доступа путем передач по обратной линии связи согласно установленному графику.

Используемые здесь термины "информация о качестве канала (ИКК)", "оценки параметров канала", "данные о собственной диаграмме направленности антенны, передаваемые по обратной линии связи" или их комбинации могут трактоваться как информация о канале, используемая узлом доступа для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны.

На Фиг. 4 проиллюстрированы передатчик и приемник в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения. В системе 410 передатчика данные трафика для нескольких потоков данных подают из источника 412 данных в процессор 444 данных передачи. В одном из вариантов осуществления изобретения каждый поток данных передают через соответствующую передающую антенну. Процессор 444 данных передачи форматирует, кодирует и выполняет перемежение данных трафика для каждого потока данных на основании конкретного алгоритма кодирования, выбранного для этого потока данных, создавая закодированные данные. В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 444 данных передачи применяет весовые коэффициенты, предназначенные для формирования диаграммы направленности антенны, к символам потоков данных, на основании сведений об абоненте, которому производят передачу символов, и об антенне, из которой передают символ. В некоторых вариантах осуществления изобретения генерация весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны может быть осуществлена на основании информации об отклике канала, указывающей состояние трактов передачи между узлом доступа и терминалом доступа. Эта информация об отклике канала может быть сгенерирована с использованием информации ИКК или оценок параметров канала, предоставленных абонентом. Кроме того, в случаях передач согласно установленному графику процессор 444 данных передачи может выбрать формат пакета на основании информации о ранге, переданной от абонента.

Может быть произведено мультиплексирование закодированных данных для каждого потока данных с данными контрольного сигнала, используя способы МОЧР. Данные контрольного сигнала обычно представляют собой известную комбинацию данных, обработанную известным способом, и они могут использоваться в системе приемника для оценки отклика канала. Затем выполняют модуляцию мультиплексированных данных контрольного сигнала и закодированных данных для каждого потока данных (то есть их отображение на символы) на основании конкретной схемы модуляции (например, двухпозиционной фазовой манипуляции (ДФМн), квадратурной фазовой манипуляции (КФМн), М-позиционной фазовой манипуляции (М-ФМн) или М-позиционной квадратурной амплитудной модуляции (М-КВАМ)), выбранной для этого потока данных, для создания модуляционных символов. Скорость передачи данных, кодирование и модуляция для каждого потока данных могут быть определены посредством исполняемых команд, поданных процессором 430. В некоторых вариантах осуществления изобретения количество параллельных пространственных потоков может изменяться в соответствии с информацией о ранге, переданной от абонента.

Модуляционные символы для всех потоков данных затем подают в процессор 446 передаваемых данных MIMO, который может выполнять дополнительную обработку модуляционных символов (например, МОРЧ). Затем процессор 446 передаваемых данных MIMO подает N _T потоков символов в N _T передатчиков (ПРД) 422a-422t. В определенных вариантах осуществления изобретения процессор 446 передаваемых данных MIMO применяет весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны к символам потоков данных на основании сведений об абоненте, которому передают символы, и об антенне, из которой передают символ, полученных из этой информации абонента об отклике канала.

Каждый передатчик 422 принимает и обрабатывает соответствующий поток символов, создавая один или большее количество аналоговых сигналов, и, кроме того, осуществляет предварительное формирование (например, усиление, фильтрацию и преобразование с повышением частоты) аналоговых сигналов, создавая модулированный сигнал, пригодный для передачи по каналу системы MIMO. Затем производят передачу N _T модулированных сигналов из передатчиков 422a-422t через N _T соответствующих антенн 424a-424t.

В системе 420 приемника переданные модулированные сигналы принимают посредством N _R антенн 452a-452r, и принятый сигнал из каждой антенны 452 подают в соответствующий приемник (ПРМ) 454a-454r. Каждый приемник 454 осуществляет предварительное формирование (например, фильтрацию, усиление и преобразование с понижением частоты) соответствующего принятого сигнала, преобразовывает предварительное сформированный сигнал в цифровую форму, создавая выборки, и производит дальнейшую обработку выборок для создания соответствующего "принятого" потока символов.

Затем процессор 460 принятых данных (RX) получает и обрабатывает N _R принятых потоков символов из N _R приемников 454a-454r на основании конкретного способа обработки в приемнике для получения номера ранга "обнаруженных" потоков символов. Более подробное описание обработки, выполняемой процессором 460 принятых данных, приведено ниже. Каждый обнаруженный поток символов содержит символы, которые представляют собой оценочные значения модуляционных символов, переданных для соответствующего потока данных. Затем процессор 460 принятых данных выполняет демодуляцию, обращение перемежения и декодирование каждого обнаруженного потока символов для восстановления данных трафика для потока данных, которые подают в приемник 464 данных для хранения и/или дополнительной обработки. Обработка, выполняемая процессором 460 принятых данных, является взаимодополняющей для той обработки, которая выполнена процессором 446 передаваемых данных MIMO и процессором 444 данных передачи в системе 410 передатчика.

Оценка отклика канала, сгенерированная процессором 460 принятых данных, может использоваться для выполнения пространственной, пространственно/временной обработки в приемнике, для регулировки уровней мощности, для изменения степени или алгоритмов модуляции или для иных действий. Кроме того, процессор 460 принятых данных может оценивать значения отношения "сигнал - смесь помехи с шумом" (ОСШ) для обнаруженных потоков символов и, возможно, другие характеристики канала, и подавать эти величины в процессор 470. Процессор 460 принятых данных или процессор 470 могут дополнительно вычислять оценочное значение "эффективного" ОСШ для системы. Затем процессор 470 предоставляет оценочную информацию о канале (ОИК), которая может содержать информацию различных типов относительно линии связи и/или принятого потока данных. Например, ОИК может содержать только рабочее значение ОСШ. Затем выполняют обработку ОИК процессором 478 данных передачи, который также получает из источника 476 данных данные трафика для нескольких потоков данных, подвергнутые модуляции посредством модулятора 480, подвергнутые предварительному формированию передатчиками 454a-454r и переданные обратно в систему 410 передатчика.

