СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПРАВЛЕНИЯ ОШИБОК В СИСТЕМЕ СВЯЗИ С МНОЖЕСТВОМ ПОДНЕСУЩИХ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ МНОЖЕСТВО АНТЕНН Российский патент 2010 года по МПК H04L1/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу исправления ошибок в системе с множеством антенн на основе множества поднесущих для выполнения схемы автоматического запроса на повторение и поддерживающему его устройству передачи и приема.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В последнее время, поскольку стали популярными услуги передачи информации, появился ряд мультимедийных услуг и появились высококачественные услуги, быстро увеличивается потребность в услуге беспроводной связи. Для того чтобы активно справляться с такой тенденцией, необходимо увеличивать пропускную способность системы связи и повышать надежность передачи данных. Способ увеличения пропускной способности в среде беспроводной связи может включать в себя способ нахождения новой доступной полосы частот, а также способ увеличения эффективности ограниченного ресурса. В качестве последнего способа привлекают особое внимание и активно разрабатываются технологии передачи/приема с многоэлементной антенной, состоящие в установке множества антенн в приемопередатчике, чтобы дополнительно обеспечить пространство для использования ресурса, посредством этого получая выигрыш от разнесения или передачу данных через каждую из антенн параллельно для увеличения пропускной способности.

Среди технологий передачи/приема с множеством антенн общая структура системы со многими входами и выходами (MIMO) на основе мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) сейчас будет описана со ссылкой на фиг.1.

В передатчике кодер 101 канала добавляет разряды избыточности к информационным разрядам передачи, чтобы снизить влияние канала или шума, преобразователь 103 преобразует разряд информации в информацию из символов данных, последовательно-параллельный преобразователь 105 преобразует символы данных в параллельные символы данных для переноса во множестве поднесущих, и кодер 107 с множеством антенн преобразует параллельные символы данных в пространственно-временные сигналы. Декодер 109 с множеством антенн, параллельно-последовательный преобразователь 111, обратный преобразователь 113 и декодер 115 канала, которые включаются в приемник, выполняют обратные функции кодера 107 с множеством антенн, последовательно/параллельного преобразователя 105, преобразователя 103 и кодера 101 канала соответственно.

В системе OFDM с множеством антенн необходим ряд технологий повышения надежности в передаче данных. Примеры технологий включают в себя пространственно-временной код (STC), разнесение с циклической задержкой (CDD), выбор антенны (AS), скачкообразное переключение антенны (AH), пространственное мультиплексирование (SM), формирование диаграммы направленности (BF) и предварительное кодирование. Ниже основные технологии будут описываться более подробно.

STC является схемой для получения выгоды от пространственного разнесения с помощью последовательной передачи одних и тех же сигналов через разные антенны в условиях множества антенн. Следующий определитель представляет собой основной пространственно-временной символ, используемый в системе, имеющей две передающие антенны.

В вышеприведенном определителе строка представляет антенны, а столбец представляет временные интервалы.

Разнесение с циклической задержкой (CDD) предназначено для получения преимущества от частотного разнесения в приемнике с помощью разрешения всем антеннам передавать сигналы OFDM с разными значениями задержки или разными размерами, когда система, имеющая множество передающих антенн, передает сигналы OFDM. Фиг.2 иллюстрирует передатчик системы с множеством антенн, который использует схему разнесения с циклической задержкой (CDD).

После того, как символы OFDM отдельно передаются каждой из антенн через последовательно-параллельный преобразователь и кодер с множеством антенн, они суммируются с циклическим префиксом (СР) для предотвращения межканальной помехи и затем передаются приемнику. В то же время последовательность данных, переданная первой антенне, передается приемнику как есть, но последовательность данных, переданная следующей антенне, циклически задерживается с помощью определенного разряда и затем передается приемнику.

Между тем, если вышеупомянутая схема разнесения с циклической задержкой реализуется в частотной области, то циклическая задержка может выражаться произведением последовательности фаз. Другими словами, как показано на фиг.3, последовательности данных в частотной области умножаются на заданные другие последовательности фаз (с последовательности 1 фаз до последовательности М фаз), которые по-разному задаются в соответствии с антеннами, и подвергаются обратному быстрому преобразованию Фурье (IFFT) и посредством этого передаются приемнику. Это называется схемой разнесения со сдвигом фаз.

Согласно схеме разнесения со сдвигом фаз канал с равномерным замиранием может быть заменен частотно-селективным каналом, и выигрыш от частотного разнесения или выигрыш от планирования частоты может быть достигнут посредством кодирования канала. Другими словами, как показано на фиг.4, если последовательность фаз формируется с использованием циклической задержки с большим значением в схеме разнесения со сдвигом фаз, то из-за короткого частотно-селективного периода избирательность по частоте становится высокой, и в итоге выигрыш от частотного разнесения может быть получен посредством кодирования канала. Это в основном используется в незамкнутой системе.

Также, если последовательность фаз формируется с использованием циклической задержки с небольшим значением в схеме разнесения со сдвигом фаз, то из-за длинного частотно-селективного периода замкнутая система выделяет ресурс самой лучшей области канала, чтобы получить выигрыш от планирования частоты. Другими словами, как показано на фиг.4, если последовательность фаз формируется с использованием циклической задержки с небольшим значением в схеме разнесения со сдвигом фаз, определенная область поднесущей в канале с равномерным замиранием имеет значительный размер канала, а остальные области поднесущей имеют небольшой размер канала. В этом случае, если система многостанционного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA), которая позволяет множеству пользователей передавать сигнал посредством поднесущей, занимающей значительный участок канала для каждого пользователя, отношение сигнал/шум (SNR) может увеличиться.

Между тем, схема предварительного кодирования включает в себя схему предварительного кодирования на основе словаря кодов, которая используется, когда информация обратной связи ограничена в замкнутой системе, и схему для квантования и передачи информации канала по обратной связи. В схеме предварительного кодирования на основе словаря кодов индекс матрицы предварительного кодирования, который заранее известен передатчику/приемнику, передается по обратной связи передатчику для получения прироста SNR.

Фиг.5 иллюстрирует конфигурацию передатчика/приемника в системе с множеством антенн, которая использует схему предварительного кодирования на основе словаря кодов. Передатчик и приемник имеют конечные матрицы P₁-P_L предварительного кодирования. Приемник передает по обратной связи передатчику оптимальный индекс l матрицы предварительного кодирования, используя информацию канала, и передатчик применяет матрицу предварительного кодирования, соответствующую возвращенному индексу, к данным X₁-X_Mt передачи. Таблица 1 иллюстрирует пример словаря кодов, который применяется, когда 3-разрядная информация обратной связи используется в системе IEEE 802.16e, которая поддерживает скорость пространственного мультиплексирования, равную 2, и имеет две передающих антенны.

Таблица 1 Индекс матрицы (двоичный) Столбец 1 Столбец 2 Индекс матрицы (двоичный) Столбец 1 Столбец 2 000 1 0 100 0,7941 0,6038-j0,0689 0 1 0,6038+j0,0689 -0,7941 001 0,7940 -0,5801-j0,1818 101 0,3239 0,6614-j0,6740 -0,5801+j0,1818 -0,7940 0,6614+j0,6740 -0,3289 010 0,7940 0,0576-j0,6051 110 0,5112 0,4754+j0,7160 0,0576+j0,6051 -0,7940 0,4754-j0,7160 -0,5112 011 0,7941 -0,2978+j0,5298 111 0,3289 -0,8779+j0,3481 -0,2978-j0,5298 -0,7941 -0,8779-j0,3481 -0,3289

Между тем, примеры повышения надежности в передаче данных в среде беспроводной связи включают в себя схему с автоматическим запросом на повторение (ARQ) и схему гибридного ARQ (HARQ). Эти схемы сейчас будут подробно описываться.

