СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ, СПОСОБ ПЛАНИРОВАНИЯ ЕЕ РЕСУРСОВ И ПОДВИЖНАЯ СТАНЦИЯ Российский патент 2011 года по МПК H04B7/05 H04B7/04 

Следующее поколение сетей сотовой связи (например, сети Long Term Evolution (LTE)) могут обеспечить более высокие скорости передачи данных по сравнению с сетями сотовой связи, используемыми в настоящее время. Для обеспечения более высоких скоростей передачи данных могут использоваться различные технологии MIMO (множественный вход - множественный выход). В общем случае, схемы MIMO могут быть охарактеризованы различными признаками. Например, существуют схемы MIMO с использованием разнесения (например, пространственно-временные блочные коды Аламоути, пространственно-временные решетчатые/турбо- коды и др.) и схемы MIMO с использованием мультиплексирования.

Схемы с разнесением ограничивают вариации по всем каналам по сравнению с каналом SISO (один вход - один выход) и влияют на отношение сигнал/шум на одно соединение, в результате чего повышается качество услуги для индивидуальных соединений. В схемах с мультиплексированием планировщик сети назначает пользователям в совместное пользование по существу одни и те же частотно-временные ресурсы, и взаимные помехи подавляются с использованием технологии формирования лучей диаграммы направленности приемника и/или передатчика или же с использованием технологии подавления взаимных помех в приемнике. В системах беспроводной связи, которые действуют в соответствии с такими схемами с разнесением, соединение пользователя может подвергаться повышенным изменениям отношения сигнал/шум из-за быстрых изменений взаимных помех. Таким образом, качество услуги на одно соединение может ухудшаться.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Объект настоящего изобретения подробно определен и четко заявлен в заключительной части заявки. Однако изобретение в отношении организации и способа работы, вместе с его объектами, признаками и достоинствами можно лучше всего понять из нижеприведенного подробного описания вместе с прилагаемыми чертежами, на которых показано:

фигура 1 - схема системы беспроводной связи в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

фигура 2 - схема временных интервалов символ-частота схемы мультиплексирования в системе с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 3 - схема временных интервалов символ-частота схемы мультиплексирования в системе с многостанционным доступом с разделением частот и одной несущей (SC-FDMA) в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

фигуры 4 и 5 - схемы, иллюстрирующие качество работы системы беспроводной связи в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Следует иметь в виду, что для упрощения и наглядности иллюстрации элементы на чертежах могут быть показаны не в масштабе. Например, размеры некоторых элементов для наглядности могут быть подчеркнуто увеличены относительно других элементов. Кроме того, там, где это уместно, ссылочные номера на чертежах могут повторяться для указания соответствующих или аналогичных элементов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В нижеприведенном подробном описании для обеспечения полного понимания настоящего изобретения указываются различные конкретные детали. Однако среднему специалисту в данной области техники будет ясно, что настоящее изобретение может быть осуществлено и без некоторых таких конкретных деталей. В других случаях хорошо известные способы, операции, компоненты и схемы не описываются подробно, чтобы не загромождать описание изобретения. Некоторые части подробного нижеприведенного описания представлены в форме алгоритмов и символического представления действий над битами данных или двоичными цифровыми сигналами в запоминающем устройстве компьютера. Эти описания алгоритмов и представления могут быть техническими приемами, которые используются специалистами в области обработки данных и сигналов для объяснения другим специалистам принципов их работы.

Если специально не указано иное, то такие термины, как "обработка", "вычисление", "расчет", "определение" и аналогичные, используемые по всему описанию, относятся к действию и/или к способам, выполняемым компьютером или вычислительной системой или аналогичным вычислительным устройством, которые обрабатывают и/или преобразуют данные, представленные в форме физических величин, например в электронной форме, в регистрах и/или запоминающих устройствах вычислительной системы, в другие данные, аналогично представленные в форме физических величин в регистрах, запоминающих устройствах или других устройствах хранения информации, передачи или отображения вычислительной системы. Кроме того, термин "несколько" может быть использован по всему описанию для описания двух или более компонентов, устройств, элементов, параметров и других объектов. Например, указание "несколько подвижных станций" означает две или более подвижных станций.

