СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МНОГОПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ВИРТУАЛЬНОГО МНОЖЕСТВЕННОГО ВХОДА/МНОЖЕСТВЕННОГО ВЫХОДА Российский патент 2011 года по МПК H04B7/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам беспроводной связи. В частности, настоящее изобретение относится к способу, устройству и системе для реализации методов многопользовательского виртуального множественного входа/множественного выхода (MIMO) для беспроводных блоков приема/передачи (WTRU) с одной или более антеннами.

Уровень техники

В обычных MIMO-системах связи как в передатчике, так и в приемнике используется множество антенн для передачи и приема. Посредством множества антенн между передатчиком и приемником может быть установлено множество беспроводных каналов. Как правило, пропускная способность и производительность системы увеличиваются по мере увеличения количества антенн.

Для способа виртуального MIMO в обычной MIMO-системе, в которой участвуют два или более отдельных блоков WTRU, каждый блок WTRU снабжен одной антенной для независимой передачи по одному и тому же подканалу или группе поднесущих (SBG). Базовая станция или планировщик организуют взаимодействие двух или более блоков WTRU, чтобы передавать по одному и тому же подканалу или SBG путем планирования передачи множества WTRU. Тем не менее, в обычной виртуальной MIMO-системе не предоставлена схема или решение для блоков WTRU с более чем одной антенной.

Соответственно, было бы желательным предоставить способ для реализации виртуального MIMO для блоков WTRU с двумя или более антеннами.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к способу, базовой станции и системе для реализации способов многопользовательского виртуального MIMO для блоков WTRU с одной или более антеннами. Данная система включает в себя базовую станцию и, по меньшей мере, один блок WTRU с, по меньшей мере, двумя антеннами. Количество антенн базовой станции не меньше количества антенн любого из блоков WTRU. Базовая станция генерирует матрицу канала для блоков WTRU и обрабатывает принимаемые от блоков WTRU сигналы на основании измерения матрицы канала. Блоки WTRU могут выполнять предварительное кодирование передачи или формирование собственной диаграммы направленности с помощью информации матрицы канала. Блоки WTRU также могут выполнять разнесение передачи.

Краткое описание чертежей

Изобретение станет понятным из следующего описания предпочтительного варианта осуществления, приведенного в качестве примера и рассматриваемого вместе с сопутствующими чертежами, на которых:

фиг.1 - иллюстрация системы беспроводной связи, в которой реализован виртуальный MIMO для блоков WTRU с двумя или более антеннами согласно настоящему изобретению; и

фиг.2 - структурная схема базовой станции, сконфигурированной согласно настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

В использованном здесь значении термин "беспроводной блок приема/передачи" (WTRU) включает в себя, но не ограничивается перечисленным, пользовательское оборудование (UE), мобильную станцию, фиксированную или мобильную абонентскую станцию, пейджер, сотовый телефон, персональный цифровой секретарь (PDA), компьютер или любой другой тип пользовательских устройств, способных работать в беспроводной среде. В использованном здесь значении термин "базовая станция" включает в себя, но не ограничивается перечисленным, Узел-B (Node-B), локальный контроллер, точку доступа (AP) или любой другой тип интерфейсного устройства, способного работать в беспроводной среде.

Настоящее изобретение применимо к любой беспроводной схеме связи, которая позволяет блоку WTRU использовать более одного пространственного потока (то есть эффективного пространственного канала). Более конкретно, настоящее изобретение применимо к MIMO согласно схеме множественного доступа с частотным разделением с одной несущей (SC-FDMA), MIMO-передаче согласно схеме множественного доступа с ортогональным частотным разделением (OFDMA) или MIMO согласно схеме OFDMA с множеством несущих, в которых может использоваться скачкообразное изменение частоты.

Фиг.1 представляет собой иллюстрацию системы 100 беспроводной связи, в которой реализован виртуальный MIMO для блоков WTRU 120a, 120b с двумя или более антеннами согласно настоящему изобретению. Система 100 включает в себя базовую станцию 110 и множество блоков WTRU 120a, 120b. Базовая станция 110 включает в себя множество антенн. По меньшей мере, один из блоков WTRU 120a, 120b включает в себя множество антенн. На фиг.1 в качестве примера показано два (2) блока WTRU 120a, 120b, каждый из которых имеет две (2) антенны, и одна базовая станция 110 с четырьмя (4) антеннами. Следует отметить, что в системе 100 может существовать любое количество блоков WTRU, и блоки WTRU 120a, 120b и базовая станция 110 могут иметь любое количество антенн.