В системе передатчика 410 модулированные сигналы из системы 450 приемника принимают посредством антенн 424, выполняют их предварительное формирование приемниками 422, их демодуляцию посредством демодулятора 490 и их обработку процессором 492 принятых данных для восстановления ОИК, переданной из системы приемника, и подают данные в приемник 494 данных для хранения и/или дополнительной обработки. Переданную ОИК затем подают в процессор 430 и используют (1) для определения скорости передачи данных и алгоритмов кодирования и модуляции, которые следует использовать для потоков данных, и (2) для генерации различных средств управления для процессора 444 данных передачи, и для процессора 446 передаваемых данных MIMO.

Следует отметить, что передатчик 410 осуществляет передачу множества потоков символов в множество приемников, например, в множество терминалов доступа, в то время как приемник 420 осуществляет передачу одного потока данных в одну структуру, например, в узел доступа, таким образом, учитывают изображенные на чертеже отличающиеся каналы приема и передачи. Однако обоими передатчиками могут являться передатчики с множеством входов и множеством выходов, что, следовательно, делает прием и передачу идентичными.

В приемнике могут использоваться различные способы обработки для обработки N _R принятых сигналов с целью обнаружения N _T переданных потоков символов. Эти способы обработки в приемнике могут быть классифицированы на две основные категории (i) способы пространственной и пространственно-временной обработки в приемнике (которые также именуют способами выравнивания); и (ii) способ обработки в приемнике путем "последовательного обнуления/выравнивания и подавления помех" (который также именуют способом обработки в приемнике путем "последовательного подавления помех" или "последовательного подавления").

Канал системы MIMO, сформированный посредством N _T передающих и N _R приемных антенн, может быть разложен на N _S независимых каналов, где N _S≤min{N _T,N _R}. Каждые N _S независимых каналов могут также именоваться пространственным подканалом (или каналом передачи) канала системы с множеством входов и множеством выходов и соответствуют размерности.

Для канала системы MIMO полного ранга, где N _S=N _T≤N _R, независимый поток данных может быть передан с каждой из N _T передающих антенн. Переданные потоки данных могут иметь различные состояния канала (например, различные эффекты замирания и многолучевого распространения), и в них могут быть достигнуты различные значения отношения "сигнал - смесь помехи с шумом" (ОСШ) для заданной величины мощности передачи. Кроме того, в тех случаях, когда в приемнике используется последовательная обработка по подавлению помех для восстановления переданных потоков данных, могут быть достигнуты различные значения ОСШ для потоков данных в зависимости от конкретного порядка, в котором производят восстановление потоков данных. Следовательно, могут поддерживаться различные скорости передачи данных для различных потоков данных в зависимости от достигнутых для них значений ОСШ. Так как с течением времени состояния канала обычно изменяются, то скорость передачи данных, поддерживаемая каждым потоком данных, также изменяется во времени.

Схема MIMO может иметь два режима работы: с одним кодовым словом (ОКС) и с множеством кодовых слов (МКС). В режиме МКС передатчик может выполнять независимое кодирование данных, переданных на каждом пространственном уровне, возможно, с различными скоростями. Приемник использует алгоритм последовательного подавления помех (ППП), который работает следующим образом: декодируют первый уровень и затем вычитают его вклад из принятого сигнала после повторного кодирования и умножения закодированного первого уровня на "произведенную оценку параметров канала", а затем декодируют второй уровень и т.д. Этот подход типа "чистка лука" означает, что каждый последовательно декодированный уровень имеет возрастающее значение ОСШ и, следовательно, может поддерживать более высокие скорости передачи. При отсутствии распространения ошибки схема МКС с ППП обеспечивает максимальную пропускную способность системы на основании состояний канала. Недостаток этой схемы обусловлен наличием отягощающей нагрузки по "управлению" скоростями передачи каждого пространственного уровня: (a) увеличенным объемом информации ИКК, передаваемой по обратной линии связи (необходимо предоставление одной ИКК для каждого уровня); (b) увеличенным объемом обмена сообщениями о подтверждении приема (ACK) или сообщениями о неподтверждении приема (NACK) (по одному для каждого уровня); (c) усложнениями в гибридном автоматическом запросе на повторную передачу (HARQ), поскольку каждый уровень может завершаться в различных передачах; (d) чувствительность функционирования ППП к ошибкам оценки параметров канала при увеличении доплеровского смещения и/или при низком значении ОСШ; и (e) повышенными требованиями к времени задержки при декодировании, так как каждый последовательный уровень не может быть декодирован до тех пор, пока не будет выполнено декодирование предыдущих уровней.

В схеме, работающей в режиме ОКС, передатчик осуществляет кодирование данных, переданных на каждом пространственном уровне с "идентичными скоростями передачи данных." В приемнике может быть использован линейный приемник низкой степени сложности, например, приемник, основанный на минимальном среднеквадратичном решении (MMSE) или на нулевой частоте (ZF), либо нелинейные приемники, такие как, например, QRM, для каждого тона. Это дает приемнику возможность сообщать информацию ИКК только лишь для "наилучшего" ранга и, следовательно, это приводит к уменьшению непроизводительных издержек при передаче для предоставления этой информации.

