СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПЕРЕДАЧИ ВОСХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ СВЯЗИ В СИСТЕМЕ МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ С ОДНОЙ НЕСУЩЕЙ С МНОЖЕСТВОМ ВХОДОВ И МНОЖЕСТВОМ ВЫХОДОВ Российский патент 2010 года по МПК H04L1/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам беспроводной связи. В частности настоящее изобретение касается способа и устройства для выполнения передачи восходящей линии в системе множественного доступа с частотным разделением с одной несущей (SC-FDMA) с множеством входов и множеством выходов (MIMO).

Уровень техники

Разработчики систем беспроводной связи третьего поколения (3G) работают над долгосрочным развитием (LTE) систем 3G для разработки новой сети радиодоступа, обеспечивающей улучшенную систему с высокой скоростью передачи данных, низкой задержкой, с оптимизацией пакетной передачи, большей пропускной способностью и лучшим покрытием. Для достижения указанных целей вместо использования множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), который применяется в настоящее время в системах 3G, в качестве радиоинтерфейса для выполнения передачи восходящей линии в LTE предложен SC-FDMA.

Базовая схема передачи восходящей линии LTE основана на передаче SC-FDMA с низким отношением пиковой мощности к средней мощности с циклическим префиксом (CP) для достижения ортогональности между пользователями восходящей линии и обеспечения возможности эффективной коррекции частотной области на приемной стороне. Для поддержки частотно-адаптивной и частотно-разнесенной передачи можно использовать как локализованную, так и распределенную передачу.

На фиг. 1 показана стандартная структура субкадра для выполнения передачи восходящей линии, как это предложено в LTE. Субкадр включает в себя шесть длинных блоков (LB) 1-6 и два коротких блока (SB) 1 и 2. Блоки SB 1 и 2 используются для опорных сигналов (то есть пилот-сигналов) для когерентной демодуляции и/или управления либо передачи данных. Блоки LB 1-6 используются для управления и/или передачи данных. Минимальный временной интервал передачи восходящей линии (TTI) равен длительности субкадра. Можно соединить множество субкадров или временных сегментов в более длинный интервал TTI восходящей линии связи.

MIMO относится к тому типу схемы беспроводной передачи и приема, в которой как передатчик, так и приемник используют более одной антенны. Система MIMO имеет преимущество за счет пространственного разнесения или пространственного мультиплексирования (SM), улучшающего отношение сигнал-шум (SNR) и увеличивающего пропускную способность. Система MIMO дает множество выгод, в том числе повышенную эффективность использования спектра, более высокую скорость передачи бит и надежность на границах соты, уменьшенные межсотовые и внутрисотовые помехи, повышенную пропускную способность системы и снижает требования к средней мощности передачи.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для выполнения передачи восходящей линии в системе MIMO SC-FDMA. В беспроводном приемопередающем блоке (WTRU)входные данные кодируются, после чего выполняется их синтаксический разбор на множество потоков данных. После выполнения модуляции и преобразования Фурье на основе информации о состоянии канала избирательно выполняется одно из: формирование луча передачи, предварительное кодирование, пространственно-временное кодирование (STC) или мультиплексирование SM. Затем символы отображаются на поднесущие и передаются через множество антенн. Кодирование STC может представлять собой пространственно-частотное блочное кодирование (SFBC) или пространственно-временное блочное кодирование (STBC). Управление скоростью передачи для каждой антенны может выполняться по каждому потоку данных на основе информации о состоянии канала. В узле В (Node-B) декодирование MIMO может выполняться на основе декодирования по критерию минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE), декодирования на основе MMSE - последовательного подавления помех (SIC), декодирования по критерию максимального правдоподобия (ML) или на основе аналогичных современных способов приема для систем MIMO. Если кодирование STC выполняется в блоке WTRU, то может выполняться пространственно-временное декодирование.

Краткое описание чертежей

Более детальное понимание изобретения можно получить из последующего описания его предпочтительного варианта, представленного в качестве примера, вместе с сопроводительными чертежами, на которых:

Фиг. 1 - стандартный формат субкадра, предложенный для системы SC-FDMA в LTE;

Фиг. 2 - блок-схема блока WTRU, сконфигурированного согласно настоящему изобретению;

Фиг. 3 - метки обработки передачи согласно настоящему изобретению;

Фиг. 4 - блок-схема узла В, сконфигурированного согласно настоящему изобретению;

Фиг. 5 - блок-схема блока WTRU, сконфигурированного согласно другому варианту настоящего изобретения;

Фиг. 6 - блок-схема узла В, сконфигурированного согласно другому варианту настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения

Используемый здесь термин “WTRU” включает в себя, но не только: пользовательское оборудование (UE), мобильную станцию, стационарный или мобильный абонентский блок, пейджер, сотовый телефон, персональный цифровой помощник (PDA), компьютер или пользовательское устройство любого другого типа, способное работать в беспроводной среде. Используемый здесь термин «узел В» включает в себя, но не только: базовую станцию, контроллер станций, точку доступа (AP) или интерфейсное устройство любого другого типа в беспроводной среде.

Отличительные признаки настоящего изобретения могут быть воплощены в интегральной схеме (IC) или быть сконфигурированы в схеме, содержащей множество соединенных между собой компонент.

Настоящее изобретение обеспечивает способы для избирательной реализации кодирования STC, мультиплексирования SM или формирования луча передачи для передачи по восходящей линии связи в системе MIMO SC-FDMA. Для кодирования STC можно использовать любой вид STC, в том числе STBC, SFBC, квазиортогональное кодирование Alamouti для четырех (4) передающих антенн, обращенное во времени кодирование STBC (TR-STBC), разнесение с циклической задержкой (CDD) или т.п. Далее настоящее изобретение поясняется со ссылками на кодирование STBC и SFBC в качестве репрезентативных примеров для схем STC. Кодирование SFBC отличается более высокой устойчивостью в отношении каналов, имеющих высокую временную избирательность и низкую частотную избирательность, в то время как кодирование STBC можно использовать при низкой временной избирательности. Поскольку преимущества кодирования STC в отношении формирования луча передачи зависят от параметров каналов (например, отношение сигнал-шум (SNR)), режим передачи (STC в зависимости от формирования луча передачи) выбирают на основе подходящей канальной метрики.