Необходимо понимать, что настоящее изобретение может иметь различные применения. Схемы и технологии, упоминаемые в настоящем описании, могут использоваться во многих устройствах, таких как передатчики и/или приемники системы радиосвязи, хотя настоящее изобретение не ограничивается только указанными применениями. Передатчики и/или приемники, охватываемые объемом настоящего изобретения, могут быть включены, посредством лишь примера, в состав беспроводной локальной сети (WLAN), системы двухсторонней радиосвязи, системы цифровой связи, передатчиков аналоговой системы связи, системы сотовой телефонной связи, систем сотовой связи LTE, региональных беспроводных локальных сетей (MWLAN) и др.

В число типов систем сотовой телефонной связи, которые охватываются объемом настоящего изобретения, входят такие системы, как, например, система широкополосного многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (WCDMA), глобальная система связи с подвижными объектами (GSM), система пакетной радиосвязи общего пользования (GPRS), расширенная система GPRS с повышенными скоростями передачи данных (EDGE) и т.п.

На фигуре 1 показана схема системы 100 беспроводной связи в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Система беспроводной связи может содержать по меньшей мере одну базовую станцию 110 и подвижные станции 120 и 140, хотя объем настоящего изобретения не ограничивается только таким вариантом. В этом варианте осуществления изобретения подвижные станции 120 и 140 могут иметь одинаковую структуру. Поэтому ниже будет подробно рассмотрена структура и работа только одной подвижной станции, например станции 120.

В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления изобретения в состав подвижной станции 120 входит передатчик 130, который может содержать источник 132 информации, модулятор 134, кодер 136 и антенны 137 и 139. Подвижная станция 140 может содержать передатчик 141 и антенны 148 и 149. Передатчик 141 может содержать источник 142 информации, модулятор 144 и кодер 146. Базовая станция 110 может содержать планировщик 112 и антенны 115 и 117.

В вариантах осуществления настоящего изобретения могут использоваться следующие типы антенн 115, 117, 137, 139, 148 и 149 (список не является исчерпывающим): внутренние антенны, симметричные вибраторные антенны, всенаправленные антенны, несимметричные вибраторные антенны, антенны с концевым возбуждением, антенны с круговой поляризацией, микрополосковые антенны и разнесенные антенны.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения при необходимости может использоваться схема многостанционного доступа с пространственным разделением каналов, позволяющая нескольким пользователям, например подвижным станциям 120 и 140, совместно использовать по существу одни и те же частотно-временные ресурсы. В соответствии со схемой, кроме того, планировщик 112 может назначить частотно-временные ресурсы и управление мощностью одному или нескольким выбранным пользователям.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения подвижные станции 120 и 140 могут передавать пространственно-временные блочные коды, например пространственно-временные блочные коды Апамоути, в соответствии с заранее определенной схемой разнесения с использованием по существу одних и тех же частотно-временных ресурсов, и планировщик 112 при необходимости может планировать передачу подвижными станциями 120 и 140 с использованием по существу одних и тех же частотно-временных ресурсов.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения передатчик может передавать по меньшей мере две цепочки символов данных для обеспечения разнесения передачи. Например, данные выбранного пользователя при необходимости могут кодироваться пространственно-временным блочным кодом Аламоути. Пространственно-временной код Аламоути может быть сформирован по меньшей мере на двух передающих антеннах по меньшей мере одного выбранного пользователя, например подвижной станции. По меньшей мере два варианта пространственно-временных блочных кодов Аламоути могут быть сформированы в сдвоенных символах данных по времени и/или поднесущих по частоте. Например, передача пространственно-временных кодов Аламоути антеннами 137 и 139 подвижной станции 120 может выполняться практически в одно и то же время. Антенна 137 может передавать пространственно-временные коды Аламоути на первой частоте, и антенна 139 может передавать пространственно-временные коды Аламоути на второй частоте.

В п.1 формулы изобретения раскрывается система беспроводной связи, в которой по меньшей мере одна из двух подвижных станций содержит антенну, и передача пространственно-временных кодов осуществляется с использованием этой антенны.