Количество (N_rx) антенн в базовой станции 110 больше или равно количеству (N_tx) антенн любого из отдельных блоков WTRU 120a, 120b, которые образуют виртуальный канал между блоками WTRU 120a, 120b и базовой станцией 110. Известно, что пропускная способность MIMO-канала имеет линейную зависимость от наименьшей из величин N_tx и N_rx.

Например, базовая станция 110 может назначить определенное количество антенн базовой станции (по меньшей мере, то же количество антенн, которое имеют каждый из блоков WTRU 120a, 120b) каждому из блоков WTRU 120a, 120b, как показано пунктирными кругами на фиг.1, и сгенерировать матрицу эффективного канала для каналов между базовой станцией 110 и блоками WTRU 120a, 120b. Матрица эффективного H _eff канала от блоков WTRU 120a, 120b к базовой станции 110 имеет следующий вид:

Уравнение (1)

где

Уравнение (2)

где H _ij представляет собой матрицу многолучевого канала между i-ым блоком WTRU и группой антенн j-ой базовой станции, а h ₁₁, h ₁₂ , h ₂₁ и h ₂₂ представляют собой коэффициенты канала для двух передающих антенн каждого блока WTRU и двух приемных антенн каждой группы антенн базовой станции соответственно. Уравнение (1) представляет собой эффективный MIMO-канал для многопользовательского виртуального MIMO, а уравнение (2) представляет собой отдельный MIMO-канал для конкретного блока WTRU. Следует отметить, что в уравнениях (1) и (2) использован пример для двух (2) антенн в базовой станции и блоке WTRU соответственно. Тем не менее, может рассматриваться любая комбинация передающих и приемных антенн, в которой, по меньшей мере, один из блоков WTRU и базовая станция имеют более одной антенны. Размерность матрицы для уравнений (1) и (2) зависит от количества используемых антенн.

Пространственный поток эквивалентен скалярному каналу, формируемому MIMO-каналом согласно уравнению (2). Если уравнение (3) удовлетворяется,

Уравнение (3)

то устанавливаются две эквивалентные системы 1(Tx)×2(Rx), причем каждая из этих систем содержит скалярный канал, образуемый пространственным потоком.

Фиг.2 представляет собой структурную схему базовой станции 110 согласно настоящему изобретению. Базовая станция 110 включает в себя множество антенн 122, оценщик 124 канала и приемник 126. Для простоты описания другие обычные компоненты базовой станции 110 не показаны. Базовая станция 110 включает в себя множество антенн, количество которых больше или равно количеству антенн любого из блоков WTRU 120a, 120b, обслуживаемых данной базовой станцией 110 по схеме виртуальной MIMO-передачи (то есть базовая станция 110 включает в себя, по меньшей мере, две (2) антенны). Оценщик 124 канала генерирует матрицу канала для блоков WTRU 120a, 120b. Приемник 126 обрабатывает сигналы, принимаемые от блоков WTRU 120a, 120b, используя матрицу канала. Приемник 126 может использовать способ линейной минимальной среднеквадратичной ошибки (LMMSE), чтобы восстанавливать данные для каждого из блоков WTRU 120a, 120b. В данном случае виртуальный MIMO-метод также может быть применен для блоков WTRU с более чем одной антенной.

Блоки WTRU 120a, 120b могут реализовывать формирование собственного луча передачи, предварительное кодирование передачи (либо на основании кодовой книги, либо без нее), пространственное мультиплексирование, способы разнесения, включающие в себя пространственно-временное блочное кодирование (STBC), пространственно-частотное блочное кодирование (SFBC), разнесение циклической задержки (CDD) или комбинации этих способов. Для формирования собственной диаграммы направленности или предварительного кодирования передачи базовая станция может передать в блоки WTRU разложенную матрицу канала (то есть ортогональную матрицу, получаемую путем разложения матрицы канала согласно методу декомпозиции по сингулярным числам (SVD) или иному методу). Пропускная способность системы увеличивается путем использования большего количества антенн MIMO в блоке WTRU, (например, 2 антенны в блоках 120a, 120b).