На фиг. 2 представлена блок-схема блока WTRU 200, сконфигурированного согласно настоящему изобретению. Блок WTRU 200 включает в себя канальный кодер 202, блок 204 согласования скорости передачи, пространственный анализатор 206, множество перемежителей 208а, 208n, множество блоков 210а-210n отображения групп, множество блоков 212а-212n быстрого преобразования Фурье (FFT), множество мультиплексоров 218а-218n, блок 222 пространственного преобразования, блок 224 отображения на CP и множество антенн 230а-230n. Следует заметить, что конфигурация блоков WTRU 200, 500 и узлов В 400, 600 на фиг. 2, а также 4-6 приведены в качестве примера, а не как ограничение, и указанная обработка может выполняться большим или меньшим количество компонент, а порядок обработки может изменяться.

Канальный кодер 202 кодирует входные данные 201. Здесь используется адаптивная модуляция и кодирование (AMC), где можно применять любую скорость кодирования и любую схему кодирования. Например, скорость кодирования может быть равна 1/2, 1/3, 1/5, ѕ, 5/6, 8/9 или т.п. В качестве схемы кодирования можно использовать турбокодирование, сверточное кодирование, блочное кодирование, кодирование с контролем по четности и малой плотностью (LDPC) или т.п. Кодированные данные 203 могут прореживаться блоком 204 согласования скорости. В альтернативном варианте множество потоков входных данных может кодироваться и прореживаться множеством канальных кодеров и блоков согласования скорости.

Кодированные данные после согласования скорости (205) подвергаются синтаксическому разбору на множество потоков 207а-207n данных пространственным синтаксическим анализатором 206. Биты данных в каждом потоке 207а-207n данных предпочтительно подвергаются перемежению перемежителями 208а-208n. После перемежения 209а-209n биты данных отображаются в символы 211а-211n блоками 210а-210n отображения групп в соответствии с выбранной схемой модуляции. В качестве схемы модуляции может быть использована двоичная фазовая манипуляция (BPSK), квадратурная фазовая манипуляция (QPSK), 8-позиционная фазовая манипуляция (8PSK), 16-позиционная квадратурная амплитудная модуляция (QAM), 64-позиционная QAM или аналогичные схемы модуляции. Символы 211а-211n в каждом потоке данных обрабатываются блоками FFT 212а-212n, которые выдают данные 213а-213n частотной области. Данные 214а-214n управления и/или пилот-сигналы 216а-216n мультиплексируются с данными 213а-213n частотной области мультиплексором 218а-218n. Данные 219а-219n частотной области (в том числе мультиплексированные данные 214а-214n управления и/или пилот-сигналы 216а-216n) обрабатываются блоком 222 пространственного преобразования.

Блок 222 пространственного преобразования избирательно выполняет одно из: формирование луча передачи, предварительное кодирование, кодирование STC, мультиплексирование SM или любую их комбинацию для данных 213а-213n частотной области на основе информации 220 о состоянии канала. Информация 220 о состоянии канала может содержать канальную импульсную характеристику или матрицу предварительного кодирования, а также может содержать по меньшей мере одно из отношения сигнал-шум (SNR), скорости блока WTRU, ранга канальной матрицы, номера состояния канала, разброса задержки или краткосрочной и/или долгосрочной канальной статистики. Номер состояния относится к рангу канала. Некондиционный канал может иметь недостаточный ранг. Канал низкого ранга или некондиционный канал демонстрирует более высокую надежность при использовании схемы разнесения, например, STBC, поскольку такой канал не имеет достаточную степень свободы для поддержки мультиплексирования SM с формированием луча передачи. Канал высокого ранга может поддерживать более высокие скорости передачи данных, используя SM с формированием луча передачи. При низкой скорости блока WTRU может быть выбрано предварительное кодирование или формирование луча передачи с обратной связью, в то время как при высокой скорости блока WTRU можно выбрать разомкнутую схему SM или разнесение передачи (например, STC). Когда отношение SNR велико, можно выбрать формирование луча передачи с обратной связью, в то время как при невысоком отношении SNR предпочтение можно отдать схеме разнесения передачи. Информацию 220 о состоянии канала можно получить от узла В с использованием стандартных способов, таких как обратная связь по прямому каналу(DCFB).

Формирование луча передачи может выполняться с использованием метода разложения канальной матрицы (например, разложения по сингулярным числам(SVD)), кодового словаря и метода предварительного кодирования на основе индексов, метода SM или т.п. Например, при предварительном кодировании или формировании луча передачи с использованием SVD выполняется оценка канальной матрицы и ее разложение с использованием SVD, а результирующие векторы с правой сингулярностью или квантованные векторы с правой сингулярностью используют для матрицы предварительного кодирования или векторов формирования луча. При предварительном кодировании или формировании луча передачи с использованием кодового словаря и метода на основе индексов выбирают матрицу предварительного кодирования кодового словаря, имеющего максимальное отношение SNR, и по обратной связи в эту матрицу предварительного кодирования подается индекс. В качестве критерия выбора могут быть использованы показатели, отличные от SNR, например, среднеквадратическая ошибка (MSE), пропускная способность канала, частота появления ошибочных бит (BER), частота появления блочных ошибок (BLER), производительность или т.п. При мультиплексировании SM в качестве матрицы предварительного кодирования используют матрицу идентичности (то есть фактически для SM вес предварительного кодирования для антенн не применяется). Мультиплексирование SM прозрачно поддерживается архитектурой формирования луча передачи (просто не требуется обратная связь для матрицы предварительного кодирования или векторов формирования луча). Схема формирования луча передачи приближается к границе Шеннона с высоким отношением SNR для несложного детектора с MMSE. Из-за обработки передачи в блоке WTRU 200 при формировании луча передачи обеспечивается минимум требуемой мощности передачи за счет на небольшой дополнительной обратной связи.