При необходимости в некоторых вариантах осуществления изобретения источник информации может содержать приложение, выполняемое процессором, хотя объем изобретения не ограничивается этими вариантами. Например, приложение может вырабатывать биты данных для передачи. Модулятор 134 может модулировать биты данных, например, в соответствии с алгоритмом мультиплексирования с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM) и/или в соответствии с алгоритмом многостанционного доступа с частотным разделением и одной несущей (SC-FDMA) и т.п. Кодер 136 при необходимости может кодировать модулированные символы, например Z₁ и Z₂, которые могут быть двумя символами для алгоритма пространственно-временного кодирования Аламоути и/или для алгоритма пространственно-частотного кодирования. При необходимости кодер 146 подвижной станции 140 может кодировать X₁ и Х₂, которые могут быть двумя символами для кодирования по алгоритму Аламоути.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения подвижный объект 120 может передавать модулированные символы, которые могут быть обозначены как Z¹=[Z₁-Z₂*] и Z²=[Z₂Z₁], через антенны 137 и 139, соответственно, на антенны 115 и 117 базовой станции 110. Антенна 137 может передавать по каналу 160, который может быть обозначен как g_1,1, на антенну 115 базовой станции 110, и по каналу 162, который может быть обозначен как g_2,1, на антенну 117 базовой станции 110. Антенна 139 может передавать модулированные символы, которые могут быть обозначены как Z²=[Z₂Z₁], по каналу 164, который может быть обозначен как g_1,2, на антенну 115 базовой станции 110, и по каналу 166, который может быть обозначен как g_2,2, на антенну 117 базовой станции 110. Подвижная станция 140 может передавать модулированные сигналы, которые могут быть обозначены как X¹=[X₁Х₂*] и X²=[X₂X₁], через антенны 148 и 149, соответственно, на антенны 115 и 117 базовой станции 110. Антенна 148 может передавать модулированные символы по каналу 168, который может быть обозначен как h_1,1 на антенну 115 базовой станции 110, и по каналу 170, который может быть обозначен как h_2,1, на антенну 117 базовой станции 110. Антенна 149 может передавать модулированные символы по каналу 172, который может быть обозначен как h_1,2, на антенну 115 базовой станции 110, и по каналу 174, который может быть обозначен как h_2,2, на антенну 117 базовой станции 110. Базовая станция 110 может принимать сумму мультиплексированных сигналов (прошедших через среду каналов) подвижных станций 120 и 130 в соответствии с Уравнением 1, хотя объем изобретения не ограничивается только таким вариантом.

Базовая станция может выполнять суммирование дифференциально взвешенных сигналов каждого канала, принятых антеннами 115 и 117, с последующим декодированием по алгоритму Аламоути для двух пользователей, подвижных станций 120 и 140 в соответствии с уравнением 2.

Где, X₁, X₂ могут быть 2 символами Пользователя₁, например подвижной станции 120, которые назначены для кодирования по алгоритму Аламоути;

Z₁, Z₂ могут быть 2 символами Пользователя₂, например подвижной станции 140, которые назначены для кодирования по алгоритму Аламоути;

r₁ ^j, r₂ ^j - принятые сигналы на j-й антенне на базовой станции в 1-й и 2-й реализациях кодирования Аламоути.

Кроме того, базовая станция 110 декодирует принятые сигналы в соответствии с Уравнением 3, которое описывает метрику приемника базовой станции 10 для декодирования подгруппы из двух символов двух пользователей, работающих в мультиплексном режиме, например подвижных станций 120 и 140, в каждом интервале блочного кода Аламоути.

Уравнение 5 описывает метрику уравнения 3, как линейной системы, решение для которой может быть получено с использованием различных известных способов.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения одно из возможных решений может быть получено с использованием линейной минимальной среднеквадратической ошибки в соответствии с Уравнением 5: W=(R_nn+AA')^-1A, где W - линейная минимальная среднеквадратическая ошибка, и R_nn - ковариационная матрица шумов в соответствии с Уравнением 6. Другие варианты осуществления изобретения могут содержать алгоритмы последовательного подавления взаимных помех или обращения в нуль незначащих коэффициентов матрицы.

