Область техники
Настоящее раскрытие относится к связи и, в частности, к способам для приема сигнала в системе беспроводной связи.
Уровень техники
Системы беспроводной связи повсеместно внедряются для предоставления различных услуг связи, таких как голосовая связь, передача пакетных данных, передача видеоданных, широковещание, передача сообщений и т.п. Эти системы могут представлять собой системы множественного доступа, которые способны поддерживать связь для множества пользователей путем совместного использования доступных системных ресурсов. Примеры таких систем множественного доступа включают в себя системы Множественного Доступа с Кодовым Разделением (CDMA), системы Множественного Доступа с Временным Разделением (TDMA) и системы Множественного Доступа с Частотным Разделением (FDMA).
Беспроводное устройство (например, сотовый телефон) в системе CDMA, как правило, использует RAKE-приемник. RAKE-приемник включает в себя один или более блоков поиска и множество процессоров гребня (finger processor) (отвода) или гребней (отводов). Из-за относительно широкой полосы CDMA-сигнала канал беспроводной связи рассматривается как состоящий из конечного количества разрешимых трактов сигнала или сигналов многолучевого тракта. Каждый сигнал многолучевого тракта характеризуется конкретным комплексным коэффициентом усиления и конкретной временной задержкой. Блоки поиска выполняют поиск мощных сигналов многолучевого тракта в принятом сигнале и предоставляют сигналы многолучевого тракта, интенсивность которых превышает определенный порог. Доступные процессоры гребня назначают этим сигналам многолучевого тракта, найденным блоками поиска. Каждый процессор гребня обрабатывает назначенный сигнал многолучевого тракта и предоставляет оценки символов для этого сигнала многолучевого тракта. Далее эти оценки символов из всех назначенных процессоров гребня объединяются, чтобы получить объединенные оценки символов.
Качество объединенных оценок символов обычно повышается путем обработки большего количества сигналов многолучевого тракта и объединения оценок символов для всех этих сигналов многолучевого тракта. Таким образом, каждый сигнал многолучевого тракта с достаточной интенсивностью, как правило, назначается процессору гребня, так что объединяется максимальное количество сигналов многолучевого тракта. Тем не менее, каждый назначенный процессор гребня потребляет энергию аккумулятора. В некоторых приложениях желательно экономить энергию аккумулятора, чтобы продлить срок службы аккумулятора.
Следовательно, существует необходимость в способах для эффективной работы RAKE-приемника для достижения высокой производительности при сокращении энергопотребления.
Сущность изобретения
В настоящем документе описаны способы для обработки сигнала многолучевого тракта посредством процессоров гребня таким образом, чтобы достичь требуемой производительности и энергопотребления. В одном варианте осуществления сначала выполняется поиск, чтобы получить набор сигналов многолучевого тракта для передачи из, по меньшей мере, одной базовой станции. Идентифицируется, по меньшей мере, один сигнал многолучевого тракта (например, идентифицируется некоторое минимальное количество сигналов многолучевого тракта) с объединенной метрикой производительности, которая превышает порог. Эта метрика производительности может быть связана с Отношением Сигнала к Шуму (SNR), интенсивностью сигнала или некоторой другой величиной. Этот, по меньшей мере, один сигнал многолучевого тракта назначается и обрабатывается, по меньшей мере, одним процессором гребня, чтобы восстановить передачу из базовой станции.
В одном варианте осуществления определяются величины SNR сигналов многолучевого тракта из набора, и эти сигналы многолучевого тракта упорядочиваются на основании величин их SNR. В один момент времени назначают один сигнал многолучевого тракта, начиная с сигнала многолучевого тракта с наивысшей величиной SNR, пока объединенная величина SNR для всех назначенных сигналов многолучевого тракта не превысит порог. Этот вариант осуществления дает минимальное количество сигналов многолучевого тракта для назначения и также может обеспечить максимальную разницу между объединенной величиной SNR и минимальной величиной SNR, требуемой для надежного приема передачи. Величина мощности, потребляемой процессорами гребня, может быть прямо пропорциональна количеству назначенных процессоров гребня. Экономия энергии может быть максимизирована посредством назначения минимального количества процессоров гребня, которые могут обеспечить требуемую производительность.
Различные аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения более подробно описаны ниже.