Затем потоки 223а-223n символов, обработанные блоком 222 пространственного преобразования, отображаются на поднесущие блоком 224 отображения на поднесущие. Отображение на поднесущие может быть распределенным либо локализованным. Затем данные 225а-225n, отображенные на поднесущие, обрабатываются блоками IFFT 226a-226n, которые выдают данные 227а-227n временной области. К данным 227а-227n временной области блоком 228а-228n вставки CP добавляется префикс CP. Затем данные 229а-229n временной области с CP передаются через антенны 230а-230n.

Блок WTRU 200 поддерживает как один поток с одним кодовым словом (например, для кодирования SFBC), так и один или несколько потоков или кодовых слов с формированием луча передачи. Кодовые слова можно рассматривать как потоки данных, которые подвергаются независимому канальному кодированию с независимым контролем с помощью циклического избыточного кода (CRC). Разные кодовые слова могут использовать один и тот же время-частотно-кодовый ресурс.

На фиг. 3 показаны метки обработки передачи согласно настоящему изобретению. Для формирования луча передачи выполняют разложение канальной матрицы с использованием разложения по сингулярным числам матрицы (SVD) или эквивалентного метода, как показано ниже:

H=UDV^H Уравнение (1)

Пространственное преобразование для SM или формирование луча передачи может быть выражено следующим образом:

X=TsУравнение (2),

где матрица T является обобщенной матрицей преобразования. В случае использования формирования луча передачи матрицу T преобразования выбирают равной матрице V формирования луча, которую получают из вышеописанной операции SVD (то есть T=V).

При использовании кодирования STC (то есть, SFBC или STBC) кодированные данные для SFBC или STBC могут быть выражены следующим образом:

где первая и вторая строка этой матрицы представляют кодированные данные для антенн 1 и 2 соответственно после кодирования SFBC или STBC с использованием схемы Alamouti. При использовании SFBC элементы d_2n и d_2n+1 представляют символы данных поднесущих 2n и 2n+1 для одной пары поднесущих. При использовании STBC элементы d_2n и d_2n+1 представляют два соседних символа OFDM 2n и 2n+1. Обе схемы имеют одинаковую эффективную скорость кодирования.

На фиг. 4 представлена блок-схема узла В 400 сконфигурированного согласно настоящему изобретению. Узел В 400 содержит множество антенн 402a-402n, множество блоков 404а-404n удаления префикса CP, множество блоков FFT 406а-406n, блок 408 канальной оценки, блок 410 обратного отображения поднесущих, декодер MIMO 412, пространственно-временной декодер (STD) 414, множество блоков IFFT 416а-416n, множество демодуляторов 418а-418n, множество обратных перемежителей 420а-420n, пространственный обратный синтаксический анализатор 422, блок 424 обратного согласования скорости и декодер 426.

Блоки 404а-404n удаления CP удаляют префикс CP из каждого полученного потока 403а-403n данных от каждой приемной антенны 402а-402n. Полученные потоки данных после удаления 405а-405n префикса CP преобразуются блоками FFT 406а-406n в данные 407а-407n частотной области. Блок 408 канальной оценки создает канальную оценку 409 на основе данных 407а-407n частотной области с использованием стандартных методов. Канальная оценка выполняется отдельно для каждой поднесущей. Блок 410 обратного отображения поднесущих выполняет операцию, обратную той, которая выполняется в блоке WTRU 200 по фиг. 2. Затем данные 411а-411n после обратного отображения поднесущих обрабатываются декодером MIMO 412.

Декодер MIMO 412 может представлять собой декодер, действующий на основе минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE), декодер на основе MMSE - последовательного подавления помех (SIC), декодер, действующий по критерию максимального правдоподобия (ML) или декодер, использующий любые другие современные способы для систем MIMO. Декодирование MIMO с использованием линейного декодера MMSE (LMMSE) можно выразить следующим образом:

Уравнение (3),

где R - матрица обработки при приеме, R_ss и R_vv - корреляционные матрицы, а - эффективная канальная матрица, которая включает в себя влияние матрицы V на оцененную канальную характеристику.

Декодер STD 414 декодирует код STC, если в блоке WTRU 200 использовалось это кодирование. Декодирование SFBC или STBC с MMSE может быть выражено следующим образом:

Уравнение (4),

где h - оцененная канальная матрица.

Канальные коэффициенты h_ij в канальной матрице H представляют собой канальную характеристику, соответствующую передающей антенне j и приемной антенне i.

Кодирование STC имеет преимущество перед формированием луча передачи при низком отношении SNR. В частности, результаты моделирования демонстрируют преимущество использования кодирования STC при низком отношении SNR перед формированием луча передачи. Для STC не требуется обратная связь с информацией о состоянии канала, и этот способ кодирования прост в реализации. Кодирование STBC отличается надежностью для каналов, имеющих высокую частотную избирательность, в то время как кодирование SFBC надежно для каналов, имеющих высокую временную избирательность. SFBC можно декодировать в одном символе, и это может дать преимущество, когда требуется низкая задержка (например, передача голоса по IP-протоколу (VoIP)). В квазистатических условиях SFBC и STBC обеспечивают аналогичные рабочие характеристики.

После декодирования MIMO (если не используется STC) или после пространственно-временного декодирования (если STC используется) декодированные данные 413а-413n или 415а-415n обрабатываются блоками IFFT 416а-416n для преобразования в данные 417а-417n временной области. Данные 417а-417n временной области обрабатываются демодуляторами 418а-418n для создания битовых потоков 419а-419n. Битовые потоки 419а-419n обрабатываются обратными перемежителями 420а-420n, которые выполняют операцию, обратную операции, выполняемой перемежителями 208а-208n блока WTRU 200 по фиг. 2. Битовые потоки 421а-421n, прошедшие обратное перемежение, объединяются пространственным обратным синтаксическим анализатором 422. Затем объединенный битовый поток 23 обрабатывается блоком 424 обратного согласования скорости и декодером 426 для восстановления данных 427.