Система мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и аналогичная ей система задают блоки ресурсов, определенные в частотно-временной области, и используют эти блоки ресурсов как одну единицу. В нисходящей линии связи базовая станция выделяет, по меньшей мере, один блок ресурсов конкретному пользовательскому оборудованию в соответствии с заданным правилом планирования и передает данные с помощью соответствующего блока ресурсов. Также в восходящей линии связи, если базовая станция выбирает конкретное пользовательское оборудование в соответствии с заданным правилом планирования и выделяет блок ресурсов соответствующему пользовательскому оборудованию, то соответствующее пользовательское оборудование передает данные на базовую станцию с помощью выделенного блока ресурсов. В то же время, если возникает потеря или повреждение кадра в данных, переданных в нисходящую линию связи или восходящую линию связи, то используется ARQ или HARQ для исправления соответствующих ошибок.

Примеры схемы HARQ включают в себя адаптивный к каналу HARQ/неадаптивный к каналу HARQ и схему с отслеживаемым объединением/схему с нарастающей избыточностью. В неадаптивном к каналу HARQ модуляция кадра или количество доступных блоков ресурсов для повторной передачи выполняется, как это определяется во время начальной передачи. Адаптивный к каналу HARQ меняет вышеупомянутые параметры в зависимости от текущего состояния канала. Например, согласно неадаптивному к каналу HARQ, если передающая сторона передает данные с использованием восьми блоков ресурсов в случае начальной передачи, то передающая сторона повторно передает данные с использованием восьми блоков ресурсов даже в случае повторной передачи. Согласно адаптивному к каналу HARQ, даже если передающая сторона передает данные с использованием восьми блоков ресурсов в случае начальной передачи, то передающая сторона повторно передает данные с использованием блоков ресурсов, больших или меньших восьми блоков ресурсов, в зависимости от состояния канала.

Кроме того, схема HARQ может быть классифицирована на схему с отслеживаемым объединением и схему с нарастающей избыточностью, в зависимости от которой пакет передается во время повторной передачи. Согласно схеме с отслеживаемым объединением, которая показана на фиг.6, передающая сторона повторно передает пакет, имеющий тот же формат, что и используемый для начальной передачи, или те же символы данных в разных форматах во время второй или третьей передачи, если ошибки возникают в пакете, используемом для начальной передачи. Схема HARQ аналогична схеме ARQ в том, что принимающая сторона передает сообщение NCK передающей стороне, если принимающая сторона не может демодулировать пакет. Однако схема HARQ отличается от схемы ARQ в том, что принимающая сторона сохраняет кадр, который ранее принят, в буфере на некоторый период времени, и если соответствующий кадр повторно передается, объединяет повторно переданный кадр с ранее принятым кадром для повышения доли успешных попыток приема. Схема с нарастающей избыточностью отличается от схемы с отслеживаемым объединением в том, что пакет, имеющий отличный формат от формата пакета, используемого для начальной передачи, может быть повторно передан. Другими словами, как показано на фиг.7, дополнительная четная часть кода канала повторно передается только во время второй или третьей повторной передачи, чтобы снизить скорость кодирования канала, посредством этого исправляя ошибки пакета.

В дополнение, схема HARQ может быть классифицирована на синхронный HARQ и асинхронный HARQ в зависимости от того, выполняется ли в соответствии с заданной синхронизацией повторная передача, выполняемая после сбоя передачи начальных данных.

Поскольку вышеупомянутые связанная с множеством антенн схема и связанные с ARQ схемы разработаны независимо, не был получен эффект взаимного усиления, соответствующий объединению схем. В этой связи предложен HARQ на основе пространственно-временного символа. HARQ на основе пространственно-временного символа используется в системе с множеством антенн. Согласно HARQ на основе пространственно-временного символа, который показан на фиг.8, скорость передачи данных увеличивается с помощью схемы BLAST (Bell Labs layered space time) во время начальной передачи, и если возникают ошибки в символах S1 и S2 конкретного временного интервала, то применяется пространственно-временной символ для символов соответствующего временного интервала, а затем выполняется повторная передача для повышения надежности передачи.

Однако вышеупомянутый HARQ на основе пространственно-временного символа имеет несколько проблем. Во-первых, HARQ на основе пространственно-временного символа имеет ограничение в том, что он основан на канале с равномерным замиранием, чья скорость изменения относительно низкая. Во-вторых, если используются множество кодовых слов, он [HARQ] неэффективен в том, что повторная передача всех кодовых слов является обязательной, даже если ошибки возникают только в некоторых кодовых словах. В-третьих, ухудшается гибкость в том, что начальную передачу следует выполнять с помощью схемы пространственного мультиплексирования, например BLAST. В конечном счете, поскольку адаптивный ARQ, такой как нарастающая избыточность, не может использоваться для пространственно-временного HARQ, эффективное исправление ошибок не может выполняться.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, настоящее изобретение ориентировано на способ исправления ошибок в системе с множеством антенн на основе множества поднесущих и поддерживающее его устройство передачи/приема, которые существенно устраняют одну или более проблем вследствие ограничений и недостатков предшествующего уровня техники.

Задачей настоящего изобретения является предоставление способа исправления ошибок в системе с множеством антенн на основе множества поднесущих и поддерживающее его устройство передачи/приема, в котором связанная с множеством антенн схема объединяется со схемой автоматического запроса на повторение для одновременного увеличения скорости и надежности в передаче данных.

Для решения этих задач и достижения других преимуществ и в соответствии с целью изобретения, которая реализуется и в общих чертах описывается в этом документе, способ для исправления ошибок в системе с множеством антенн на основе множества поднесущих включает в себя определение основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, сдвинутой по фазе на заранее заданный фазовый угол, начальную передачу каждого символа поднесущей к приемнику в пакете с использованием основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, восстановление основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования для уменьшения скорости пространственного мультиплексирования, если от приемника принимается отрицательное подтверждение приема (NACK), и повторную передачу изначально переданного символа поднесущей с использованием восстановленной основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования. Способ может дополнительно включать в себя применение информации о смещении, переданной по обратной связи от приемника, к матрице предварительного кодирования.

В другом аспекте настоящего изобретения устройство передачи и приема, которое поддерживает способ для исправления ошибок в системе с множеством антенн на основе множества поднесущих, включает в себя модуль определения матрицы предварительного кодирования, определяющий матрицу предварительного кодирования, сдвинутую по фазе на заранее заданный фазовый угол, модуль восстановления матрицы предварительного кодирования для восстановления матрицы предварительного кодирования, чтобы уменьшить скорость пространственного мультиплексирования, если от приемника принимается отрицательное подтверждение приема (NACK), и модуль предварительного кодирования, предварительно кодирующий каждый символ поднесущей с помощью матрицы предварительного кодирования. Устройство передачи и приема может дополнительно включать в себя модуль применения смещения, применяющий информацию о смещении, переданную по обратной связи от приемника, к матрице предварительного кодирования.

В вышеупомянутых аспектах количество столбцов, соответствующее уменьшенной скорости пространственного мультиплексирования, выбирается из определенной основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, так что матрица предварительного кодирования восстанавливается состоящей только из выбранных столбцов.

Кроме того, если ошибки возникают только в некоторых изначально переданных пакетах, то этап повторной передачи включает в себя повторную передачу некоторых пакетов, где возникают ошибки, но не передает новый пакет, пока не завершена повторная передача. Также этап повторной передачи может включать в себя повторную передачу некоторых пакетов, где возникают ошибки, и передает новый пакет. В обоих случаях этап повторной передачи выполняется с помощью антенн, отличных от тех, через которые передаются пакеты, где возникают ошибки. Также этап повторной передачи может включать в себя выбор антенн, имеющих отличное состояние канала.

Кроме того, этап начальной передачи включает в себя передачу разных символов поднесущей каждой антенне, и если возникают ошибки во всех изначально переданных пакетах, то выполняется этап повторной передачи, чтобы дать возможность символам поднесущей у каждой антенны получить ортогональность.