На Фиг. 5A проиллюстрирована блок-схема прямой линии связи в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Канал прямой линии связи может быть смоделирован как передача из множества передающих антенн 500a-500t в узле доступа (УД), к множеству приемных антенн 502a-502r в терминале доступа (ТД). Канал прямой линии связи (HFL) может быть определен как совокупность трактов передачи из каждой из передающих антенн 500a-500t в каждую из приемных антенн 502a-502r.

На Фиг. 5Б проиллюстрирована блок-схема обратной линии связи в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Канал обратной линии связи может быть смоделирован как передача из одной или из большего количества передающих антенн, например, из антенны 512t в терминале доступа, которым является абонентский пункт, терминал доступа и т.д., во множество приемных антенн 510a-510r в узле доступа, которой является узел доступа, узел B и т.п. Обратный канал связи (HRL) может быть определен как совокупность трактов передачи из передающей антенны 512t в каждую из приемных антенн 510a-510r.

На Фиг. 5A и Фиг. 5Б видно, что каждый терминал доступа может иметь одну или большее количество антенн. В некоторых вариантах осуществления изобретения количество антенн 512t, используемых для передачи, является меньшим, чем количество антенн 502a-502r, используемых для приема в терминале доступа. Кроме того, во многих вариантах осуществления изобретения количество передающих антенн 500a-500t в каждом узле доступа больше, чем количество любых из передающих или приемных антенн в терминале доступа или чем количество обеих из них.

При дуплексной связи с временным разделением не существует полная обратимость каналов в том случае, если количество антенн, используемых в терминале доступа для передачи, меньше, чем количество антенн, используемых в терминале доступа для приема. Следовательно, трудно получить канал прямой линии связи для всех приемных антенн в терминале доступа.

При дуплексной связи с частотным разделением передача информации о состоянии канала по обратной линии связи для всех собственных диаграмм направленности антенны матрицы канала прямой линии связи может быть неэффективной или почти невозможной вследствие ограниченных ресурсов обратной линии связи. Следовательно, трудно получить канал прямой линии связи для всех приемных антенн в терминале доступа.

В одном из вариантов осуществления изобретения обратная связь для канала из терминала доступа в узел доступа обеспечена для подмножества возможных трактов передачи между передающими антеннами узел доступа и приемными антеннами терминала доступа.

В одном из вариантов осуществления изобретения обратная связь может содержать информацию ИКК, генерация которой осуществлена узлом доступа на основании одного или большего количества символов, переданных из терминала доступа в узел доступа, например, по каналу передачи контрольных сигналов или по каналу управления. В этих вариантах осуществления изобретения оценки параметров канала для количества трактов передачи, равного количеству передающих антенн, используемых в терминале доступа для каждой приемной антенны узла доступа, могут быть получены из информации ИКК, расценивая ее в качестве контрольного сигнала. Это позволяет производить повторное вычисление весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны на регулярной основе и, следовательно, с более высокой точностью в виде реакции на состояние канала между терминалом доступа и узлом доступа. Этот подход уменьшает сложность необходимой обработки в терминале доступа, так как в терминале доступа отсутствует какая-либо обработка, связанная с генерацией весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны. Матрица построения диаграммы направленности может быть сгенерирована в узле доступа с использованием оценок параметров канала, полученных из информации о качестве канала (ИКК), , где b ₂, b ₃,…b _M - случайные векторы, а представляет собой канал, полученный с использованием информации ИКК в качестве контрольного сигнала. Информация для может быть получена путем определения в узле доступа. Следует отметить, что представляет собой оценки параметров канала ответных контрольных символов, переданных из передающей антенны (передающих антенн) терминала доступа по обратной линии связи. Следует отметить, что h^FL обеспечен только лишь для нескольких передающих антенн в терминале доступа, изображенных на Фиг. 5Б как одна антенна, количество которых меньше, чем количество приемных антенн в терминале доступа, которые изображены на Фиг. 5A как r антенн. Матрицу канала получают путем калибровки с использованием матрицы Λ, которая является функцией разностей между каналом обратной связи и вычисленной информацией о прямой линии связи, принятой из терминала доступа. В одном из вариантов осуществления изобретения матрица Λ может быть определена показанным ниже способом, где λ _i - погрешности калибровки для каждого канала,

Для вычисления погрешностей калибровки может быть использована как информация о канале прямой линии связи, так и информация о канале обратной линии связи. В некоторых вариантах осуществления изобретения коэффициенты λ _i могут быть определены на основании всех состояний канала через регулярные интервалы, и они не являются особыми для любого конкретного терминала доступа, поддерживающего связь с узлом доступа. В других вариантах осуществления изобретения коэффициенты λ _i могут быть определены путем использования среднего значения из каждого из терминалов доступа, поддерживающих связь с узлом доступа.

В другом варианте осуществления изобретения обратная связь может содержать собственные диаграммы направленности антенны, вычисленные в терминале доступа на основании контрольных символов, переданных из узла доступа. Собственные диаграммы направленности антенны могут быть усреднены по нескольким кадрам прямой линии связи или могут относиться к одиночному кадру. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения собственные диаграммы направленности антенны могут быть усреднены по множеству тонов в частотной области. В других вариантах осуществления изобретения обеспечивают только лишь доминирующие собственные диаграммы направленности антенны из матрицы канала прямой линии связи. В иных вариантах осуществления изобретения доминирующие собственные диаграммы направленности антенны могут быть усреднены для двух или для большего количества кадров во временной области, или могут быть усреднены по множеству тонов в частотной области. Это может быть выполнено не только для уменьшения сложности вычислений в терминале доступа, но и для сокращения ресурсов передачи, требуемых для предоставления собственных диаграмм направленности антенны из терминала доступа в узел доступа. Пример матрицы построения диаграммы направленности, сгенерированной в узле доступа при наличии 2 квантованных собственных диаграмм направленности антенны, имеет следующий вид: , где - имеющиеся квантованные собственные диаграммы направленности антенны, а b ₃…b _M - псевдовекторы или иные величины, сгенерированные терминалом доступа.