Формирование луча передачи в блоке WTRU 200 требует наличие индикатора состояния канала (CSI) для вычисления матрицы V предварительного кодирования. Узел В 400, 600 включает в себя блок обратной связи по состоянию канала (не показан) для посылки в блок WTRU информации о состоянии канала. Требования к обратной связи для множества антенн растут пропорционально произведению количества передающих антенн и приемных антенн, а также разбросу задержки, в то время как пропускная способность возрастает лишь линейно. Таким образом, чтобы снизить требования к обратной связи, можно использовать ограниченную обратную связь. Наиболее прямой способ ограничения обратной связи - это квантование канального вектора (VQ). Векторный кодовый словарь может быть построен с использованием метода интерполяции. Для вычисления матрицы V требуется собственное разложение. В методе предварительного кодирования на матричной основе можно использовать обратную связь или квантование. В методе предварительного кодирования на матричной основе выбирается наилучшая матрица предварительного кодирования в кодовом словаре, и по обратной связи передается индекс в выбранную матрицу предварительного кодирования. Наилучшая матрица предварительного кодирования определяется на основе заранее определенного критерия выбора, например, максимального отношения SNR, максимальной корреляции или любых других подходящих показателей. Чтобы уменьшить вычислительные требования к WTRU, может быть использовано квантованное предварительное кодирование.

Независимо от того, где выполняется собственное разложение, необходимое для получения матрицы V: в блоке WTRU 200, узле В 400 или в них обоих, информацию, относящуюся к CSI, также необходимо иметь в блоке WTRU 200. Если собственное разложение выполняется в узле В 400, то в блоке WTRU 200 можно использовать CSI для дополнительного улучшения оценки матрицы предварительного кодирования передачи в блоке WTRU 200.

Надежную обратную связь пространственного канала можно получить путем усреднения по частоте. Этот метод называется статистической обратной связью. Статистическая обратная связь может быть усредненной обратной связью или ковариационной обратной связью. Поскольку ковариационная информация усредняется по поднесущим, параметры обратной связи для всех поднесущих одинаковы, в то время как усредненная обратная связь должна выполняться для каждой отдельной поднесущей или группы поднесущих. Следовательно, последнее требует больших издержек на сигнализацию. Поскольку канал проявляет статистическую взаимность в отношении ковариационной обратной связи, для формирования луча передачи из WTRU 200 можно использовать обратную связь в явном виде. Ковариационная обратная связь также менее чувствительна к задержке обратной связи по сравнению с усредненной обратной связью по каждой поднесущей.

На фиг. 5 и 6 представлены блок-схемы блока WTRU 500 и узла В 600, сконфигурированных согласно другому варианту настоящего изобретения. Блок WTRU 500 и узел В 600 реализуют управление скоростью по каждой антенне (PARC), с формированием луча передачи, предварительным кодированием или мультиплексированием SM или без них.

Блок WTRU 500 включает в себя пространственный синтаксический анализатор 502, множество канальных кодеров 504а-504n, множество блоков 506а-506n согласования скорости, множество перемежителей 508а-508n, множество блоков 510а-510n отображения групп, множество блоков FFT 512а-512n, множество мультиплексоров 518а-518n, блок 522 пространственного преобразования, блок 524 отображения на поднесущие, множество блоков IFFT 526а-526n, множество блоков 528а-528n вставки CP и множество антенн 530а-530n. Следует отметить, что конфигурация блока WTRU 500 представлена в качестве примера, а не как ограничение, и обработка может выполняться большим или меньшим количеством компонент, а порядок обработки может быть изменен.

Сначала данные 501 передачи демультиплексируются пространственным анализатором 502 с образованием множества потоков 503а-503n данных. Для каждого потока 503а-503n данных можно использовать адаптивную модуляцию и кодирование (AMC). Затем биты в каждом потоке 503а-503n данных кодируются каждым из канальных кодеров 504а-504n и прореживаются для согласования скорости каждым из блоков 506а-506n согласования скорости. В альтернативном варианте канальными кодерами и блоками согласования скорости может кодироваться и прореживаться множество входных потоков данных, без выполнения синтаксического разбора данных передачи на множество потоков данных.

Кодированные данные после согласования скорости 507а-507n предпочтительно повергнуть перемежению перемежителями 508а-508n. Биты данных после перемежения 509а-509n отображаются затем в символы 511а-511n блоками 510а-510n отображения групп согласно выбранной схеме модуляции. В качестве схемы модуляции могут быть использованы BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM или аналогичные схемы модуляции. Символы 511а-511n в каждом потоке данных обрабатываются блоками FFT 512а-512n, которые выдают данные 513а-513n частотной области. Данные 514а-514n управления и/или пилот-сигналы 516а-516n мультиплексируются с данными 513а-513n частотной области мультиплексором 518а-518n. Данные 519а-519n частотной области (в том числе мультиплексированные данные 514а-514n управления и/или пилот-сигналы 516а-516n) обрабатываются блоком 522 пространственного преобразования.

Блок 522 пространственного преобразования избирательно выполняет одно из формирования луча передачи, предварительного кодирования, кодирования STC, мультиплексирования SM или любую их комбинацию для данных 513а-513n частотной области на основе информации 520 о состоянии канала. Информация 520 о состоянии канала может содержать канальную импульсную характеристику или матрицу предварительного кодирования, а также может содержать по меньшей мере одно из отношения сигнал-шум (SNR), скорости блока WTRU, ранга канальной матрицы, номера состояния канала, разброса задержки либо краткосрочной и/или долгосрочной канальной статистики. Информацию 520 о состоянии канала можно получить от узла В с использованием стандартных способов, таких как DCFB.

Формирование луча передачи может выполняться с использованием метода разложения канальной матрицы (например, SVD), кодового словаря и метода предварительного кодирования на основе индексов, метода SM или т.п. Например, при предварительном кодировании или формировании луча передачи с использованием SVD выполняется оценка канальной матрицы и ее разложение с использованием SVD, а результирующие векторы с правой сингулярностью или квантованные векторы с правой сингулярностью используют для матрицы предварительного кодирования или векторов формирования луча. При предварительном кодировании или формировании луча передачи с использованием кодового словаря и метода на основе индексов выбирают матрицу предварительного кодирования кодового словаря, имеющего максимальное отношение SNR, а по обратной связи в эту матрицу предварительного кодирования подается индекс. В качестве критерия выбора могут быть использованы показатели, отличные от SNR, например, MSE, пропускная способность канала, частота BER, частота BLER, производительность или т.п. При мультиплексировании SM в качестве матрицы предварительного кодирования используют матрицу идентичности (то есть фактически для SM для антенн не применяется вес предварительного кодирования). Мультиплексирование SM прозрачно поддерживается архитектурой формирования луча передачи (то есть, фактически для SM вес предварительного кодирования для антенн не применяется). Мультиплексирование SM прозрачно поддерживается архитектурой формирования луча передачи (просто не требуется обратная связь для матрицы предварительного кодирования или векторов формирования луча). Схема формирования луча передачи приближается к границе Шеннона с высоким отношением SNR для несложного детектора с MMSE. Из-за обработки передачи в блоке WTRU 200 при формировании луча передачи обеспечивается минимум требуемой мощности передачи за счет небольшой дополнительной обратной связи.