Некоторые блоки WTRU могут поддерживать только один пространственный поток (то есть они имеют только одну антенну), тогда как остальные блоки WTRU могут поддерживать более одного пространственного потока (то есть они имеют более одной антенны). Благодаря этой схеме базовая станция имеет гораздо больше гибкости по сравнению с одноантенным виртуальным MIMO ввиду добавленных размерностей виртуальных каналов. Еще одно преимущество заключается в потенциальной возможности уменьшения помех между ячейками благодаря меньшим требованиям к мощности передачи в блоке WTRU.

Варианты осуществления

1. Способ для реализации многопользовательского виртуального MIMO в системе беспроводной связи, включающей в себя базовую станцию и множество блоков WTRU, причем базовая станция включает в себя множество антенн, и, по меньшей мере, один из упомянутых блоков WTRU включает в себя, по меньшей мере, две антенны, причем количество антенн базовой станции не меньше количества антенн любого из блоков WTRU.

2. Способ согласно 1-му варианту осуществления, в котором базовая станция генерирует матрицу канала для блоков WTRU.

3. Способ согласно 2-му варианту осуществления, в котором базовая станция обрабатывает принимаемые от блоков WTRU сигналы с помощью матрицы канала.

4. Способ согласно любому из вариантов осуществления со 2-го по 3-ий, в котором блоки WTRU выполняют предварительное кодирование передачи с помощью матрицы канала.

5. Способ согласно любому из вариантов осуществления со 2-го по 4-ый, в котором блоки WTRU выполняют формирование собственной диаграммы направленности с помощью матрицы канала.

6. Способ согласно любому из вариантов осуществления со 2-го по 5-ый, в котором блоки WTRU выполняют разнесение передачи.

7. Способ согласно 6-му варианту осуществления, в котором блоки WTRU выполняют, по меньшей мере, одно из STBC, SFBC и CDD.

8. Способ согласно любому из вариантов осуществления со 2-го по 7-ой, в котором, по меньшей мере, один из блоков WTRU поддерживает только один пространственный поток, а остальные блоки WTRU поддерживают, по меньшей мере, два пространственных потока.

9. Способ согласно любому из вариантов осуществления со 2-го по 7-ой, в котором базовая станция и блоки WTRU реализуют SC-FDMA.

10. Способ согласно любому из вариантов осуществления со 2-го по 7-ой, в котором базовая станция и блоки WTRU реализуют OFDMA.

11. Способ согласно любому из вариантов осуществления со 2-го по 7-ой, в котором базовая станция и блоки WTRU реализуют MC-OFDMA.

12. Система беспроводной связи для реализации многопользовательского виртуального MIMO.

13. Система согласно 12-му варианту осуществления, содержащая множество блоков WTRU, причем, по меньшей мере, один из блоков WTRU имеет, по меньшей мере, две антенны.

14. Система согласно 13-му варианту осуществления, содержащая базовую станцию, причем базовая станция содержит множество антенн, и количество антенн базовой станции не меньше количества антенн любого из блоков WTRU.

15. Система согласно 14-му варианту осуществления, в которой базовая станция содержит оценщик канала для генерации матрицы канала для блоков WTRU.

16. Система согласно 15-му варианту осуществления, в которой базовая станция содержит приемник для обработки сигналов, передаваемых из блоков WTRU, с помощью матрицы канала.

17. Система согласно любому из вариантов осуществления с 15-го по 16-ый, в которой блоки WTRU выполняют предварительное кодирование передачи с помощью матрицы канала.

18. Система согласно любому из вариантов осуществления с 15-го по 17-ый, в которой блоки WTRU выполняют формирование собственной диаграммы направленности с помощью матрицы канала.

19. Система согласно любому из вариантов осуществления с 15-го по 18-ый, в которой блоки WTRU выполняют разнесение передачи.

20. Система согласно 19-му варианту осуществления, в которой блоки WTRU выполняют, по меньшей мере, одно из STBC и SFBC.

21. Система согласно любому из вариантов осуществления с 13-го по 20-ый, в которой, по меньшей мере, один из блоков WTRU поддерживает только один пространственный поток, а остальные блоки WTRU поддерживают, по меньшей мере, два пространственных потока.