В другом варианте осуществления изобретения обратная связь может содержать квантованные оценки параметров канала, вычисленные в терминале доступа на основании контрольных символов, переданных из узла доступа. Оценки параметров канала могут быть усреднены по нескольким кадрам прямой линии связи или могут относиться к одиночному кадру. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения оценки параметров канала могут быть усреднены по множеству тонов в частотной области. Пример матрицы построения диаграммы направленности, сгенерированной в узле доступа при наличии 2 строк матрицы прямого канала MIMO (FL-MIMO), имеет следующий вид: , где представляет собой i-тую строку матрицы прямого канала с множеством входов и множеством выходов (FL-MIMO).

В еще одном варианте осуществления изобретения обратная связь может содержать статистические данные второго порядка о канале, а именно корреляционную матрицу передачи, вычисленную в терминале доступа на основании контрольных символов, переданных из узла доступа. Статистические данные второго порядка могут быть усреднены по нескольким кадрам прямой линии связи или могут относиться к одиночному кадру. В некоторых вариантах осуществления изобретения статистические данные канала могут быть усреднены по множеству тонов в частотной области. В этом случае собственные диаграммы направленности антенны могут быть получены в узле доступа из корреляционной матрицы передачи, и матрица построения диаграммы направленности может быть создана имеющей следующий вид: , где - собственные диаграммы направленности антенны.

В еще одном варианте осуществления изобретения обратная связь может содержать собственные диаграммы направленности антенны для статистических данных второго порядка о канале, а именно, корреляционную матрицу передачи, вычисленную в терминале доступа на основании контрольных символов, переданных из узла доступа. Собственные диаграммы направленности антенны могут быть усреднены по нескольким кадрам прямой линии связи или могут относиться к одиночному кадру. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения собственные диаграммы направленности антенны могут быть усреднены по множеству тонов в частотной области. В других вариантах осуществления изобретения обеспечивают только лишь доминирующие собственные диаграммы направленности антенны из корреляционной матрицы передачи. Доминирующие собственные диаграммы направленности антенны могут быть усреднены по нескольким кадрам прямой линии связи или могут относиться к одиночному кадру. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения доминирующие собственные диаграммы направленности антенны могут быть усреднены по множеству тонов в частотной области. Пример матрицы построения диаграммы направленности для того случая, когда по обратной линии связи переданы 2 квантованные собственные диаграммы направленности антенны, имеет следующий вид: , где - квантованные собственные диаграммы направленности антенны для каждой скачкообразной перестройки частоты корреляционной матрицы передачи.

В иных вариантах осуществления изобретения матрица построения диаграммы направленности может быть сгенерирована посредством комбинации из оценки параметров канала, полученной из информации ИКК, и доминирующей собственной диаграммы направленности антенны, полученной по обратной линии связи. Пример матрицы построения диаграммы направленности имеет следующий вид:

,Уравнение 5

где - доминирующая собственная диаграмма направленности антенны для конкретного h^FL, а основано на информации ИКК.

В других вариантах осуществления изобретения обратная связь может содержать информацию ИКК и произведенные оценки собственных диаграмм направленности антенны, оценки параметров канала, корреляционную матрицу передачи, собственные диаграммы направленности антенны из корреляционной матрицы передачи или любую их комбинацию.

Генерация матрицы построения диаграммы направленности может быть осуществлена в узле доступа с использованием оценок параметров канала, полученных из информации ИКК, произведенные оценок собственных диаграмм направленности антенны, оценок параметров канала, корреляционной матрицы передачи, собственных диаграмм направленности антенны из корреляционной матрицы передачи или из любой их комбинации.

Для создания векторов формирования диаграммы направленности антенны для каждой передачи выполняют QR-разложение матрицы B построения диаграммы направленности для формирования псевдособственных векторов, каждый из которых соответствует группе передаваемых символов, переданных из M_T антенн в конкретный терминал доступа.

,Уравнение 6

где - псевдособственные вектора

Отдельные скалярные величины векторов формирования диаграммы направленности антенны представляют собой весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны, которые применяют для символов, переданных из M_T антенн в каждый терминал доступа. Эти векторы затем формируют следующим образом:

,Уравнение 7

где М - количество уровней, используемых для передачи.

Для принятия решения о том, какое количество собственных диаграмм направленности антенны следует использовать (прогнозирование ранга), и о том, какое какой режим передачи следует использовать для получения максимального выигрыша от формирования собственной диаграммы направленности антенны, может быть использовано несколько подходов. Если для терминала доступа не установлен график передач, то на основании широкополосных контрольных сигналов может быть вычислена оценка, например, 7-битовая оценка параметров канала, которая может содержать информацию о ранге, и она может быть сообщена вместе с информацией ИКК. Информация, переданная по каналу управления или по каналу передачи служебных сигналов из терминала доступа, после ее декодирования действует в качестве широкополосного контрольного сигнала для обратной линии связи. Путем использования этого канала, весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны могут быть вычислены показанным выше способом. Вычисленная информация ИКК также предоставляет информацию для алгоритма прогнозирования скорости передачи в передатчике.