На фигуре 2 представлена схема 200 временных интервалов символ-частота алгоритма мультиплексирования с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. В случае многолучевого распространения сигнала базовая станция (например, базовая станция 110) может передавать команды в подвижную станцию с одной антенной на передачу символов данных в соответствии с пространственно-временным блочным кодированием Аламоути на индивидуальных поднесущих частотах 210 и 220, хотя объем настоящего изобретения не ограничивается только таким вариантом. Например, подвижная станция может передавать первый символ на частоте 210 и второй символ на частоте 220. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения частоты 210 и 220 могут быть ортогональными частотами, и подвижная станция при необходимости может передавать пространственно-временной код Аламоути с использованием алгоритма мультиплексирования с разделением ортогональных частот.

На фигуре 3 представлена схема 300 временных интервалов символ-частота алгоритма мультиплексирования в системе с многостанционным доступом с разделением частот и одной несущей (SC-FDMA) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. В случае многолучевого распространения сигнала базовая станция (например, базовая станция 110) может передавать команды в подвижную станцию с одной антенной на передачу символов данных в соответствии с пространственно-временным блочным кодированием Аламоути на индивидуальных и разнесенных во времени поднесущих частотах 310 и 320, хотя объем настоящего изобретения не ограничивается только таким вариантом. Например, передачу пространственно-временных кодов Аламоути с использованием антенны осуществляют путем передачи первого символа на поднесущей частоте 310 и второй символ на поднесущей частоте 320. На фигурах 4 и 5 представлены схемы, иллюстрирующие качество работы системы беспроводной связи в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. На фигурах 4 и 5 иллюстрируется выигрыш, получаемый при использовании алгоритма мультиплексирования в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения (по результатам моделирования), по сравнению со схемой с разнесением и алгоритмом многостанционного доступа с пространственным разделением каналов, как при использовании алгоритма линейной минимальной среднеквадратической ошибки MMSE), так и алгоритма последовательного подавления взаимных помех (SIC), хотя объем изобретения не ограничивается только этими вариантами. Например, на фигуре 4 показаны две скорости передачи для двух пользователей, работающих в режиме мультиплексирования, с использованием алгоритма линейной минимальной среднеквадратической ошибки и алгоритма последовательного подавления взаимных помех, а на фигуре 5 показаны скорости передачи всей системы как сумма скоростей передачи для двух пользователей, работающих в мультиплексном режиме. Оба графика (фигуры 4 и 5) показывают, что использование настоящего изобретения может обеспечить выигрыш для индивидуальных соединений при приеме на разнесенные антенны и увеличить емкость большой системы за счет использования режима мультиплексирования. Результаты, приведенные на фигурах 4 и 5, получены для каналов с одним путем распространения сигнала (корреляция равна нулю).

Хотя в настоящем описании были рассмотрены и описаны конкретные признаки изобретения, специалистам в данной области техники будут очевидны многочисленные модификации, замены, изменения и эквиваленты. Поэтому предполагается, что такие модификации и изменения, не выходящие за пределы объема охраны изобретения, охватываются прилагаемой формулой.

В изобретении описывается система беспроводной связи и способ планирования ресурсов системы. Технический результат заключается в улучшении качества услуги в системах беспроводной связи, которые действуют в соответствии со схемами с разнесением, где соединение пользователя может подвергаться повышенным изменением отношения сигнал/шум из-за быстрых изменений взаимных помех. Для этого ресурсы системы беспроводной связи используются первым и вторым устройствами беспроводной связи. Первая и вторая подвижные станции могут передавать пространственно-временные блочные коды в соответствии с заранее заданной схемой разнесения с использованием по существу одних и тех же частотно-временных ресурсов. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система радиосвязи, содержащая:
первую и вторую подвижные станции, которые передают пространственно-временные блоковые коды по предопределенной схеме диверсификации в основном на тех же самых пространственно-временных ресурсах на базовую станцию, содержащую
планировщик для распределения передачи пространственно-временных ресурсов первой и второй подвижными станциями, которые выполнены с возможностью передавать пространственно-временные блоковые коды согласно предопределенной схеме диверсификации, основываясь на тех же
самых пространственно-временных ресурсах назад на базовую станцию;
причем, по меньшей мере, две антенны могут принимать сумму мультиплексированных сигналов, модулированных в соответствии с множественным доступом с разделением частот с одной несущей (SC-FDMA) от первого и второго устройств радиосвязи на основе распределения ресурсов.

2. Система радиосвязи по п.1, в которой пространственно-временные блоковые коды включают пространственно-временные блоковые коды Аламонти.