22. Система согласно любому из вариантов осуществления с 13-го по 21-ый, в которой базовая станция и блоки WTRU реализуют SC-FDMA.

23. Система согласно любому из вариантов осуществления с 13-го по 21-ый, в которой базовая станция и блоки WTRU реализуют OFDMA.

24. Система согласно любому из вариантов осуществления с 13-го по 21-ый, в которой базовая станция и блоки WTRU реализуют MC-OFDMA.

25. Система по любому из вариантов осуществления с 13-го по 24-ый, в которой блоки WTRU селективно передают сигналы, используя либо однопотоковый MIMO, либо многопотоковый MIMO.

26. Базовая станция для реализации многопользовательского виртуального MIMO для множества блоков WTRU, причем, по меньшей мере, один из блоков WTRU имеет, по меньшей мере, две антенны.

27. Базовая станция согласно 26-му варианту осуществления, содержащая множество антенн, причем количество антенн базовой станции не меньше количества антенн любого из блоков WTRU.

28. Базовая станция согласно 27-му варианту осуществления, содержащая оценщик канала для генерации матрицы канала для блоков WTRU.

29. Базовая станция согласно 28-му варианту осуществления, содержащая приемник для обработки принимаемых от блоков WTRU сигналов с помощью матрицы канала.

30. Базовая станция согласно 29-му варианту осуществления, в которой приемник сконфигурирован таким образом, чтобы обрабатывать сигналы, которые обрабатываются для предварительного кодирования передачи посредством блоков WTRU, используя матрицу канала.

31. Базовая станция согласно любому варианту осуществления с 29-го по 30-ый, в которой приемник сконфигурирован таким образом, чтобы обрабатывать сигналы, которые обрабатываются для формирования собственной диаграммы направленности посредством блоков WTRU, используя матрицу канала.

32. Базовая станция согласно любому варианту осуществления с 29-го по 31-ый, в которой приемник сконфигурирован таким образом, чтобы обрабатывать сигналы, которые обрабатываются для разнесения передачи посредством блоков WTRU.

33. Базовая станция согласно 32-му варианту осуществления, в которой приемник сконфигурирован таким образом, чтобы обрабатывать сигналы, которые обрабатываются для, по меньшей мере, одного из STBC, SFBC и CDD посредством блоков WTRU.

34. Базовая станция согласно любому из вариантов осуществления с 27-го по 33-ий, в которой, по меньшей мере, один из блоков WTRU поддерживает только один пространственный поток, а остальные блоки WTRU поддерживают, по меньшей мере, два пространственных потока.

35. Базовая станция согласно любому из вариантов осуществления с 27-го по 34-ый, которая реализует SC-FDMA.

36. Базовая станция согласно любому из вариантов осуществления с 27-го по 34-ый, которая реализует OFDMA.

37. Базовая станция согласно любому из вариантов осуществления с 27-го по 34-ый, которая реализует MC-OFDMA.

Несмотря на то, что функциональные особенности и элементы настоящего изобретения описаны в предпочтительных вариантах в их конкретной комбинации, каждая функциональная особенность или элемент может использоваться в отдельности без других функциональных особенностей и элементов предпочтительных вариантов осуществления или в различных комбинациях вместе с другими функциональными особенностями и элементами настоящего изобретения или без них. Способы или схемы последовательности операций, представленные в настоящем изобретении, могут быть реализованы в компьютерной программе, программном обеспечении или встроенном программном обеспечении, материально реализованном в машиночитаемом средстве хранения для выполнения компьютером общего назначения или процессором. Примеры машиночитаемых средств хранения включают в себя ПЗУ, ОЗУ, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические диски, и оптические носители, такие как диски CD-ROM и DVD.

Подходящие процессоры включают в себя, например, процессор общего назначения, процессор специального назначения, обычный процессор, процессор цифровых сигналов, множество микропроцессоров, один или более микропроцессоров в связи с ядром процессора цифровых сигналов, контроллер, микроконтроллер, специализированные интегральные схемы, программируемые вентильные матрицы, другие типы интегральных схем и/или конечный автомат.