В еще одной особенности настоящего изобретения способ для исправления ошибок в системе с множеством антенн на основе множества поднесущих включает в себя определение основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, сдвинутой по фазе на заранее заданный фазовый угол, начальную передачу каждого символа поднесущей к приемнику в пакете с использованием основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, применение заранее заданной информации о смещении к матрице предварительного кодирования, если от приемника принимается отрицательное подтверждение приема (NACK), и повторную передачу изначально переданного символа поднесущей с использованием основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, к которой применена информация о смещении.

В еще одной особенности настоящего изобретения устройство передачи и приема, которое поддерживает способ для исправления ошибок в системе с множеством антенн на основе множества поднесущих, включает в себя модуль определения матрицы предварительного кодирования, определяющий матрицу предварительного кодирования, сдвинутую по фазе на заранее заданный фазовый угол, модуль применения смещения, применяющий информацию о смещении, переданную по обратной связи от приемника, к матрице предварительного кодирования, и модуль предварительного кодирования, предварительно кодирующий каждый символ поднесущей с помощью матрицы предварительного кодирования.

Информация о смещении включает в себя, по меньшей мере, одну из информации о смещении индекса поднесущей и информации о смещении фазовой величины или обе из них. Также информация о смещении является информацией о смещении индекса поднесущей, примененной ко всем поднесущим, и информация о смещении поднесущей является постоянным значением.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая систему мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов, имеющую множество передающих/приемных антенн.

Фиг.2 - схема, иллюстрирующая передатчик в системе с множеством антенн на основе схемы разнесения с циклической задержкой из предшествующего уровня техники.

Фиг.3 - схема, иллюстрирующая передатчик в системе с множеством антенн на основе схемы разнесения со сдвигом фаз из предшествующего уровня техники.

Фиг.4 иллюстрирует графики двух примеров схемы разнесения со сдвигом фаз из предшествующего уровня техники.

Фиг.5 - схема, иллюстрирующая передатчик/приемник в системе с множеством антенн на основе схемы предварительного кодирования из предшествующего уровня техники.

Фиг.6 иллюстрирует концепцию схемы с отслеживаемым объединением в HARQ.

Фиг.7 иллюстрирует концепцию схемы с нарастающей избыточностью в HARQ.

Фиг.8 иллюстрирует концепцию схемы HARQ на основе пространственно-временного символа.

Фиг.9 иллюстрирует процедуру выполнения схемы разнесения со сдвигом фаз из предшествующего уровня техники в системе, имеющей четыре антенны и скорость пространственного мультиплексирования, равную 2.

Фиг.10 иллюстрирует процедуру выполнения схемы предварительного кодирования на основе сдвига фаз, согласно настоящему изобретению, в системе из фиг.9.

Фиг.11 - матрица предварительного кодирования, используемая для схемы предварительного кодирования на основе сдвига фаз, согласно настоящему изобретению, в системе из фиг.10.

Фиг.12 иллюстрирует матрицы предварительного кодирования для начальной передачи и повторной передачи, используемые при возникновении ошибок во всех из множества пакетов, которые передаются одновременно в структуре с множественными кодовыми словами (MCW).

Фиг.13 иллюстрирует матрицы предварительного кодирования, используемые в одном варианте осуществления схемы ARQ с разнесением со сдвигом фаз для случая, где возникают ошибки в некоторых из множества пакетов, которые передаются одновременно в структуре MCW.

Фиг.14 иллюстрирует матрицы предварительного кодирования, используемые в другом варианте осуществления схемы ARQ с разнесением со сдвигом фаз для случая, где возникают ошибки в некоторых из множества пакетов, которые передаются одновременно в структуре MCW.

Фиг.15 иллюстрирует матрицы предварительного кодирования, используемые в одном варианте осуществления схемы гибридного ARQ для случая, где возникают ошибки в некоторых из множества пакетов, которые передаются одновременно в структуре MCW.

Фиг.16 иллюстрирует матрицы предварительного кодирования, используемые в одном варианте осуществления схемы ARQ со скачкообразным переключением антенны для случая, где возникают ошибки в некоторых из множества пакетов, которые передаются одновременно в структуре MCW.

Фиг.17 иллюстрирует матрицы предварительного кодирования, используемые в другом варианте осуществления схемы ARQ с разнесением со сдвигом фаз для случая, где возникают ошибки в некоторых из множества пакетов, которые передаются одновременно в структуре MCW.

Фиг.18 - блок-схема, иллюстрирующая устройство передачи/приема, которое поддерживает схему гибридного ARQ на основе системы с множеством антенн, согласно настоящему изобретению.

Фиг.19 - блок-схема, иллюстрирующая передатчик SCW OFDM, составляющий модуль беспроводной связи из фиг.18.

Фиг.20 - блок-схема, иллюстрирующая передатчик MCW OFDM, составляющий модуль беспроводной связи из фиг.18.

Фиг.21А и фиг.21В иллюстрируют концепцию схемы предварительного кодирования на основе сдвига фаз, в которой смещение индекса поднесущей передается по обратной связи в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.22А и фиг.22В иллюстрируют концепцию схемы предварительного кодирования на основе сдвига фаз, в которой смещение фазовой величины передается по обратной связи в соответствии с настоящим изобретением; и

Фиг.23А и фиг.23В иллюстрируют концепцию схемы предварительного кодирования на основе сдвига фаз, в которой смещение индекса поднесущей и смещение фазовой величины передаются по обратной связи в соответствии с настоящим изобретением.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сейчас будет сделана подробная ссылка на предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, примеры которых иллюстрируются на прилагаемых чертежах.

Настоящее изобретение относится к способу для исправления ошибок в системе с множеством антенн и поддерживающему его устройству передачи/приема, который может быть применен к частотно-селективному каналу, чье изменение является частым в дополнение к каналу с равномерным замиранием, может быть применен как к структуре с одним кодовым словом, так и к структуре с многими кодовыми словами, и которому может применяться адаптивный ARQ. С этой целью в настоящем изобретении используется схема предварительного кодирования на основе сдвига фаз, которая может восстановить или изменить матрицу предварительного кодирования в зависимости от нормы пространственного мультиплексирования и различных видов информации о смещении, и если вследствие ошибок передачи от приемника поступает сигнал NACK, то предлагаются первый способ выполнения повторной передачи после восстановления матрицы предварительного кодирования для снижения нормы пространственного мультиплексирования и второй способ выполнения повторной передачи после изменения матрицы предварительного кодирования с использованием заданной информации о смещении, переданной по обратной связи от приемника.

<Первый вариант осуществления>

Как описано выше, разнесение с циклической задержкой или разнесение со сдвигом фаз является выгодным в том, что оно может применяться как к незамкнутой системе, так и к замкнутой системе в зависимости от значения циклической задержки и может быть просто реализовано. Однако возникает проблема в том, что скорость передачи данных снижается вследствие нормы пространственного мультиплексирования, равной 1. Также, хотя предварительное кодирование на основе словаря кодов является выгодным в том, что эффективная передача данных может выполняться с помощью передачи по обратной связи индекса, возникают проблемы в том, что предварительное кодирование на основе словаря кодов не подходит для мобильной среды, в которой изменение канала является частым, и увеличивается использование памяти, так как словарь кодов следует обеспечить на обеих сторонах передатчика/приемника. Соответственно, настоящее изобретение предлагает способ предварительного кодирования на основе сдвига фаз, который может легко изменять матрицы предварительного кодирования в зависимости от обстоятельств и обладает преимуществами разнесения со сдвигом фаз и предварительного кодирования, и способ для исправления ошибок, который включает в себя схему ARQ.

Ниже будет описываться способ предварительного кодирования на основе сдвига фаз и схема ARQ из первого способа на основе способа предварительного кодирования на основе сдвига фаз. Впоследствии будет описываться устройство передачи/приема, которое поддерживает схему ARQ из первого способа.

Способ предварительного кодирования на основе сдвига фаз

Основанная на сдвиге фаз матрица Р предварительного кодирования, предложенная в настоящем изобретении, может быть обобщена и выражена следующим образом:

Уравнение 1

где (i=1, …, N_t, j=1, …, R) обозначает комплексное взвешенное значение, определенное с помощью индекса k поднесущей, N_t обозначает количество передающих антенн или виртуальных антенн (значение, равное норме пространственного мультиплексирования, N_t=R) и R обозначает норму пространственного мультиплексирования. Комплексное взвешенное значение может изменяться в зависимости от символов OFDM, которые умножаются на антенны, и индекса соответствующей поднесущей.