В альтернативном варианте, если для терминала доступа установлен график приема данных по прямой линии связи, то информация ИКК, содержащая сведения об оптимальном ранге и ИКК для этого ранга, может быть вычислена на основании контрольных символов со сформированной диаграммой направленности антенны, например, контрольных символов 322 из Фиг. 3, и передана по обратной линии связи по каналу управления или по каналу передачи служебных сигналов обратной линии связи. В этих случаях оценка параметров канала содержит сведения о выигрыше за счет формирования собственной диаграммы направленности антенны и обеспечивает более точную скорость передачи и прогнозирование ранга для следующего пакета. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения может периодически осуществляться удаление отдельных элементов ("выкалывание") ИКК для формирования диаграммы направленности антенны с использованием широкополосной информации ИКК, и, следовательно, в таких вариантах осуществления изобретения она не всегда может быть доступной.

Если для терминала доступа установлен график приема данных по прямой линии связи и по обратной линии связи, то информация ИКК, может быть получена на основании контрольных символов со сформированной диаграммой направленности и также может быть передана в рабочей полосе частот, то есть, во время передачи по обратной линии связи в узел доступа.

В другом варианте осуществления изобретения терминал доступа может вычислять информацию ИКК на основании широкополосного контрольного сигнала и ИКК для канала передачи контрольных сигналов, основанных на скачкообразной перестройке, для всех рангов. После этого он может вычислить выигрыш за счет формирования диаграммы направленности антенны, который обеспечен вследствие формирования диаграммы направленности антенны в узле доступа. Выигрыш за счет формирования диаграммы направленности антенны может быть вычислен путем вычисления разности между ИКК широкополосных контрольных сигналов и контрольных сигналов, основанных на скачкообразной перестройке. После того, как вычислен выигрыш за счет формирования диаграммы направленности антенны, он может быть разложен на вычисленные значения ИКК для широкополосных контрольных сигналов для формирования более точной оценки параметров канала для широкополосных контрольных сигналов всех рангов. Наконец, из этой эффективной оценки канала передачи широкополосных контрольных сигналов получают информацию ИКК, которая содержит оптимальный ранг и оценку параметров канала для этого ранга, и передают ее по обратной линии связи в узел доступа по каналу управления или по каналу передачи служебных сигналов.

На Фиг. 6 проиллюстрирована блок-схема системы передатчика в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Передатчик 600, на основании информации о канале, использует блок 602 прогнозирования скорости передачи, который осуществляет управление устройством 604 кодирования с одним входом и одним выходом (SISO) для генерации информационного потока.

Блок 606 устройства кодирования осуществляет турбокодирование битов, а блок 608 отображения ставит их в соответствие модуляционным символам в зависимости от формата 624 пакета, определенного блоком 602 прогнозирования скорости передачи. Затем демультиплексор 610 осуществляет демультиплексирование закодированных символов по к M_T уровням 612, которые подают в модуль 614 формирования диаграммы направленности антенны.

Модуль 614 формирования диаграммы направленности антенны осуществляет генерацию весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны, используемых для изменения мощности передачи каждого из символов из M_T уровней 612 в зависимости от терминалов доступа, в которые они должны быть переданы. Весовые коэффициенты собственной диаграммы направленности антенны могут быть сгенерированы исходя из информации, переданной терминалом доступа в узел доступа по каналу управления или по каналу передачи служебных сигналов. Весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны могут быть сгенерированы согласно любому из вариантов осуществления изобретения, которые описаны выше со ссылкой на Фиг. 5A и Фиг. 5Б.

После формирования диаграммы направленности антенны M_T уровней 612 подаются блоки 618, где выполняется перемежение потоков выходных символов с контрольными символами. Затем обработка продолжается МОРЧ в модуляторах 620a-620t MOЧP для каждой передающей антенны идентичным способом, после чего сигналы передаются по схеме MIMO.

В устройстве 604 кодирования SISO устройство 606 турбокодирования осуществляет кодирование потока данных, и в одном из вариантов осуществления оно использует скорость кодирование, равную 1/5. Следует отметить, что могут быть использованы устройства кодирования иных типов и иные скорости кодирования. Устройство 608 кодирования символов ставит закодированные данные в соответствие совокупностям символов для передачи. В одном из вариантов осуществления изобретения этими совокупностями могут являться совокупности, полученные путем квадратурной амплитудной модуляции (КвАМ). Несмотря на то что здесь описано устройство кодирования SISO, могут быть использованы устройства кодирования иных типов, в том числе устройства кодирования MIMO.

Блок 602 прогнозирования скорости передачи выполняет обработку информации ИКК, содержащей информацию о ранге, которую принимают в узле доступа для каждого терминала доступа. Информация о ранге может быть предоставлена на основании широкополосных контрольных символов, на основании контрольных символов со скачкообразной перестройкой частоты или обоих из них. Информация о ранге используется для определения количества пространственных уровней, подлежащих передаче блоком 602 прогнозирования скорости передачи. В одном из вариантов осуществления изобретения алгоритм прогнозирования скорости передачи может использовать 5-битовую информацию 622 ИКК, передаваемую по обратной линии связи, приблизительно, через каждые 5 миллисекунд. Формат пакета, например, степень модуляции, определяется с использованием нескольких способов.

На чертеже Фиг. 7 проиллюстрирована блок-схема системы приемника в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Как показано на Фиг. 7, каждая антенна 702a-702t принимает один или большее количество символов, предназначенных для приемника 700. Каждая из антенн 702a-702t соединена с одним из демодуляторов 704a-704t МОЧР, каждый из которых соединен с буфером 706 скачкообразной перестройки. Каждый из демодуляторов 704a-704t МОЧР выполняет демодуляцию принятых символов МОЧР в принятые потоки символов. Буфер 706 скачкообразной перестройки сохраняет принятые символы для той области скачкообразной перестройки, в которой была произведена их передача.