Краткое описание чертежей
Аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения будут понятны из следующего подробного описания в сочетании с чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают соответствующие элементы по всему документу:
фиг.1 показывает систему беспроводной связи;
фиг.2 показывает структурную схему базовой станции и беспроводного устройства;
фиг.3 показывает сигналы многолучевого тракта в принятом сигнале на псевдошумовой окружности;
фиг.4 показывает структурную схему RAKE-приемника в беспроводном устройстве;
фиг.5 показывает процесс для выполнения назначения минимума процессоров гребня;
фиг.6A и 6B показывают реализацию процессоров гребня по схеме TDM;
фиг.7 показывает процесс для назначения процессоров гребня.
Подробное описание
Термин "примерный" в использованном здесь значении обозначает "служащий в качестве примера, образца или иллюстрации". Ни один из вариантов осуществления или реализации, описанных как "примерные", не обязательно должен рассматриваться как предпочтительный или выгодный относительно других вариантов осуществления.
Фиг.1 представляет собой иллюстрацию примера системы 100 беспроводной связи. Для простоты на фиг.1 показана только одна базовая станция 110 и одно беспроводное устройство 120. Базовая станция, как правило, представляет собой стационарную станцию, которая осуществляет связь с беспроводными устройствами, ее также могут называть точкой доступа, Узлом B (Node B) или применяя другую терминологию. Беспроводное устройство может быть стационарным или мобильным, и его также называют мобильной станцией, терминалом, терминалом доступа, пользовательским оборудованием (UE), абонентским блоком или применяя другую терминологию. Беспроводное устройство может представлять собой сотовый телефон, Персональный Цифровой Секретарь (PDA), беспроводной модем или некоторое другое устройство.
Базовая станция 110 передает радиочастотный сигнал в беспроводное устройство 120. Этот радиочастотный сигнал может достигнуть беспроводного устройства 120 через один или более трактов сигнала, которые могут включать в себя прямой тракт и/или тракт отраженного сигнала. Тракты отраженного сигнала создаются из-за отражений радиоволн от препятствий (например, зданий, деревьев, транспортных средств и других структур) в беспроводном окружении. Беспроводное устройство 120 может принимать множество экземпляров или копий переданного радиочастотного сигнала. Каждый принятый экземпляр сигнала принимается через разные тракты и имеет конкретное комплексное усиление и конкретную временную задержку, определяемую этим трактом сигнала. Принятый радиочастотный сигнал в беспроводном устройстве 120 представляет собой суперпозицию всех принятых экземпляров сигнала. Принятый экземпляр сигнала обычно называют сигналом многолучевого тракта. Принятый радиочастотный сигнал может включать в себя много сигналов многолучевого тракта, с номером сигнала многолучевого тракта и интенсивностью каждого сигнала многолучевого тракта, зависящей от беспроводного окружения. Беспроводное устройство 120 также может принимать вызывающие помехи передачи из других передающих станций. Вызывающая помехи передача на фиг.1 показана пунктирной линией.
Беспроводное устройство 120 также может быть способным принимать сигналы от спутников системы спутникового позиционирования, таких как общеизвестная Система Глобального Позиционирования (GPS). Для простоты на фиг.1 показан только один спутник 130. Каждый спутник GPS передает GPS-сигнал, в котором закодирована информация, позволяющая GPS-приемникам на земле измерять время поступления GPS-сигнала. Измерения для достаточного количества спутников GPS могут быть использованы для точной оценки трехмерной позиции GPS-приемника.
Описанные в настоящем документе способы могут быть использованы для CDMA-систем, а также для других систем, в которых могут использоваться RAKE-приемники. Система CDMA может реализовывать одну или более радиотехнологий, таких как cdma2000, Широкополосный CDMA (Wideband-CDMA, W-CDMA) и т.п. cdma2000 охватывает стандарты IS-2000, IS-856 и IS-95. Стандарты семейства cdma2000 описаны в документах организации "Второй проект партнерства 3-го поколения" (3rd Generation Partnership Project 2, 3GPP2). Релизы 0 и A стандарта IS-2000 обычно обозначаются как CDMA2000 1X (или просто 1X), Релиз C стандарта IS-2000 обычно обозначается как CDMA2000 1xEV-DV (или просто 1xEV-DV), а стандарт IS-856 обычно обозначается как CDMA2000 1xEV-DO (или просто 1xEV-DO). W-CDMA описан в документах организации "Проект партнерства 3-го поколения" (3rd Generation Partnership Project, 3GPP). 3GPP и 3GPP2 используют разную терминологию. Для ясности настоящие способы описаны для систем cdma2000, которые могут представлять собой систему 1X, систему 1xEV-DO или некоторую другую систему.