Между тем, матрица Р предварительного кодирования из уравнения 1 предпочтительно сделана с помощью унитарной матрицы, чтобы снизить потерю пропускной способности канала в системе с множеством антенн. Чтобы проверить условие для конфигурирования унитарной матрицы, пропускная способность канала в системе с множеством антенн выражается уравнением 2

где Н обозначает матрицу канала с множеством антенн размером и N_r обозначает количество приемных антенн. Уравнение 3 получается путем применения основанной на сдвиге фаз матрицы Р предварительного кодирования к уравнению 2

Как видно из уравнения 3, чтобы исключить потерю пропускной способности канала, PP^H должна стать единичной матрицей. Соответственно, основанная на сдвиге фаз матрица Р предварительного кодирования должна удовлетворять уравнению 4

Чтобы позволить основанной на сдвиге фаз матрице Р предварительного кодирования стать унитарной матрицей, два типа условий, то есть условие ограничения порядка и условие ограничения ортогональности, должны удовлетворяться одновременно. Условие ограничения порядка позволяет уровню каждого столбца матрицы стать 1, и условие ограничения ортогональности позволяет соответствующим столбцам матрицы иметь ортогональные характеристики. Они выражаются соответственно с помощью уравнений 5 и 6

Уравнение 5

Уравнение 6

Далее предоставляется пример обобщенного уравнения основанной на сдвиге фаз матрицы 2×2 предварительного кодирования, и уравнения для удовлетворения двух ограничительных условий получаются следующим образом. Уравнение 7 показывает обобщенное уравнение основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, когда количество передающих антенн равно 2 и норма пространственного мультиплексирования равна 2

Уравнение 7

где α_i и β_i (i=1, 2) - вещественные числа, θ_i (i=1, 2, 3, 4) обозначает фазовую величину и k обозначает индекс поднесущей у сигнала OFDM. Чтобы реализовать матрицу предварительного кодирования с помощью унитарной матрицы, должны удовлетворяться условие ограничения порядка из уравнения 8 и условие ограничения ортогональности из уравнения 9

Уравнение 8

Уравнение 9

где знак * обозначает комплексно-сопряженное число. Пример основанной на сдвиге фаз матрицы 2х2 предварительного кодирования, которая удовлетворяет уравнениям 7-9, выглядит следующим образом:

Уравнение 10

где θ₂ и θ₃ имеют соотношение, выраженное уравнением 11, согласно ограничению ортогональности

Уравнение 11

Матрица предварительного кодирования может быть сохранена в запоминающих устройствах передатчика и приемника в виде словаря кодов, и словарь кодов может включать в себя ряд матриц предварительного кодирования, сформированных с использованием разных конечных значений θ₂. Значения θ₂ могут задаваться должным образом в зависимости от состояния канала и наличия информации обратной связи. Если используется информация обратной связи, то значения θ₂ устанавливаются в малые значения, а если информация обратной связи не используется, то значения θ₂ устанавливаются в большие значения, при помощи которых может быть получен большой выигрыш от частотного разнесения.

Между тем, норма пространственного мультиплексирования может быть установлена меньшей количества антенн, в зависимости от состояния канала, даже если основанная на сдвиге фаз матрица предварительного кодирования формируется, как показано в уравнении 7. В этом случае сформированная основанная на сдвиге фаз матрица предварительного кодирования может быть заново восстановлена путем выбора количества определенных столбцов, соответствующего текущей норме пространственного мультиплексирования (сниженная норма пространственного мультиплексирования) из сформированной основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования. Другими словами, новая матрица предварительного кодирования, применяемая к соответствующей системе, не формируется всякий раз, когда меняется норма пространственного мультиплексирования, но исходная основанная на сдвиге фаз матрица предварительного кодирования используется как есть, в которой выбирается определенный столбец соответствующей матрицы предварительного кодирования для восстановления матрицы предварительного кодирования.

Например, матрица предварительного кодирования из уравнения 10 устанавливает норму пространственного мультиплексирования равной 2 в системе с множеством антенн, имеющей две передающие антенны. Однако норма пространственного мультиплексирования может быть понижена до 1 по некоторым причинам. В этом случае для выполнения предварительного кодирования может быть выбран определенный столбец матрицы, показанной в уравнении 10. Если выбирается второй столбец, то основанная на сдвиге фаз матрица предварительного кодирования равна уравнению 12 ниже, которая приобретает тот же формат, что и схема разнесения с циклической задержкой с двумя передающими антеннами в соответствии с предшествующим уровнем техники.

Уравнение 12

Несмотря на то, что описан пример системы, имеющей две передающие антенны, применение настоящего изобретения может быть расширено на систему, имеющую четыре передающие антенны. Другими словами, после того как формируется основанная на сдвиге фаз матрица предварительного кодирования в системе, имеющей четыре передающие антенны, для выполнения предварительного кодирования может быть выбран определенный столбец в зависимости от переменной нормы пространственного мультиплексирования. Например, фиг.9 иллюстрирует, что пространственное мультиплексирование и разнесение с циклической задержкой из предшествующего уровня техники применяются к системе с множеством антенн, имеющей четыре передающие антенны и норму пространственного мультиплексирования, равную 2, а фиг.10 иллюстрирует, что основанная на сдвиге фаз матрица предварительного кодирования из уравнения 10 применяется к вышеупомянутой системе с множеством антенн.

Ссылаясь на фиг.9, первая последовательность S₁ и вторая последовательность S₂ передаются к первой антенне и третьей антенне, и первая последовательность и вторая последовательность , которые сдвинуты по фазе на заданный уровень, передаются второй антенне и четвертой антенне. Соответственно, отметим, что норма пространственного мультиплексирования становится равной 2.

В отличие от этого, ссылаясь на фиг.10, передается к первой антенне, ко второй антенне к третьей антенне, и к четвертой антенне.

Соответственно, поскольку система из фиг.10 обладает преимуществом схемы разнесения с циклической задержкой вместе с преимуществом схемы предварительного кодирования, то циклическая задержка (или сдвиг фаз) выполняется для четырех антенн с использованием одной матрицы предварительного кодирования.

Вышеупомянутая основанная на сдвиге фаз матрица предварительного кодирования для каждой нормы пространственного мультиплексирования для системы из двух антенн и системы из четырех антенн выражается следующим образом.

Таблица 2 Система из двух антенн Система из четырех антенн Норма пространственного мультиплексирования равна 1 Норма пространственного мультиплексирования равна 2 Норма пространственного мультиплексирования равна 1 Норма пространственного мультиплексирования равна 2

В таблице 2 θ _i (i = 1, 2, 3) обозначает фазовый угол согласно значению циклической задержки и К является индексом поднесущей в OFDM. В таблице 2 каждый из четырех типов матриц предварительного кодирования может быть получен с помощью определенной части матрицы предварительного кодирования для системы с множеством антенн, имеющей четыре передающие антенны и норму пространственного мультиплексирования, равную 2, как показано на фиг.11. Соответственно, так как словарю кодов не нужна каждая матрица предварительного кодирования для четырех типов, то может быть сэкономлена емкость запоминающего устройства в передатчике и приемнике. Вышеупомянутая основанная на сдвиге фаз матрица предварительного кодирования может быть расширена на систему, имеющую количество М антенн (М - натуральное число, большее 2) и норму пространственного мультиплексирования, равную N (N - натуральное число, большее 1) по тому же принципу.