Выходной сигнал из буфера 706 скачкообразной перестройки подают в устройство 708 декодирования, которое может выполнять независимую обработку каждой несущей частоты в диапазоне МОЧР. Оба устройства: буфер 706 скачкообразной перестройки и устройство 708 декодирования соединены с устройством 710 оценки параметров канала со скачкообразной перестройкой частоты, которое использует оценки параметров прямого канала связи вместе с весовыми коэффициентами собственной диаграммы направленности антенны для демодуляции информационных потоков. Демодулированные информационные потоки, созданные демодулятором 712, затем подают в блок 714 вычисления логарифмического отношения правдоподобия, и в устройство 716 декодирования, которым может являться устройство турбодекодирования или иное устройство декодирования, соответствующее устройству кодирования, использованному в узле доступа, которое обеспечивает декодированный поток данных для его обработки.

На Фиг. 8 проиллюстрирована схема последовательности операций генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Производят считывание информации о качестве канала (ИКК) из запоминающего устройства или из буфера (блок 800). В дополнение к этому информация ИКК может быть заменена информацией о собственной диаграмме направленности антенны, переданной по обратной линии связи из терминала доступа. Эта информация может храниться в буфере или может быть обработана в реальном масштабе времени. Информацию ИКК используют в качестве контрольного сигнала для построения матрицы канала для прямой линии связи блок 802. Построение диаграммы направленности антенны может быть выполнено способом, описанным выше со ссылкой на Фиг. 5A и Фиг. 5Б. Затем выполняют разложение матрицы построения диаграммы направленности (блок 804). Этим разложением может являться QR-разложение. Затем может быть осуществлена генерация собственных векторов, отображающих весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны, для символов из следующей области скачкообразной перестройки, подлежащих передаче в терминал доступа (блок 806).

На Фиг. 9 проиллюстрирована схема последовательности операций генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны согласно другому варианту осуществления изобретения. Из запоминающего устройства или из буфера производят считывание информации об оцененном канале, предоставленной из терминала доступа (блок 900). Информация об оцененном канале может храниться в буфере или может быть обработана в реальном масштабе времени. Информацию об оцененном канале используют для создания матрицы построения диаграммы направленности для прямой линии связи (блок 902). Матрица построения диаграммы направленности может быть создана способом, описанным выше со ссылкой на Фиг. 5A и Фиг. 5Б. Затем выполняют разложение матрицы построения диаграммы направленности (блок 904). Этим разложением может являться QR-разложение. Затем может быть осуществлена генерация собственных векторов, отображающих весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны, для символов из следующей области скачкообразной перестройки, подлежащих передаче в терминал доступа (блок 906).

На Фиг. 10 проиллюстрирована схема последовательности операций генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны согласно еще одному варианту осуществления изобретения. Из запоминающего устройства или из буфера производят считывание информации о собственной диаграмме направленности антенны, предоставленной из терминала доступа (блок 1000). В дополнение к этому также производят считывание информации о канале (блок 1002). Информация о канале может содержать информацию ИКК, оценке канала и/или статистические данные второго порядка о канале для всех тех случаев, когда она была первоначально сгенерирована. Информация о собственной диаграмме направленности антенны и информация о канале могут быть запомнены в буфере или могут быть обработаны в реальном масштабе времени. Информацию о собственной диаграмме направленности антенны и информацию о канале используют для создания матрицы построения диаграммы направленности для прямой линии связи (блок 1004). Матрица построения диаграммы направленности может быть создана способом, описанным выше со ссылкой на чертежи Фиг. 5A и Фиг. 5Б. Затем выполняют разложение матрицы построения диаграммы направленности (блок 1006). Этим разложением может являться QR-разложение. Затем может быть осуществлена генерация собственных векторов, отображающих весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны, для символов из следующей области скачкообразной перестройки, подлежащих передаче в терминал доступа (блок 1008).

Вышеупомянутые последовательности операций могут быть выполнены с использованием процессора 444 или 478 данных передачи, процессора 446 передаваемых данных MIMO, процессора 460 или 492 принятых данных, процессора 430 или 470, запоминающего устройства 432 или 472 и комбинации этих устройств. Дополнительные способы, операции и признаки, описанные со ссылкой на Фиг. 5A, Фиг. 5Б и Фиг. 6-10, могут быть выполнены посредством любого процессора, контроллера или иного устройства обработки и могут храниться в виде считываемых посредством компьютера команд на считываемом посредством компьютера носителе информации в виде исходного кода, объектного кода или каким-либо иным образом.

Описанные здесь способы могут быть реализованы различными средствами. Например, эти способы могут быть реализованы аппаратными средствами, программными средствами или посредством комбинации этих средств. Для аппаратной реализации устройства обработки, находящиеся в узле доступа или в терминале доступа, могут быть реализованы в виде одной или большего количества специализированных интегральных микросхем, СИС (ASICs), процессоров для цифровой обработки сигналов, ПЦОС (DSPs), устройств цифровой обработки сигналов, УЦОС (DSPDs), программируемых логических устройств, ПЛУ (PLDs), программируемых пользователем вентильных матриц, ППВМ (FPGAs), процессоров, контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров, иных электронных устройства, выполненных таким образом, что они способны выполнять описанные здесь функции, или в виде их комбинации.

Для программной реализации описанные здесь способы могут быть реализованы посредством модулей (например, процедур, функций и т.д.), выполняющих описанные здесь функции. Программные коды могут быть запомнены в запоминающих устройствах и выполняться устройствами обработки. Запоминающее устройство может быть реализовано как находящееся внутри устройства обработки или как являющееся внешним относительно устройства обработки, и в этом случае оно может быть соединено с устройством обработки способом, обеспечивающим связь между ними, через различные средства, являющиеся известными в данной области техники.