3. Система радиосвязи по п.1, в которой, по меньшей мере, две антенны принимают передачу пространственно-временных блоковых кодов от двух антенн первой подвижной станции и двух антенн второй подвижной станции, передающих пространственно-временные блоковые коды.

4. Система радиосвязи по п.3, в которой передача пространственно-временных блоковых кодов осуществляется, используя, по меньшей мере, две антенны первой и второй подвижных станций.

5. Система радиосвязи по п.3, в которой передача пространственно-временных блоковых кодов, используя, по меньшей мере, две передающие антенны первой или второй подвижной станции, осуществляется, передавая первую частоту первой передающей антенной и вторую частоту второй антенной.

6. Система радиосвязи по п.1, в которой, по меньшей мере, одна из первой и второй подвижных станций содержит антенну и передача пространственно-временных блоковых кодов осуществляется, используя эту антенну.

7. Система радиосвязи по п.3, в которой передача пространственно-временных блоковых кодов первой или второй подвижной станцией осуществляется, передавая первый символ на первой частоте и второй символ на второй частоте.

8. Система радиосвязи по п.3, в которой передача пространственно-временных блоковых кодов первой или второй подвижной станцией осуществляется, передавая первый символ на первой поднесущей частоте и второй символ на второй поднесущей частоте.

9. Система радиосвязи по п.1, в которой первая и вторая подвижные станции выполнены с возможностью передавать пространственно-временные блоковые коды, используя схему множественного доступа с разделением частот на одной несущей частоте.

10. Способ передачи информации по нисходящему каналу, содержащий:
распределение пространственно-временных ресурсов, которые используются первым и вторым устройствами радиосвязи, которые могут передавать пространственно-временные блоковые коды по предопределенной схеме диверсификации в основном на тех же самых пространственно-временных ресурсах на указанные первое и второе устройства радиосвязи, в котором указанные пространственно-временные ресурсы модулируются по схеме модуляции при мультиплексировании с ортогональным делением частот (OFDM); и
прием модулированных сигналов с множественным доступом с разделением частот на одной несущей (SC-FDMA) от первого и второго устройств радиосвязи.

11. Способ по п.10, содержащий:
прием пространственно-временных блоковых кодов в одно и то же время от, по меньшей мере, первой и второй передающих антенн и первого или второго устройства радиосвязи.

12. Способ по п.11, в котором прием включает:
получение пространственно-временных блоковых кодов, которые передаются на первой частоте первой антенной первого или второго устройства радиосвязи, и
получение пространственно-временных блоковых кодов, которые передаются на второй частоте второй передающей антенной первого или второго устройства радиосвязи.

13. Способ по п.10, в котором передача пространственно-временных блоковых кодов с использованием схемы модуляции при мультиплексировании с ортогональным делением частот (SC-FDMA), дополнительно содержит:
прием первого символа на первой несущей частоте и прием второго символа на второй несущей частоте.

14. Подвижная станция, содержащая:
передатчик для передачи пространственно-временных блоковых кодов Аламонти с использованием схемы модуляции сигналов с множественным доступом с разделением частот на одной несущей (SC-FDMA), в которой передатчик осуществляет передачу по предопределенной схеме диверсификации в основном на тех же самых пространственно-временных ресурсах, которые используются другой подвижной станцией; причем сумма мультиплексированных сигналов, модулированных в соответствии с SC-FDMA, принимается первой и второй антеннами базовой станции.

15. Базовая станция, содержащая:
планировщик для планирования передачи пространственно-временных ресурсов первого и второго устройств радиосвязи, выполненных с возможностью передавать пространственно-временные блоковые коды по предопределенной схеме диверсификации в основном на тех же самых пространственно-временных ресурсах на базовую станцию; и по меньшей мере, две приемные антенны, способные принимать сумму мультиплексированных сигналов, модулированных в соответствии с множественным доступом с разделением частот на одной несущей (SC-FDMA) от первого и второго устройств радиосвязи на основе распределения ресурсов.

16. Базовая станция по п.15, в которой пространственно-временные блоковые коды включают пространственно-временные блоковые коды Аламонти.

17. Базовая станция по п.15, в которой планировщик выполнен с возможностью назначать пространственно-временные ресурсы и управление мощностью, по меньшей мере, одного из первого или второго устройства радиосвязи.