Затем потоки 523а-523n символов, обработанные блоком 522 пространственного преобразования, отображаются на поднесущие блоком 524 отображения на поднесущие. Отображение на поднесущие может быть распределенным либо локализованным. Затем данные 525а-525n, отображенные на поднесущие, обрабатываются блоками IFFT 526a-526n, которые выдают данные 527а-527n временной области. К данным 527а-527n временной области блоками 528а-528n вставки CP добавляется префикс CP. Затем данные 529а-529n с CP временной области передаются через множество антенн 530а-530n.

Узел В 600 включает в себя множество антенн 602а-602n, множество блоков 604а-604n удаления префикса CP, множество блоков FFT 606а-606n, блок 608 канальной оценки, блок 610 обратного отображения поднесущих, декодер MIMO 612, декодер STD 614, множество блоков IFFT 616а-616n, множество демодуляторов 618а-618n, множество обратных перемежителей 620а-620n, множество блоков 622а-622n обратного согласования скорости, множество декодеров 624а-624n и пространственный обратный синтаксический анализатор 626.

Блоки 604а-604n удаления CP удаляют префикс CP из каждого полученного потока 603а-603n данных от каждой приемной антенны 602а-602n. Полученные потоки данных после удаления 605а-605n префикса CP преобразуются блоками FFT 606а-606n в данные 607а-607n частотной области. Блок 608 канальной оценки создает канальную оценку 609 на основе данных 607а-607n частотной области с использованием стандартных методов. Канальная оценка выполняется отдельно для каждой поднесущей. Блок 610 обратного отображения поднесущих выполняет операцию, обратную той, которая выполняется в блоке WTRU 500 по фиг. 5. Затем данные 611а-611n после обратного отображения поднесущих обрабатываются декодером MIMO 612.

Декодер MIMO 612 может представлять собой декодер MMSE, декодер MMSE SIC, декодер ML или декодер, использующий любые другие современные способы для систем MIMO. Декодер STD 614 декодирует код STC, если в блоке WTRU 500 использовано кодирование STC.

После декодирования MIMO (если не используется STC) или после пространственно-временного декодирования (если STC используется) декодированные данные 613а-613n или 615а-615n обрабатываются блоками IFFT 616а-616n для преобразования в данные 617а-617n временной области. Данные 617а-617n временной области обрабатываются демодуляторами 618а-618n для создания битовых потоков 619а-619n. Битовые потоки 619а-619n обрабатываются обратными перемежителями 620а-620n, которые выполняют операцию, обратную операции, выполняемой перемежителями 508а-508n блока WTRU 500 по фиг. 5. Затем каждый из битовых потоков 621а-621n после обратного перемежения обрабатывается каждым из блоков 624а-624n обратного согласования скорости. Битовые потоки 623а-623n после обратного согласования скорости декодируются декодерами 624а-624n. Декодированные биты 625а-625n соединяются пространственным обратным синтаксическим анализатором 626 для восстановления данных 627.

Варианты осуществления.

1. Способ для выполнения передачи по восходящей линии связи в системе беспроводной связи.

2. Способ по варианту 1, содержащий шаг генерации множества кодированных потоков данных.

3. Способ по варианту 2, содержащий шаг генерации символьной последовательности из каждого кодированного потока данных согласно выбранной схеме модуляции.

4. Способ по варианту 3, содержащий шаг выполнения преобразования Фурье на каждой символьной последовательности для создания данных частотной области.

5. Способ по варианту 4, содержащий шаг избирательного выполнения одного из формирования луча передачи, предварительного кодирования, кодирования STC или пространственного мультиплексирования на данных частотной области на основе информации о состоянии канала.

6. Способ по варианту 5, содержащий шаг отображения символов в каждой символьной последовательности на поднесущие.

7. Способ по варианту 6, содержащий шаг выполнения обратного преобразования Фурье на данных, отображенных на поднесущие, в каждой символьной последовательности для генерации данных временной области.

8. Способ по варианту 7, содержащий шаг передачи данных временной области.

9. Способ по любому из вариантов с 5 по 8, в котором кодирование STC представляет собой одно из кодирования SFBC, кодирования STBC, квазиортогонального кодирования Alamouti, кодирования TR-STBC или разнесения CDD.

10. Способ по любому из вариантов с 5 по 9, в котором информация о состоянии представляет по меньшей мере одно из кодирования TR-STBC или разнесения CDD.

10. Способ по любому из вариантов с 5 по 9, в котором информация о состоянии представляет по меньшей мере одно из канальной импульсной характеристики, матрицы предварительного кодирования, отношения SNR, ранга канальной матрицы, номера состояния канала, разброса задержки, скорости блока WRTU или канальной статистики.

11. Способ по любому из вариантов с 2 по 10, дополнительно содержащий шаг прореживания в каждом из кодированных потоков данных для согласования скорости.

12. Способ по любому из вариантов с 2 по 11, дополнительно содержащий шаг перемежения бит в каждом потоке кодированных данных.

13. Способ по любому из вариантов с 5 по 12, в котором управление скоростью каждой антенны выполняется на потоках кодированных данных на основе информации о состоянии канала.

14. Способ по любому из вариантов с 5 по 13, в котором формирование луча передачи представляет собой собственное формирование луча передачи с использованием разложения канальной матрицы.

15. Способ по любому из вариантов с 5 по 13, в котором формирование луча передачи выполняется с использованием кодового словаря и предварительного кодирования на основе индексов.

16. Способ по любому из вариантов с 5 по 13, в котором формирование луча передачи выполняется с использованием формирования луча на основе управляющего вектора.