Хотя процедура конфигурирования основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, имеющей четыре передающие антенны и норму пространственного мультиплексирования, равную 2, уже описана выше, предварительное кодирование на основе сдвига фаз может быть обобщено уравнением 13 ниже для системы, имеющей N_t антенн (N_t - натуральное число, большее 2) и норму пространственного мультиплексирования, равную R (R - натуральное число, большее 1). В дальнейшем обобщенное предварительное кодирование на основе сдвига фаз будет называться обобщенным разнесением со сдвигом фаз (GPSD)

Уравнение 13

где обозначает матрицу GPSD для k-й поднесущей сигнала MIMO-OFDM, имеющего N_t передающих антенн и норму пространственного мультиплексирования, равную R, и - унитарная матрица (вторая матрица), которая удовлетворяет и используется для предоставления возможности матрице со сдвигом фаз (первой матрице) стать унитарной матрицей. В уравнении 13 фазовый угол θ_i(t), i=1, …, N_t может быть получен следующим образом в соответствии со значением τ_i(t) задержки, i=1, …, N_t:

Уравнение 14

где N_fft обозначает количество поднесущих у сигнала OFDM. Пример создания уравнения матрицы GPSD выглядит следующим образом, когда количество передающих антенн равно 2 и используется 1-разрядный словарь кодов:

Уравнение 15

В уравнении 15, поскольку значение β легко определяется, если определено значение α, информация о значении α получается таким образом, что определяются два типа значений α, и их информация передается по обратной связи с помощью индекса словаря кодов. Например, значение α заранее определяется между передатчиком и приемником, что α равно 0,2, если возвращенный индекс равен 0, тогда как α равно 0,8, если возвращенный индекс равен 1.

Заданная матрица предварительного кодирования для получения прироста SNR может использоваться в качестве примера второй матрицы. Когда в качестве матрицы предварительного кодирования используется код Уолша, уравнение создания основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования выглядит следующим образом:

Уравнение 16

Уравнение 16 основано на системе, имеющей четыре передающие антенны и норму пространственного мультиплексирования, равную 4. В этом случае вторая матрица восстанавливается должным образом для выбора определенной передающей антенны или настройки нормы пространственного мультиплексирования.

Уравнение 17 показывает, что вторая матрица восстанавливается для выбора двух антенн в системе, имеющей четыре передающие антенны.

Уравнение 17

Также таблица 3 показывает способ для восстановления второй матрицы, подходящей для нормы пространственного мультиплексирования, когда норма пространственного мультиплексирования меняется в зависимости от времени или состояния канала:

Уравнение 18

Несмотря на то, что уравнение 18 показывает, что первый столбец, первый и второй столбцы и с первого по четвертый столбцы из второй матрицы выбираются в зависимости от нормы мультиплексирования, может быть выбран любой из первого, второго, третьего и четвертого столбцов, если норма мультиплексирования равна 1, тогда как любые два из первого, второго, третьего и четвертого столбцов могут быть выбраны, если норма мультиплексирования равна 2.

Между тем, в передатчике и приемнике может предусматриваться вторая матрица в виде словаря кодов. В этом случае индексная информация из словаря кодов передается по обратной связи от приемника к передатчику, и передатчик выбирает унитарную матрицу (вторую половину матрицы) с соответствующим индексом из его словаря кодов и затем строит основанную на сдвиге фаз матрицу предварительного кодирования с использованием уравнения 13 выше.

Кроме того, вторая матрица может периодически изменяться, так что несущие, переданные в один временной интервал, имеют разные матрицы предварительного кодирования для каждой полосы частот.

Между тем, значение циклической задержки для предварительного кодирования на основе сдвига фаз могло бы быть значением, ранее определенным в передатчике и приемнике, или значением, переданным от приемника к передатчику посредством обратной связи. Также, хотя норма R пространственного мультиплексирования может быть значением, ранее определенным в передатчике и приемнике, приемник может вычислить норму пространственного мультиплексирования путем проверки состояния канала и передать по обратной связи передатчику вычисленное значение. В качестве альтернативы передатчик может вычислить и изменить норму пространственного мультиплексирования с использованием информации канала, переданной по обратной связи от приемника.

Расширенный тип вышеупомянутого предварительного кодирования на основе сдвига фаз может выражаться следующим образом:

Уравнение 19

В уравнении 19 выше D₁ используется для изменения канала, а D₂ используется для выравнивания канала между соответствующими потоками. Также и обозначают унитарные матрицы.

Сейчас будет описываться процедура выполнения ARQ для исправления ошибок с использованием вышеупомянутого предварительного кодирования на основе сдвига фаз. Предполагается, что начальная передача выполняется с использованием матрицы предварительного кодирования, имеющей две передающие антенны и норму пространственного мультиплексирования, равную 2, в структуре с множественными кодовыми словами (MCW). Однако, как описано выше, может использоваться матрица предварительного кодирования для системы, имеющей М антенн (М - натуральное число, большее 2) и норму N пространственного мультиплексирования (N - натуральное число, большее 1), и может использоваться структура с одним кодовым словом (SCW).

В структуре с множественными кодовыми словами множество пакетов могут передаваться одновременно с помощью пространственного мультиплексирования. Пакетная передача может выполняться двумя типами случаев. То есть первый случай соответствует случаю, где возникают ошибки во всех пакетах, даже если передано i пакетов (i - натуральное число, большее 2), и последний случай соответствует случаю, где возникают ошибки в j пакетах (j - натуральное число, меньшее i), даже если передано i пакетов. Сначала будет описываться первый случай.

Как показано на фиг.12, матрица предварительного кодирования, имеющая норму пространственного мультиплексирования, равную 2, используется во время начальной передачи, и если поступает сигнал NACK от приемника вследствие ошибок передачи пакета, то матрица предварительного кодирования восстанавливается таким образом, что первый столбец или второй столбец выбирается из матрицы предварительного кодирования во время начальной передачи для получения нормы пространственного мультиплексирования, равной 1. Затем выполняется ARQ. Если норма пространственного мультиплексирования снижается, то может быть увеличена мощность передачи, при помощи чего может быть улучшена надежность передачи. В то же время передающие антенны, используемые для повторной передачи, могут выбираться как имеющие отличное состояние канала, ссылаясь на информацию о качестве канала, переданную от приемника.

Затем, если ошибки возникают в некоторых из переданных пакетов, как в последнем случае, могут рассматриваться два типа схем ARQ. В случае первого типа повторно передаются только пакеты, в которых возникают ошибки, и пространственный ресурс для нормальных пакетов не используется для повторной передачи. Этот тип называется способом гашения. Согласно способу гашения новый пакет не передается, пока с помощью ARQ восстанавливаются j пакетов, в которых возникают ошибки. В случае второго типа повторно передаются j пакетов, и одновременно новый пакет передается с помощью пространственного ресурса для остальных пакетов. Этот тип называется способом без гашения.

Схема ARQ на основе множества антенн в способе гашения

1. Схема ARQ со скачкообразным переключением антенны

Для повторной передачи выбираются антенны, отличные от передающих антенн, используемых для начальной передачи.

2. Схема ARQ с выбором антенны

Передающие антенны для повторной передачи выбираются с помощью относящейся к передающей антенне информации, переданной по обратной связи от приемника. В качестве альтернативы, передающие антенны произвольно выбираются посредством прямой оценки канала на передатчике для выполнения повторной передачи.

3. Схема ARQ с разнесением со сдвигом фаз

Схема пространственного мультиплексирования или схема разнесения со сдвигом фаз используется во время начальной передачи, и во время повторной передачи используется способ предварительного кодирования на основе сдвига фаз, имеющий норму пространственного мультиплексирования, соответствующую количеству пакетов, в которых возникают ошибки.

Другими словами, как показано на фиг.13, во время начальной передачи используется схема пространственного мультиплексирования, имеющая норму пространственного мультиплексирования, равную 2. Если ошибки возникают в пакетах передачи, то повторная передача выполняется таким образом, что первый столбец или второй столбец выбирается из основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования в системе с двумя передающими антеннами, чтобы восстановить матрицу предварительного кодирования, имеющую норму пространственного мультиплексирования, равную 1. Также, как показано на фиг.14, во время начальной передачи используется схема разнесения со сдвигом фаз, имеющая норму пространственного мультиплексирования, равную 2. Если ошибки возникают в пакетах передачи, то повторная передача выполняется таким образом, что первый столбец или второй столбец выбирается из основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования в системе с двумя передающими антеннами, чтобы восстановить матрицу предварительного кодирования, имеющую норму пространственного мультиплексирования, равную 1. В качестве альтернативы, повторная передача выполняется с помощью изменения передающих антенн, даже если используется основанная на сдвиге фаз матрица предварительного кодирования.