Вышеизложенное описание раскрытых вариантов осуществления настоящего изобретения приведено для того, чтобы предоставить любому специалисту в данной области техники возможность реализации или использования раскрытых здесь признаков, функций, операций и вариантов осуществления изобретения. Для специалистов в данной области техники очевидна возможность различных видоизменений этих вариантов осуществления изобретения, а определенные здесь основополагающие принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления изобретения, не отступая от их сущности или объема. Таким образом, подразумевается, что раскрытие сущности настоящего изобретения не ограничено продемонстрированными вариантами осуществления, но должно соответствовать самому широкому объему, согласованному с раскрытыми принципами и новыми признаки.

Изобретение относится к беспроводной связи для формирования диаграммы направленности антенны для системы беспроводной связи. Технический результат - улучшение отношения сигнал - шум при наличии множества антенн. Раскрыты способы и устройства, использующие информацию из менее чем всех трактов передачи из передатчика, для создания весовых коэффициентов, предназначенных для формирования диаграммы направленности антенны для передачи. Кроме того, раскрыты способы и устройства, использующие информацию о канале, например, информацию о качестве канала, весовые коэффициенты собственной диаграммы направленности антенны и/или оценки параметров канала для создания весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны. 5 н. и 44 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Аппаратура беспроводной связи, содержащая
по меньшей мере, две антенны;
процессор, конфигурированный для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны для передачи символов в устройство беспроводной связи на основании информации о канале, соответствующей нескольким трактам передачи, при этом количество трактов передачи меньше чем общее количество трактов передачи из аппаратуры беспроводной связи в устройство беспроводной связи, при этом информация о канале содержит информацию об оцененном канале, сформированную на основании множества контрольных символов, основанных на скачкообразной перестройке, и информацию об оцененном канале, сформированную на основании множества широкополосных контрольных символов.

2. Аппаратура беспроводной связи по п.1, в которой количество трактов передачи равно количеству антенн, равному, по меньшей мере, двум.

3. Аппаратура беспроводной связи по п.1, в которой информация о канале соответствует одному тракту передачи из каждой из, по меньшей мере, двух антенн, используемых для передачи.

4. Аппаратура беспроводной связи по п.1, в которой информация о канале соответствует одному тракту передачи для каждой из, по меньшей мере, двух антенн, используемых для приема.

5. Аппаратура беспроводной связи по п.1, в которой процессор генерирует матрицу канала на основании информации о канале, а затем генерирует весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны с использованием матрицы канала.

6. Аппаратура беспроводной связи по п.5, в которой для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны процессор выполняет разложение матрицы канала путем выполнения QR-разложения.

7. Аппаратура беспроводной связи по п.1, в которой процессор генерирует информацию о канале с использованием данных обратной связи, принятых из устройства беспроводной связи.

8. Аппаратура беспроводной связи по п.1, в которой процессор генерирует информацию о канале с использованием контрольных символов, принятых из устройства беспроводной связи.

9. Аппаратура беспроводной связи по п.1, в которой процессор генерирует информацию о канале с использованием данных обратной связи, принятых из устройства беспроводной связи, и контрольных символов, принятых из устройства беспроводной связи.

10. Аппаратура беспроводной связи по п.1, в которой процессор дополнительно генерирует информацию о качестве канала, причем информация о качестве канала основана на контрольных символах, переданных из, по меньшей мере, одной передающей антенны устройства беспроводной связи, и принятых, по меньшей мере, двумя антеннами, и в которой информация о канале состоит из информации о качестве канала.

11. Аппаратура беспроводной связи по п.10, в которой информация о качестве канала содержит информацию об отношении сигнал-шум.

12. Аппаратура беспроводной связи по п.1, в которой процессор дополнительно конфигурирован для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны для передачи символов в устройство беспроводной связи как на основании информации о канале, так и на основании информации о собственной диаграмме направленности антенны.

13. Аппаратура беспроводной связи, содержащая
по меньшей мере, две антенны; и
средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны на основании информации о канале, соответствующей нескольким трактам передачи, количество которых меньше, чем количество трактов передачи из передающих антенн, которыми являются, по меньшей мере, две антенны, в устройство беспроводной связи, причем информация о канале содержит информацию об оцененном канале, сформированную на основании множества контрольных символов, основанных на скачкообразной перестройке, и информацию об оцененном канале, сформированную на основании множества широкополосных контрольных символов.

14. Аппаратура беспроводной связи по п.13, в которой количество трактов передачи равно количеству антенн, равному, по меньшей мере, двум.

15. Аппаратура беспроводной связи по п.13, в которой информация о канале соответствует одному тракту передачи из каждой из, по меньшей мере, двух антенн, используемых для передачи.

16. Аппаратура беспроводной связи по п.13, в которой информация о канале соответствует одному тракту передачи для каждой из, по меньшей мере, двух антенн, используемых для приема.

17. Аппаратура беспроводной связи по п.13, в которой информация о канале содержит информацию о качестве канала.

18. Аппаратура беспроводной связи по п.17, в которой информация о качестве канала содержит информацию об отношении сигнал-шум.

19. Аппаратура беспроводной связи по п.13, дополнительно содержащая средство генерации матрицы канала на основании информации о канале, причем средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны использует матрицу канала для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны.

20. Аппаратура беспроводной связи по п.19, в которой схема, выполняющая разложение матрицы канала, содержит средство выполнения QR-разложения.

21. Аппаратура беспроводной связи по п.13, дополнительно содержащая средство генерации матрицы канала на основании данных обратной связи, принятых из устройства беспроводной связи, причем средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны использует матрицу канала для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны.

22. Аппаратура беспроводной связи по п.13, дополнительно содержащая средство генерации матрицы канала на основании контрольных символов, принятых из устройства беспроводной связи, причем средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны использует матрицу канала для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны.