17. Способ по любому из вариантов с 4 по 16, дополнительно содержащий шаг мультиплексирования данных управления и пилот-сигналов с данными частотной области.

18. Способ по любому из вариантов с 1 по 17, в котором система беспроводной связи представляет собой систему MIMO SC-FDMA.

19. Способ по любому из вариантов с 8 по 18, дополнительно содержащий шаг приема данных временной области.

20. Способ по варианту 19, содержащий шаг выполнения преобразования Фурье на принятых данных временной области для генерации принятых данных частотной области.

21. Способ по варианту 20, содержащий шаг выполнения обратного отображения поднесущих.

22. Способ по варианту 21, содержащий шаг генерации канальной оценки.

23. Способ по варианту 22, содержащий шаг выполнения декодирования на принятых данных после обратного отображения поднесущих на основе канальной оценки.

24. Способ по варианту 23, содержащий шаг выполнения обратного преобразования Фурье на декодированных принятых данных после обратного отображения поднесущих.

25. Способ по варианту 24, содержащий шаг выполнения демодуляции и декодирования.

26. Способ по любому из вариантов с 23 по 25, в котором декодирование выполняется на основе одного из декодирования на основе MMSE, декодирования на основе MMSE-SIC или декодирования на основе ML.

27. Способ по любому из вариантов с 23 по 26, дополнительно содержащий шаг выполнения пространственно-временного декодирования, если для передачи выполняется пространственно-временное декодирование.

28. Способ по любому из вариантов с 22 по 27, в котором информация о состоянии канала подается по обратной связи из равноправного узла связи.

29. Способ по варианту 28, в котором для обратной связи для информации о состоянии канала используется ограниченная обратная связь.

30. Способ по варианту 28, в котором для обратной связи для информации о состоянии канала используется канальное векторное квантование (VQ).

31. Способ по варианту 28, в котором собственное разложение канальной матрицы выполняется в равноправном узле для передачи матрицы V по обратной связи.

32. Способ по варианту 28, в котором для обратной связи для информации о состоянии канала используется статистическая обратная связь.

33. Способ по варианту 32, в котором для обратной связи для информации о состоянии канала используется одно из усредненной обратной связи или ковариационной обратной связи.

34. Блок WRTU для выполнения передачи по восходящей линии связи в системе беспроводной связи MIMO SC-FDMA.

35. Блок WRTU по варианту 34, содержащий кодер для кодирования входных данных.

36. Блок WRTU по варианту 35, содержащий блок отображения групп для генерации символьной последовательности из каждого потока кодированных данных согласно выбранной схеме модуляции.

37. Блок WRTU по варианту 36, содержащий блок преобразования Фурье для выполнения преобразования Фурье на каждой символьной последовательности для генерации данных частотной области.

38. Блок WRTU по варианту 37, содержащий блок пространственного преобразования для избирательного выполнения одного из формирования луча передачи, предварительного кодирования, кодирования STC или пространственного мультиплексирования на данных частотной области на основе информации о состоянии канала.

39. Блок WRTU по варианту 38, содержащий блок отображения на поднесущие для отображения выхода блока пространственного преобразования на поднесущие.

40. Блок WRTU по варианту 39, содержащий блок обратного преобразования Фурье для выполнения обратного преобразования Фурье на данных после отображения поднесущих для генерации данных временной области.

41. Блок WRTU по варианту 40, содержащий множество антенн для передачи данных временной области.

42. Блок WRTU по любому из вариантов с 38 по 41, в котором блок пространственного преобразования сконфигурирован для выполнения по меньшей мере одного из кодирования SFBC, кодирования STBC, квазиортогонального кодирования Alamouti, кодирования TR-STBC или разнесения CDD.

43. Блок WRTU по любому из вариантов с 38 по 42, в котором информация о состоянии канала представляет собой по меньшей мере одно из канальной импульсной характеристики, матрицы предварительного кодирования, отношения SNR, ранга канальной матрицы, номера состояния канала, разброса задержки, скорости блока WTRU или канальной статистики.

44. Блок WRTU по любому из вариантов с 35 по 43, дополнительно содержащий пространственный синтаксический анализатор для генерации множества потоков кодированных данных из кодированных входных данных.

45. Блок WRTU по любому из вариантов с 35 по 44, дополнительно содержащий пространственный синтаксический анализатор для генерации множества потоков входных данных, причем каждый поток входных данных кодируется кодером.

46. Блок WRTU по любому из вариантов с 35 по 45, дополнительно содержащий блок согласования скорости для прореживания каждого из потоков кодированных данных с целью согласования скорости.

47. Блок WRTU по любому из вариантов с 35 по 46, дополнительно содержащий перемежитель для перемежения бит в каждом из потоков кодированных данных.

48. Блок WRTU по любому из вариантов с 42 по 47, в котором блок пространственного преобразования сконфигурирован для выполнения управления скоростью для каждой антенны на потоках кодированных данных на основе информации о состоянии канала.

49. Блок WRTU по любому из вариантов с 42 по 48, в котором блок пространственного преобразования сконфигурирован для выполнения формирования луча передачи с использованием разложения канальной матрицы.

50. Блок WRTU по любому из вариантов с 42 по 49, в котором блок пространственного преобразования сконфигурирован для выполнения формирования луча передачи с использованием кодового словаря и предварительного кодирования на основе индексов.

51. Блок WRTU по любому из вариантов с 42 по 50, в котором блок пространственного преобразования сконфигурирован для выполнения формирования луча передачи с использованием формирования луча на основе управляющего вектора.

52. Блок WRTU по любому из вариантов с 37 по 51, дополнительно содержащий мультиплексор для мультиплексирования данных управления и пилот-сигналов с данными частотной области.

53. Блок WRTU по любому из вариантов с 38 по 52, в котором информация о состоянии канала получается от узла В.

54. Узел В для поддержки передачи по восходящей линии связи в системе беспроводной связи MIMO SC-FDMA.

55. Узел В по варианту 54, содержащий множество антенн для приема данных.

56. Узел В по варианту 55, содержащий блок преобразования Фурье для выполнения преобразования Фурье на принятых данных для генерации данных частотной области.