4. Схема гибридного ARQ

Если ошибки возникают в j пакетах, то используется схема ARQ со скачкообразным переключением антенны или схема ARQ с разнесением со сдвигом фаз. Если ошибки возникают во всех пакетах, то используется HARQ на основе пространственно-временного символа из фиг.8. Фиг.15 иллюстрирует процедуру выполнения схемы ARQ с разнесением со сдвигом фаз, когда ошибки возникают в некоторых пакетах, и выполнения HARQ на основе пространственно-временного символа, когда ошибки возникают во всех пакетах.

Схема ARQ на основе множества антенн в способе без гашения

1. Схема ARQ со скачкообразным переключением антенны

Для выполнения повторной передачи выбираются антенны, отличные от передающих антенн, используемых для начальной передачи. Фиг.16 иллюстрирует процедуру скачкообразного переключения антенн для повторной передачи, когда пакеты передаются посредством схемы разнесения со сдвигом фаз.

2. Схема ARQ с разнесением со сдвигом фаз

Для начальной передачи используется схема пространственного мультиплексирования или схема разнесения со сдвигом фаз. Способ предварительного кодирования на основе сдвига фаз используется для повторной передачи, в котором положение каждого столбца в матрице предварительного кодирования меняется. Фиг.17 иллюстрирует процедуру перестановки соответствующих столбцов в основанной на сдвиге фаз матрице предварительного кодирования во время повторной передачи, когда пакеты передаются с помощью схемы разнесения со сдвигом фаз.

3. Схема гибридного ARQ

Если ошибки возникают в j пакетах, то в способе без гашения используется схема ARQ со скачкообразным переключением антенны или схема ARQ с разнесением со сдвигом фаз. Если ошибки возникают во всех пакетах, то используется HARQ на основе пространственно-временного символа из фиг.8.

По меньшей мере, одно любое из адаптивного к каналу HARQ/неадаптивному к каналу HARQ, схемы с отслеживаемым объединением/схемы с нарастающей избыточностью и синхронного HARQ/асинхронного HARQ может использоваться в качестве вышеупомянутой схемы ARQ.

Устройство передачи и приема, которое поддерживает первый способ

Фиг.18 - блок-схема, иллюстрирующая внутреннюю конфигурацию устройства передачи и приема, которое поддерживает первый способ. Устройство передачи и приема включает в себя модуль 1801 ввода, выбирающий нужную функции или вводящий информацию, модуль 1803 отображения, отображающий различные виды информации для работы устройства передачи и приема, модуль 1805 запоминающего устройства, хранящий различные программы, требуемые для работы устройства передачи и приема, и данные, которые нужно передать приемнику, модуль 1807 беспроводной связи, принимающий внешний сигнал и передающий данные приемнику, звуковой процессор 1809, преобразующий цифровой звуковой сигнал в аналоговый звуковой сигнал, усиливающий сигнал и выводящий усиленный сигнал через динамик SP или усиливающий звуковой сигнал от микрофона MIC и преобразующий сигнал в цифровой сигнал, и контроллер 1811, управляющий всем приведением в действие устройства передачи и приема.

Конфигурация модуля 1807 беспроводной связи будет описываться более подробно. Фиг.19 иллюстрирует конфигурацию передатчика OFDM с одним кодовым словом (SCW), включенного в модуль 1807 беспроводной связи, а фиг.20 иллюстрирует конфигурацию передатчика OFDM с MCW, включенную в модуль 1807 беспроводной связи. Также, поскольку приемник, соответствующий передатчику, включает в себя модули, имеющие обратные функции соответствующих модулей передатчика, его подробное описание будет пропущено.

В передатчике OFDM с SCW кодер 1910 канала добавляет разряды избыточности к информационным разрядам передачи, чтобы предотвратить искажение разрядов передачи в канале, и выполняет кодирование канала с использованием кода кодирования, например кода LDPC. Перемежитель 1920 выполняет перемежение посредством разбора разрядов кода, чтобы минимизировать потери вследствие мгновенного шума в передаче данных, и преобразователь 1930 преобразует перемеженные информационные разряды в символы OFDM. Это преобразование символов может выполняться посредством фазовой модуляции, например QPSK, или амплитудной модуляции, например 16QAM, 8QAM и 4QAM. Потом символы OFDM переносятся в несущих временной области с помощью предварительного кодера 1940, модулятора подканала (не показан) и IFFT 1950 последовательно и затем передаются в радиоканал посредством фильтра (не показан) и аналогового преобразователя 1960. Между тем, передатчик OFDM с MCW имеет ту же конфигурацию, что и передатчик OFDM с SCW, за исключением того, что символы OFDM размещаются параллельно для каждого канала и затем передаются кодеру 2010 канала и перемежителю 2020.

Модули 1941 и 2041 определения матрицы предварительного кодирования определяют первую матрицу предварительного кодирования для поднесущих из первого индекса и сдвигают по фазе первую матрицу предварительного кодирования для определения матриц предварительного кодирования для остальных поднесущих. В настоящем изобретении предварительное кодирование выполняется с использованием унитарной матрицы размера (количество передающих антенн) х (норма пространственного мультиплексирования), где унитарная матрица предоставляется для каждого индекса поднесущих. Унитарная матрица для первого индекса сдвигается по фазе для получения унитарных матриц остальных индексов. Это будет описываться более подробно.

Другими словами, модули 1941 и 2041 определения матрицы предварительного кодирования выбирают случайную матрицу предварительного кодирования в словаре кодов, заранее сохраненном в запоминающем устройстве (не показано), и определяют выбранную матрицу предварительного кодирования как матрицу предварительного кодирования (первую матрицу предварительного кодирования) для поднесущей из первого индекса. В этом случае первая матрица предварительного кодирования также может быть выбрана в зависимости от заданных политик, состояния канала и т.д.

Потом первая матрица предварительного кодирования сдвигается по фазе на заданный размер для формирования второй матрицы предварительного кодирования для поднесущей из второго индекса. В то же время размер сдвинутой фазы может быть установлен в зависимости от текущего состояния канала и/или наличия информации обратной связи от приемника. Вторая матрица предварительного кодирования сдвигается по фазе на заданный размер для формирования третьей матрицы предварительного кодирования для поднесущей из третьего индекса. Другими словами, процедура формирования второй матрицы предварительного кодирования повторяется в процедуре формирования с третьей матрицы предварительного кодирования до последней матрицы предварительного кодирования.

Модули 1942 и 2042 восстановления матрицы предварительного кодирования заранее устанавливаются в запоминающем устройстве из каждой матрицы предварительного кодирования, сформированной в модулях 1941 и 2041 формирования матрицы предварительного кодирования, или восстанавливают матрицы предварительного кодирования в зависимости от информации, сообщенной от контроллера 1811. В этом случае восстановление матриц предварительного кодирования может меняться в зависимости от типов схем ARQ, поддерживаемых устройством передачи и приема. Другими словами, восстановление матриц предварительного кодирования может быть выполнено таким образом, что определенный столбец матрицы предварительного кодирования выбирается для снижения нормы пространственного мультиплексирования или переставляется положение каждой строки или столбца матрицы предварительного кодирования.

Модули 1943 и 2043 предварительного кодирования выполняют предварительное кодирование путем замены последовательности OFDM у соответствующей поднесущей на восстановленную матрицу предварительного кодирования.