Процессор вместе с программным обеспечением может использоваться для реализации радиочастотного приемопередатчика для использования в беспроводном блоке приема/передачи (WTRU), пользовательском оборудовании, терминале, базовой станции, контроллере радиосети или в любом главном компьютере. Блок WTRU может использоваться в связи с модулями, реализованными аппаратным и/или программным образом, такими как камера, видеокамера, видеотелефон, телефон с громкой связью, вибрационное устройство, громкоговоритель, микрофон, телевизионный приемопередатчик, гарнитура "hands free", клавиатура, модуль Bluetooth®, радиоблок с частотной модуляцией, жидкокристаллический дисплей, OLED-дисплей, цифровой музыкальный проигрыватель, медиапроигрыватель, модуль видеоигр, Интернет-браузер и/или любой модуль беспроводной локальной сети (WLAN).

Изобретение относится к системам беспроводной связи. Раскрыты способ и система для реализации методов многопользовательского виртуального множественного входа/множественного выхода (MIMO) для беспроводных блоков приема/передачи (WTRU) с одной или более антеннами. Данная система включает в себя базовую станцию и, по меньшей мере, один блок WTRU с, по меньшей мере, двумя антеннами. Количество антенн базовой станции не меньше количества антенн любого из блоков WTRU. Базовая станция генерирует матрицу канала для блоков WTRU и обрабатывает принимаемые от блоков WTRU сигналы на основании измерения матрицы канала. Блоки WTRU могут выполнять предварительное кодирование передачи или формирование собственной диаграммы направленности посредством информации матрицы канала. Блоки WTRU также могут выполнять разнесение передачи. Техническим результатом является реализация виртуального MIMO для блоков WTRU с двумя или более антеннами. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ для реализации многопользовательского виртуального множественного входа/множественного выхода (MIMO), содержащий этапы, на которых
назначают подгруппу антенн базовой станции каждому из множества беспроводных блоков приема/передачи (WTRU), причем подгруппа содержит множество антенн базовой станции;
генерируют матрицу MIMO-канала между антеннами блоков WTRU и антеннами базовой станции; и
обрабатывают принимаемые от блоков WTRU сигналы с помощью матрицы канала.

2. Способ по п.1, в котором выполняют предварительное кодирование передачи, используя матрицу канала.

3. Способ по п.1, в котором выполняют формирование собственной диаграммы направленности, используя матрицу канала.

4. Способ по п.1, в котором выполняют обработку разнесения передачи.

5. Способ по п.4, в котором выполняют, по меньшей мере, одно из пространственно-временного блочного кодирования (STBC), пространственно-частотного блочного кодирования (SFBC) и разнесения циклической задержки (CDD).

6. Способ по п.1, в котором реализуют множественный доступ с частотным разделением с одной несущей (SC-FDMA).

7. Способ по п.1, в котором реализуют множественный доступ с ортогональным частотным разделением (OFDMA).

8. Способ по п.1, в котором реализуют OFDMA с множеством несущих (MC-OFDMA).

9. Базовая станция для реализации многопользовательского виртуального MIMO для множества блоков WTRU, причем базовая станция содержит
множество антенн базовой станции;
контроллер для назначения подгруппы антенн базовой станции каждому из множества блоков WTRU, причем подгруппа содержит множество антенн базовой станции;
оценщик канала для генерации матрицы MIMO-канала между антеннами блоков WTRU и антеннами базовой станции; и
приемопередатчик для передачи и приема сигналов в/от блоков WTRU с помощью матрицы канала.

10. Базовая станция по п.9, в которой приемопередатчик сконфигурирован так, чтобы реализовывать предварительное кодирование передачи, используя матрицу канала.

11. Базовая станция по п.9, в которой приемопередатчик сконфигурирован так, чтобы реализовывать формирование собственной диаграммы направленности, используя матрицу канала.

12. Базовая станция по п.9, в которой приемопередатчик сконфигурирован так, чтобы выполнять обработку разнесения передачи.

13. Базовая станция по п.12, в которой приемопередатчик сконфигурирован так, чтобы выполнять, по меньшей мере, одно из STBC, SFBC и CDD.

14. Базовая станция по п.9, в которой приемопередатчик реализует SC-FDMA.

15. Базовая станция по п.9, в которой приемопередатчик реализует OFDMA.

16. Базовая станция по п.9, в которой приемопередатчик реализует MC-OFDMA.