57. Узел В по варианту 56, содержащий блок обратного отображения поднесущих для выполнения обратного отображения поднесущих на данных частотной области.

58. Узел В по любому из вариантов с 54 по 57, содержащий блок канальной оценки для генерации канальной оценки.

59. Узел В по варианту 58, содержащий декодер MIMO для выполнения декодирования MIMO на данных частотной области после обратного отображения поднесущих на основе канальной оценки.

60. Узел В по варианту 59, содержащий блок обратного преобразования Фурье для выполнения обратного преобразования Фурье на выходе из декодера MIMO для генерации данных временной области.

61. Узел В по варианту 60, содержащий демодулятор для выполнения демодуляции на данных временной области для генерации демодулированных данных.

62. Узел В по варианту 61, содержащий декодер для декодирования демодулированных данных.

63. Узел В по любому из вариантов с 59 по 62, в котором декодер MIMO сконфигурирован для выполнения декодирования MIMO на основе одного из декодирования на основе MMSE, декодирования на основе MMSE-SIC или декодирования на основе ML.

64. Узел В по любому из вариантов с 59 по 63, дополнительно содержащий пространственно-временной декодер для выполнения пространственно-временного декодирования.

65. Узел В по любому из вариантов с 58 по 64, дополнительно содержащий блок обратной связи о состоянии канала для посылки в блок WTRU информации о состоянии канала.

66. Узел В по варианту 65, в котором для обратной связи с информацией о состоянии канала используется ограниченная обратная связь.

67. Узел В по варианту 65, в котором для обратной связи с информацией о состоянии канала используется канальное VQ.

68. Узел В по варианту 65, в котором для обратной связи с информацией о состоянии канала используется статистическая обратная связь.

69. Узел В по варианту 68, в котором для обратной связи с информацией о состоянии канала используется одно из усредненной обратной связи или ковариационной обратной связи.

Хотя признаки и элементы настоящего изобретения описаны в предпочтительных вариантах в конкретных сочетаниях для конкретного формата кадра, субкадра или временного сегмента, каждый признак или элемент можно использовать автономно без других признаков и элементов предпочтительных вариантов или в различных комбинациях вместе или без других признаков и элементов настоящего изобретения, и можно использовать для других форматов кадра, субкадра и временного сегмента. Способы, предложенные в настоящем изобретении, можно реализовать в компьютерной программе, программными средствами или программно-аппаратными средствами, материально воплощенными на считываемом компьютером носителе для выполнения компьютером общего назначения или процессором. Примеры считываемых компьютером носителей включают в себя память только для считывания (ROM), память с произвольной выборкой (RAM), регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные среды, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические среды и оптические среды, например, ПЗУ на компакт-дисках, и цифровые универсальные диски (DVD).

Подходящие процессоры включают в себя, например, процессор общего назначения, специализированный процессор, стандартный процессор, процессор цифровых сигналов (DSP), множество микропроцессоров, один или несколько микропроцессоров в сочетании с ядром DSP, контроллер, микроконтроллер, прикладные специализированные интегральные схемы (ASIC), вентильные матрицы, программируемые пользователем (FPGA), любую интегральную схему и/или конечный автомат.

Для реализации радиочастотного приемопередатчика для использования в блоке WRTU, пользовательском оборудовании, терминале, базовой станции, контроллере радиосети или любом хост-компьютере можно использовать процессор вместе с программным обеспечением. Блок WRTU можно использовать в сочетании с модулями, реализованными аппаратными и/или программными средствами, например, с камерой, модулем видеокамеры, видеотелефоном, спикерфоном, вибрационным устройством, динамиком, микрофоном, телевизионным приемопередатчиком, гарнитурой громкой связи, клавиатурой, модулем Bluetooth, радиоблоком с частотной модуляцией (FM), блоком отображения на жидкокристаллическом дисплее (LCD), блоком отображения на органических светоизлучающих диодах (OLED), цифровым музыкальным плеером, медиаплеером, модулем игрового видеоплеера, Интернет-браузером и/или любым модулем беспроводной локальной сети (WLAN).

Изобретение относится к системам беспроводной связи и может быть использовано в системе множественного доступа с частотным разделением. Достигаемый технический результат - увеличение скорости передачи данных и пропускной способности. Способ характеризуется тем, что осуществляют генерацию множества потоков кодированных данных, генерацию символьной последовательности из каждого потока кодированных данных на основе выбранной схемы модуляции, выполнение преобразования Фурье на каждой символьной последовательности для генерации данных частотной области, избирательное выполнение одного из видов кодирования или пространственного мультиплексирования на данных частотной области на основе информации о состоянии канала, отображение символов в каждой символьной последовательности на поднесущие, выполнение обратного преобразования Фурье, передачу данных временной области. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ передачи восходящей линии связи, выполняемый беспроводным приемопередающим блоком (WTRU) с множеством входов и множеством выходов (MIMO), причем способ содержит: генерацию множества потоков кодированных данных; генерацию символьной последовательности из каждого потока кодированных данных на основе выбранной схемы модуляции; выполнение преобразования Фурье на каждой символьной последовательности для генерации данных частотной области;
избирательное выполнение, по меньшей мере, одного из: формирования луча передачи, предварительного кодирования, пространственно-временного кодирования (STC) или пространственного мультиплексирования (SM) на данных частотной области на основе информации о состоянии канала, которая включает в себя матрицу предварительного кодирования и отношение сигнал-шум (SNR); отображение символов в каждой символьной последовательности на поднесущие; выполнение обратного преобразования Фурье на данных после отображения на поднесущие в каждой символьной последовательности для генерации данных временной области; и
передачу данных временной области, причем при условии, что выполняется формирование луча передачи на данных частотной области, формирование луча передачи выполняют с использованием кодового словаря или схемы на основе индексов.

2. Способ по п.1, в котором STC представляет собой, по меньшей мере, одно из: пространственно-частотного блочного кодирования (SFBC), пространственно-временного блочного кодирования (STBC), квазиортогонального кодирования Alamouti, обращенного во времени кодирования STBC (TR-STBC), или разнесения с циклической задержкой (CDD).