К тому же, если устройство передачи и приема поддерживает любую из схемы ARQ со скачкообразным переключением антенны, схемы ARQ с выбором антенны, схемы ARQ с разнесением со сдвигом фаз и схемы гибридного ARQ в способе гашения или любую из схемы ARQ со скачкообразным переключением антенны, схемы ARQ с разнесением со сдвигом фаз и схемы гибридного ARQ в способе без гашения, то устройство передачи и приема может дополнительно включать в себя любой один или несколько модулей пространственного мультиплексирования (не показаны), модуль разнесения со сдвигом фаз (не показан) и модуль пространственно-временного символа (не показан).

Контроллер 1811 сообщает различные виды информации для изменения или восстановления матрицы предварительного кодирования в зависимости от схемы ARQ, поддерживаемой устройством передачи и приема, модулям 1942 и 2042 восстановления матрицы предварительного кодирования или обновляет информацию о норме пространственного мультиплексирования, сохраненную в запоминающем устройстве, так что модули 1942 и 2042 восстановления матрицы предварительного кодирования эксплуатируются с обращением к обновленной информации.

<Второй вариант осуществления>

В вышеупомянутом первом способе соответствующая матрица предварительного кодирования изменяется таким образом, что информация о смещении фазовой величины и/или смещении индекса поднесущей, которая передается по обратной связи от приемника или произвольно задается в передатчике, применяется к основанной на сдвиге фаз матрице предварительного кодирования перед восстановлением, чтобы снизить норму пространственного мультиплексирования, при помощи чего может быть получена оптимизированная для повторной передачи матрица предварительного кодирования. Ниже в соответствии с вариантами осуществления будет описываться процедура изменения матрицы предварительного кодирования с помощью разрешения системе, имеющей четыре антенны и норму пространственного мультиплексирования, равную 2, применять смещение фазовой величины и/или смещение индекса поднесущей к основанной на сдвиге фаз матрице предварительного кодирования в Таблице 2. В этом случае специалистам в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение, будет очевидно, что усовершенствованный способ предварительного кодирования на основе сдвига фаз из настоящего изобретения не ограничивается нижеследующими вариантами осуществления и применим к системе, имеющей М антенн (М - натуральное число, большее 2) и норму N пространственного мультиплексирования (N - натуральное число, большее 1).

<Первый вариант осуществления обратной связи>

В этом варианте осуществления, который показан на фиг.21А, смещение N_offset индекса поднесущей передается по обратной связи от приемника и затем применяется к основанной на сдвиге фаз матрице предварительного кодирования.

Как показано на фиг.21В, отметим, что область канала (область, выделенная для синусоиды со сплошной линией), изначально выделенная поднесущей с индексом k, является относительно недостаточной по сравнению с другими областями. Соответственно, приемник проверяет состояние канала у ресурса, выделенного соответствующей поднесущей, устанавливает надлежащее смещение N_offset и передает по обратной связи передатчику установленное смещение N_offset. Передатчик применяет возвращенное смещение N_offset к существующей основанной на сдвиге фаз матрице предварительного кодирования, так что соответствующая поднесущая перемещается в оптимизированную область канала (область, выделенную для синусоиды с пунктирной линией). Уравнение основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, к которой применено возвращенное смещение N_offset индекса, может быть выражено следующим образом:

Уравнение 20

Когда уравнение 19 применяется к обобщенной схеме разнесения со сдвигом фаз, может быть получено следующее уравнение 21:

Уравнение 21

Также, когда уравнение 19 применяется к расширенной схеме разнесения со сдвигом фаз, может быть получено следующее уравнение 22:

Уравнение 22

<Второй вариант осуществления обратной связи>

В этом варианте осуществления, который показан на фиг.22А, либо надлежащая фазовая величина θ, либо смещение θ _offset фазовой величины, которое равно разнице между предыдущей возвращенной фазовой величиной и оптимизированной фазовой величиной, передается по обратной связи от приемника и затем применяется к основанной на сдвиге фаз матрице предварительного кодирования. Также ранее определенное значение в зависимости от количества повторений передачи может использоваться в качестве смещения θ_offset фазовой величины.

Как показано на фиг.22В, отметим, что область канала (область, выделенная для синусоиды со сплошной линией), изначально выделенная поднесущей с индексом k, имеющей фазу θ ₀ , является относительно недостаточной по сравнению с другими областями. Соответственно, приемник проверяет состояние канала у ресурса, выделенного соответствующей поднесущей, устанавливает надлежащее смещение θ, сравнивает установленное смещение θ с возвращенной фазовой величиной θ ₀ и передает по обратной связи передатчику результирующее смещение θ _offset , которое является значением разницы. Передатчик применяет возвращенное смещение θ _offset к существующей основанной на сдвиге фаз матрице предварительного кодирования, так что соответствующая поднесущая перемещается в область канала (область, выделенную для синусоиды с пунктирной линией), которая относительно лучше предыдущей области. Уравнение основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, к которой применено возвращенное смещение θ _offset , может быть выражено следующим образом:

Уравнение 23

Между тем, если приемник проверяет состояние канала, выделенного соответствующей поднесущей, устанавливает оптимизированную фазовую величину θ и напрямую передает по обратной связи передатчику установленное значение, то передатчик может заново сформировать основанную на сдвиге фаз матрицу предварительного кодирования на основе возвращенной фазовой величины.

Когда уравнение 23 применяется к обобщенной схеме разнесения со сдвигом фаз, может быть получено следующее уравнение 24:

Уравнение 24

Также, когда уравнение 23 применяется к расширенной схеме разнесения со сдвигом фаз, может быть получено следующее уравнение 25:

Уравнение 25

Смещение θ _offset из уравнений 24 и 25 может быть передано по обратной связи от приемника. В качестве альтернативы, ранее определенное значение может использоваться в качестве смещения θ _offset в зависимости от количества повторений передачи.

<Третий вариант осуществления обратной связи>

В этом варианте осуществления, который показан на фиг.23A, надлежащая фазовая величина θ и смещение индекса поднесущей передаются по обратной связи от приемника. В качестве альтернативы, смещение θ _offset фазовой величины, которое является разницей между предыдущей возвращенной фазовой величиной и оптимизированной фазовой величиной, и смещение N_offset индекса поднесущей передаются по обратной связи от приемника. Таким образом, результирующие значения применяются к основанной на сдвиге фаз матрице предварительного кодирования.

Как показано на фиг.23В, отметим, что область канала (область, выделенная для синусоиды со сплошной линией), изначально выделенная поднесущей с индексом k, имеющей фазу θ ₀ , является относительно недостаточной по сравнению с другими областями. Соответственно, приемник проверяет состояние канала у ресурса, выделенного соответствующей поднесущей, устанавливает фазовую величину θ для оптимизированного состояния и смещение N_offset индекса поднесущей, передает по обратной связи передатчику значение θ _offset смещения, которое равно разнице между фазовой величиной θ и предыдущей возвращенной фазовой величиной θ ₀ , и смещение индекса N_offset поднесущей. Затем передатчик прибавляет возвращенные значения смещений θ _offset и N_offset к существующей основанной на сдвиге фаз матрице предварительного кодирования, так что соответствующая поднесущая перемещается в оптимизированную область канала (область, выделенную для синусоиды с пунктирной линией). Уравнение основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, к которой применены возвращенные значения смещений θ _offset и N_offset , может быть выражено следующим образом:

Уравнение 26

Когда уравнение 26 применяется к обобщенной схеме разнесения со сдвигом фаз, может быть получено следующее уравнение 27:

Уравнение 27

Также, когда уравнение 28 применяется к расширенной схеме разнесения со сдвигом фаз, может быть получено следующее уравнение 28:

Уравнение 28

<Четвертый вариант осуществления обратной связи>

В этом варианте осуществления индекс поднесущей у основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования используется в качестве смещения N_offset индекса поднесущей, переданного по обратной связи от приемника.