23. Аппаратура беспроводной связи по п.13, дополнительно содержащая средство генерации матрицы канала на основании использования данных обратной связи, принятых из устройства беспроводной связи, и контрольных символов, принятых из устройства беспроводной связи, причем средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны использует матрицу канала для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны.

24. Аппаратура беспроводной связи по п.13, в которой средство генерации содержит средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны как на основании информации о канале, так и на основании информации о собственной диаграмме направленности антенны.

25. Способ формирования весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны, содержащий следующие операции:
считывают информацию о канале, соответствующую нескольким трактам передачи, количество которых меньше, чем количество трактов передачи между беспроводным передатчиком и беспроводным приемником; и генерируют весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны на основании информации о канале для их передачи из передающих антенн беспроводного передатчика, при этом информация о канале содержит информацию об оцененном канале, сформированную на основании множества контрольных символов, основанных на скачкообразной перестройке, и информацию об оцененном канале, сформированную на основании множества широкополосных контрольных символов.

26. Способ по п.25, в котором количество трактов передачи меньше, чем количество передающих антенн беспроводного передатчика.

27. Способ по п.25, в котором информация о канале соответствует одному тракту передачи для каждой передающей антенны беспроводного передатчика.

28. Способ по п.25, в котором информация о канале соответствует одному тракту передачи.

29. Способ по п.25, в котором информация о канале содержит информацию о качестве канала.

30. Способ по п.29, в котором информация о качестве канала содержит информацию об отношении сигнал-шум.

31. Аппаратура беспроводной связи, содержащая
по меньшей мере, две антенны; и
процессор, конфигурированный для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны для передачи символов в устройство беспроводной связи на основании информации о канале, соответствующей нескольким приемным антеннам устройства беспроводной связи, причем количество приемных антенн меньше, чем общее количество антенн, используемых для приема в устройстве беспроводной связи, при этом информация о канале содержит информацию об оцененном канале, сформированную на основании множества контрольных символов, основанных на скачкообразной перестройке, и информацию об оцененном канале, сформированную на основании множества широкополосных контрольных символов.

32. Аппаратура беспроводной связи по п.31, в которой количество приемных антенн равно одному.

33. Аппаратура беспроводной связи по п.31, в которой процессор генерирует матрицу канала на основании информации о канале, а затем генерирует весовые коэффициенты для формирования диаграммы направленности антенны с использованием матрицы канала.

34. Аппаратура беспроводной связи по п.33, в которой процессор для выполнения разложения матрицы канала содержит средство выполнения QR-разложения.

35. Аппаратура беспроводной связи по п.33, в которой процессор генерирует информацию о канале с использованием данных обратной связи, принятых из устройства беспроводной связи.

36. Аппаратура беспроводной связи по п.33, в которой процессор генерирует информацию о канале с использованием контрольных символов, принятых из устройства беспроводной связи.

37. Аппаратура беспроводной связи по п.33, в которой процессор генерирует информацию о канале с использованием данных обратной связи, принятых из устройства беспроводной связи, и контрольных символов, принятых из устройства беспроводной связи.

38. Аппаратура беспроводной связи по п.37, в которой процессор дополнительно генерирует информацию о качестве канала, при этом информация о качестве канала основана на контрольных символах, переданных из, по меньшей мере, одной передающей антенны устройства беспроводной связи и принятых, по меньшей мере, двумя антеннами, причем информация о канале состоит из информации о качестве канала.

39. Аппаратура беспроводной связи по п.38, в которой информация о качестве канала содержит информацию об отношении сигнал-шум.

40. Аппаратура беспроводной связи по п.33, в которой процессор дополнительно конфигурирован для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны для передачи символов в устройство беспроводной связи как на основании информации о канале, так и на основании информации о собственной диаграмме направленности антенны.

41. Аппаратура беспроводной связи, содержащая
по меньшей мере, две антенны; и средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны на основании информации о канале, соответствующей нескольким каналам, количество которых меньше, чем количество приемных антенн в устройстве беспроводной связи при этом информация о канале содержит информацию об оцененном канале, сформированную на основании множества контрольных символов, основанных на скачкообразной перестройке, и информацию об оцененном канале, сформированную на основании множества широкополосных контрольных символов.

42. Аппаратура беспроводной связи по п.41, в которой информация о канале содержит информацию о качестве канала.

43. Аппаратура беспроводной связи по п.42, в которой информация о качестве канала содержит информацию об отношении сигнал-шум.

44. Аппаратура беспроводной связи по п.41, дополнительно содержащая средство генерации матрицы канала на основании информации о канале, при этом средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны использует матрицу канала для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны.

45. Аппаратура беспроводной связи по п.44, в которой схема, выполняющая разложение матрицы канала, содержит средство выполнения QR-разложения.

46. Аппаратура беспроводной связи по п.44, дополнительно содержащая средство генерации матрицы канала на основании данных обратной связи, принятых из устройства беспроводной связи, при этом средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны использует матрицу канала для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны.

47. Аппаратура беспроводной связи по п.44, дополнительно содержащая средство генерации матрицы канала на основании контрольных символов, принятых из устройства беспроводной связи, при этом средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны использует матрицу канала для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны.

48. Аппаратура беспроводной связи по п.44, дополнительно содержащая средство генерации матрицы канала на основании данных обратной связи, принятых из устройства беспроводной связи, и контрольных символов, принятых из устройства беспроводной связи, при этом средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны использует матрицу канала для генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны.

49. Аппаратура беспроводной связи по п.41, в которой средство генерации содержит средство генерации весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности антенны как на основании информации о канале, так и на основании информации о собственной диаграмме направленности антенны.