3. Способ по п.1, в котором информация о состоянии канала представляет собой, по меньшей мере, одно из: канальной импульсной характеристики, матрицы предварительного кодирования, отношения сигнал-шум (SNR), ранга канальной матрицы, номера состояния канала, разброса задержки, скорости беспроводного приемопередающего блока (WTRU) или канальной статистики.

4. Способ по п.1, дополнительно содержащий прореживание каждого из потоков кодированных данных для согласования скорости.

5. Способ по п.1, дополнительно содержащий перемежение битов в каждом из потоков кодированных данных.

6. Способ по п.1, в котором управление скоростью каждой антенны выполняется на потоках кодированных данных на основе информации о состоянии канала.

7. Способ по п.1, в котором формирование луча передачи представляет собой собственное формирование луча передачи с использованием разложения канальной матрицы.

8. Способ по п.1, в котором формирование луча передачи выполняют с использованием формирования луча передачи на основе управляющего вектора.

9. Способ по п.1, дополнительно содержащий мультиплексирование данных управления и пилот-сигналов с данными частотной области.

10. Беспроводный приемопередающий блок (WTRU) для выполнения передачи восходящей линии связи, причем WTRU содержит: кодер, сконфигурированный для кодирования входных данных; блок отображения групп, сконфигурированный для генерации символьной последовательности из каждого потока кодированных данных на основе выбранной схемы модуляции; блок преобразования Фурье, сконфигурированный для выполнения преобразования Фурье на каждой символьной последовательности для генерации данных частотной области; блок пространственного преобразования, сконфигурированный для выполнения, по меньшей мере, одного из: формирования луча передачи, предварительного кодирования, пространственно-временного кодирования (STC) или пространственного мультиплексирования (SM) на данных частотной области на основе информации о состоянии канала, которая включает в себя матрицу предварительного кодирования и отношение сигнал-шум(SNR), блок отображения на поднесущие, сконфигурированный для отображения выхода блока пространственного преобразования на поднесущие; блок обратного преобразования Фурье, сконфигурированный для выполнения обратного преобразования Фурье на данных после отображения на поднесущие для генерации данных временной области; и множество антенн, сконфигурированных для передачи данных временной области, причем при условии, что выполняется формирование луча передачи на данных частотной области, формирование луча передачи выполняют с использованием кодового словаря или схемы на основе индексов.

11. WTRU по п.10, в котором блок пространственного преобразования сконфигурирован для выполнения, по меньшей мере, одного из: пространственно-частотного блочного кодирования (SFBC), пространственно-временного блочного кодирования (STBC), квазиортогонального кодирования Alamouti, обращенного во времени кодирования STBC (TR-STBC), или разнесения с циклической задержкой (CDD).

12. WTRU по п.10, в котором информация о состоянии канала представляет собой, по меньшей мере, одно из: канальной импульсной характеристики, матрицы предварительного кодирования, отношения сигнал-шум (SNR), ранга канальной матрицы, номера состояния канала, разброса задержки, скорости беспроводного приемопередающего блока (WTRU) или канальной статистики.

13. WTRU по п.10, дополнительно содержащий
пространственный синтаксический анализатор для генерации множества потоков кодированных данных из кодированных входных данных.

14. WTRU по п.10, дополнительно содержащий пространственный синтаксический анализатор для генерации множества потоков входных данных, причем каждый поток входных данных кодируется кодером.

15. WTRU по п.10, дополнительно содержащий блок согласования скорости для прореживания в каждом из потоков кодированных данных для согласования скорости.

16. WTRU по п.10, дополнительно содержащий
перемежитель для перемежения бит в каждом из потоков кодированных данных.

17. WTRU по п.10, в котором блок пространственного преобразования сконфигурирован для выполнения управления скоростью для каждой антенны на потоках кодированных данных на основе информации о состоянии канала.

18. WTRU по п.10, в котором блок пространственного преобразования сконфигурирован для выполнения формирования луча передачи с использованием разложения канальной матрицы.

19. WTRU по п.10, в котором блок пространственного преобразования сконфигурирован для выполнения формирования луча передачи с использованием формирования луча на основе управляющего вектора.

20. WTRU по п.10, дополнительно содержащий мультиплексор для мультиплексирования данных управления и пилот-сигналов с данными частотной области.

21. Узел Б для поддержки передачи восходящей линии связи, содержащий: множество антенн, сконфигурированных для приема данных; блок преобразования Фурье, сконфигурированный для выполнения преобразования Фурье на принятых данных для генерации данных частотной области; блок обратного отображения поднесущих, сконфигурированный для выполнения обратного отображения поднесущих на данных частотной области; блок канальной оценки, сконфигурированный для генерации канальной оценки; декодер с множеством входов и множеством выходов (MIMO), сконфигурированный для выполнения декодирования MIMO на данных частотной области после обратного отображения данных поднесущих на основе канальной оценки, блок обратного преобразования Фурье, сконфигурированный для выполнения обратного преобразования Фурье на выходе из декодера MIMO для генерации данных временной области; демодулятор, сконфигурированный для выполнения демодуляции на данных временной области для генерации демодулированных данных; декодер, сконфигурированный для декодирования демодулированных данных; и блок обратной связи состояния канала, сконфигурированный для передачи информации о состоянии канала, которая включает в себя матрицу предварительного кодирования и отношение сигнал-шум (SNR).

22. Узел Б по п.21, в котором декодер MIMO сконфигурирован для выполнения декодирования MIMO на основе одного из: декодирования на основе минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE), декодирования на основе MMSE-последовательного подавления помех (SIC) или декодирования на основе максимального правдоподобия (ML).

23. Узел Б по п.22, дополнительно содержащий пространственно-временной декодер, сконфигурированный для выполнения пространственно-временного декодирования.

24. Узел Б по п.21, в котором для обратной связи с информацией о состоянии канала используется ограниченная обратная связь.

25. Узел Б по п.24, в котором для обратной связи с информацией о состоянии канала используется канальное векторное квантование (VQ).

26. Узел Б по п.21, в котором для обратной связи с информацией о состоянии канала используется статистическая обратная связь.

27. Узел Б по п.26, в котором для обратной связи с информацией о состоянии канала используется одно из усредненной обратной связи или ковариационной обратной связи.