Приемник проверяет состояние канала у ресурса, выделенного произвольной поднесущей или заданной поднесущей, устанавливает надлежащее смещение N_offset и передает по обратной связи передатчику установленное смещение. Затем передатчик применяет возвращенное значение N_offset смещения к существующей основанной на сдвиге фаз матрице предварительного кодирования для всех поднесущих независимо от типов поднесущих (или индекса поднесущих), так что все поднесущие перемещаются в оптимизированную область канала (область, выделенную для синусоиды с пунктирной линией). Другими словами, поскольку частотная область, имеющая самый большой размер канала, в равной степени применяется ко всем поднесущим, производительность системы может быть увеличена. Уравнение основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, к которой применено возвращенное смещение N_offset индекса, может быть выражено следующим образом:

Уравнение 29

В этом случае смещение N_offset индекса поднесущей является постоянным значением и служит в качестве информации для самого большого размера канала в приемнике.

Когда уравнение 29 применяется к обобщенной схеме разнесения со сдвигом фаз, может быть получено следующее уравнение 30:

Уравнение 30

Также, когда уравнение 29 применяется к расширенной схеме разнесения со сдвигом фаз, может быть получено следующее уравнение 31:

Уравнение 31

Во втором способе настоящего изобретения, если сигнал NACK поступает от приемника вследствие ошибок, возникающих в пакетах передачи, то существующая основанная на сдвиге фаз матрица предварительного кодирования заменяется любой из матриц с первого по четвертый вариант осуществления обратной связи с использованием различных видов информации о смещении, переданной по обратной связи от приемника, и затем выполняется повторная передача пакета с использованием измененной матрицы предварительного кодирования. Ниже будет описываться основная конфигурация устройства передачи и приема, которое поддерживает второй способ.

Устройство передачи и приема, которое поддерживает второй способ

В этом устройстве передачи и приема модуль ввода, модуль отображения, модуль запоминающего устройства, модуль беспроводной связи, динамик SP, микрофон MIC, звуковой процессор, контроллер и кодер канала, перемежитель, преобразователь, предварительный кодер, модулятор подканала, IFFT, фильтр и аналоговый преобразователь, которые включаются в модуль беспроводной связи, и модуль определения матрицы предварительного кодирования и модуль предварительного кодирования, которые включаются в предварительный кодер, являются теми же, что и в устройстве передачи и приема, которое поддерживает первый способ. Соответственно, сейчас будет описываться модуль применения смещения (не показан), предусмотренный в предварительном кодере вместо модуля восстановления матрицы предварительного кодирования.

Модуль применения смещения применяет информацию о смещении фазовой величины, полученную по обратной связи от приемника, и/или информацию о смещении индекса поднесущей к матрице предварительного кодирования, восстановленной модулем восстановления матрицы предварительного кодирования, чтобы окончательно заполнить любую из матриц с первого по четвертый вариант осуществления обратной связи, если устройство передачи и приема из настоящего изобретения эксплуатируется в замкнутой системе. Если устройство передачи и приема из настоящего изобретения эксплуатируется в незамкнутой системе, то модуль применения смещения применяет информацию о смещении фазовой величины и/или информацию о смещении индекса поднесущей, которые произвольно предоставляются от передатчика.

Между тем, персональный цифровой помощник (PDA), сотовый телефон, телефон службы персональной связи (PCS), телефон глобальной системы мобильной связи (GSM), телефон широкополосного CDMA (WCDMA) или телефон мобильной широкополосной системы (MBS) может использоваться в качестве устройства передачи и приема из настоящего изобретения.

Согласно настоящему изобретению связанная с множеством антенн схема объединяется со связанной с ARQ схемой для одновременного повышения скорости и надежности в передаче данных. Также настоящее изобретение может применяться к частотно-селективному каналу, позволяет обработку ошибок во множестве кодовых слов и может применять адаптивный ARQ без ограничения конкретным способом передачи с множеством антенн.

Специалистам в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано в других конкретных формах без отклонения от сущности и неотъемлемых характеристик изобретения. Таким образом, вышеупомянутые варианты осуществления должны рассматриваться во всех отношениях как пояснительные, а не ограничивающие. Объем изобретения следует определять с помощью разумной интерпретации прилагаемой формулы изобретения, и все изменения, которые подпадают под эквивалентный объем изобретения, включаются в объем изобретения.

Промышленная применимость. Настоящее изобретение может применяться к системе проводной связи, например беспроводному Интернету и системе мобильной связи.

Заявлены способ для исправления ошибок в системе с множеством антенн на основе множества поднесущих и поддерживающее его устройство передачи/приема. Технический результат состоит в эффективном исправлении ошибок. Для этого способ включает в себя определение основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, сдвинутой по фазе на заданный фазовый угол, начальную передачу каждого символа поднесущей к приемнику в пакете с использованием основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, восстановление основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования для уменьшения нормы пространственного мультиплексирования, если от приемника принимается отрицательное подтверждение приема (NACK), и повторную передачу изначально переданного символа поднесущей с использованием восстановленной основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования или путем изменения основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, используя информацию о смещении, переданную по обратной связи от приемника, или произвольную информацию о смещении. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 24 ил., 2 табл.

1. Способ исправления ошибок в системе с множеством антенн, использующей множество поднесущих, содержащий этапы, на которых
определяют основанную на сдвиге фаз матрицу предварительного кодирования, сдвинутую по фазе на заранее заданный фазовый угол;
изначально передают каждый символ поднесущей к приемнику в пакете с использованием основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования;
восстанавливают основанную на сдвиге фаз матрицу предварительного кодирования для уменьшения скорости пространственного мультиплексирования, если от приемника принимается отрицательное подтверждение приема (NACK); и
повторно передают изначально переданный символ поднесущей с использованием восстановленной основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования.

2. Способ по п.1, в котором этап, на котором восстанавливают матрицу предварительного кодирования, включает в себя этапы, на которых
выбирают количество столбцов, соответствующее сниженной скорости пространственного мультиплексирования, из определенной основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования; и
восстанавливают матрицу предварительного кодирования, чтобы разрешить матрице предварительного кодирования состоять только из выбранных столбцов.

3. Способ по п.1, в котором, если ошибки возникают только в некоторых изначально переданных пакетах, то этап повторной передачи включает в себя этап, на котором повторно передают некоторые пакеты, где возникают ошибки, но не передают новый пакет, пока не завершена повторная передача.

4. Способ по п.1, в котором, если ошибки возникают только в некоторых изначально переданных пакетах, то этап повторной передачи включает в себя этап, на котором повторно передают некоторые пакеты, где возникают ошибки, и передают новый пакет.

5. Способ по п.3 или 4, в котором этап повторной передачи выполняется с помощью антенн, отличных от тех, через которые передаются пакеты, где возникают ошибки.

6. Способ по п.3, в котором этап, на котором повторно передают, выполняется некоторыми антеннами, имеющими отличное состояние канала.

7. Способ по п.1, в котором этап изначальной передачи включает в себя этап, на котором передают разные символы поднесущей каждой антенне, и если возникают ошибки во всех изначально переданных пакетах, то выполняется этап повторной передачи, чтобы позволить символам поднесущей у каждой антенны иметь ортогональность.

8. Способ исправления ошибок в системе с множеством антенн, использующей множество поднесущих, содержащий этапы, на которых
определяют основанную на сдвиге фаз матрицу предварительного кодирования, сдвинутую по фазе на заранее заданный фазовый угол;
изначально передают каждый символ поднесущей к приемнику в пакете с использованием основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования;
применяют заранее заданную информацию о смещении к матрице предварительного кодирования, если от приемника принимается отрицательное подтверждение приема (NACK); и
повторно передают изначально переданный символ поднесущей с использованием основанной на сдвиге фаз матрицы предварительного кодирования, к которой применена информация о смещении.

9. Способ по п.8, в котором информация о смещении передается по обратной связи от приемника.

10. Способ по п.8, в котором информация о смещении произвольно задается в передатчике.

11. Способ по п.9 или 10, в котором информация о смещении включает в себя, по меньшей мере, одно из информации о смещении индекса поднесущей и информации о смещении фазовой величины.

12. Способ по п.9 или 10, в котором информация о смещении является информацией о смещении индекса поднесущей, примененной ко всем поднесущим, и информация о смещении поднесущей является постоянным значением.