Фиг.2 представляет собой иллюстрацию структурной схемы базовой станции 110 и беспроводного устройства 120. В базовой станции 110 процессор 210 данных передачи принимает данные трафика и управляющие данные/сигнализацию для обслуживаемого беспроводного устройства, обрабатывает (например, форматирует, кодирует, перемежает и отображает символы) данные трафика и управляющие данные, чтобы сгенерировать символы данных, и предоставляет эти символы данных в CDMA-модулятор 220. В использованном здесь значении символ данных является символом для данных, а символ пилот-сигнала является символом для пилот-сигнала, причем символ, как правило, является комплексной величиной. Символы данных и символы пилот-сигнала могут представлять собой символы, модулированные по такой схеме модуляции, как Фазовая Манипуляция (PSK) или Квадратурная Амплитудная Модуляция (QAM). Пилот-сигнал представляет собой данные, которые априори известны как базовой станции, так и беспроводному устройству.
CDMA-модулятор 220 обрабатывает символы данных и символы пилот-сигнала и предоставляет выходные элементарные сигналы. Для 1X и 1xEV-DO обработка CDMA-модулятором 220 включает в себя (1) каналообразование или перенос символов данных или символов пилот-сигнала для каждого из множества каналов кода (например, канала трафика, канала синхронизации, канала пейджинга и канала пилот-сигнала) посредством разных кодов Уолша, чтобы канализировать данные трафика, управляющие данные и пилот-сигналы в их соответствующие каналы кода, (2) суммирование канализированных данных для всех каналов кода и (3) расширение суммированных данных посредством псевдошумовой последовательности с конкретным псевдошумовым сдвигом, назначенным данной базовой станции. Пилот-сигнал, как правило, канализируется посредством кода Уолша, где все элементы равны нулю. Передатчик 230 принимает выходные элементарные сигналы из CDMA-модулятора 220, обрабатывает (например, преобразовывает в аналоговую форму, усиливает, фильтрует и преобразует с повышением частоты) эти выходные элементарные сигналы и генерирует радиочастотный сигнал, который передается с антенны 232.
В беспроводном устройстве 120 антенна 252 принимает радиочастотный сигнал из базовой станции 110 и, возможно, радиочастотные сигналы из других базовых станций через прямые каналы и/или отраженные каналы. Антенна 252 предоставляет принятый радиочастотный сигнал, содержащий различные сигналы многолучевого тракта, в приемник 254. Приемник 254 обрабатывает (например, фильтрует, усиливает, преобразует с понижением частоты и оцифровывает) принятый радиочастотный сигнал и предоставляет входные выборки. RAKE-приемник 260 обрабатывает входные выборки по способу, который дополняет обработку CDMA-модулятором 220, и предоставляет объединенные оценки символов, которые представляют собой оценки символов данных, переданных базовой станцией 110 в беспроводное устройство 120. Процессор 270 данных приема обрабатывает (например, выполняет обратное отображение символов, выполняет обратное перемежение и декодирует) объединенные оценки символов и предоставляет декодированные данные. Обработка, выполняемая процессором 270 данных приема, дополняет обработку, выполняемую процессором 210 данных передачи в базовой станции 110.
Контроллеры/процессоры 240 и 280 направляют работу различных обрабатывающих блоков в базовой станции 110 и беспроводном устройстве 120 соответственно. Памяти 242 и 282 хранят данные и программные коды для базовой станции 110 и беспроводного устройства 120 соответственно.
На фиг.3 показан круг, который представляет все кодовое пространство для псевдошумовой последовательности, используемой для расширения базовой станцией 110. В cdma2000 псевдошумовая последовательность представляет собой особую последовательность из 32768 элементарных сигналов. Каждому элементарному сигналу назначается конкретный индекс, и он соответствует конкретной фазе псевдошумовой последовательности. Первому элементарному сигналу псевдошумовой последовательности назначается индекс 0, а последнему элементарному сигналу псевошумовой последовательности назначается индекс 32767. Концептуально, псевдошумовая последовательность может рассматриваться как размещенная по окружности 310, причем начало псевдошумовой последовательности располагается в вершине круга, так что индекс 0 псевдошумовой последовательности располагается на вершине псевдошумового круга. Хотя на фиг.3 это не показано, окружность 310 разделяется на 32768 равностоящих точек, каждая из которых соответствует конкретной псевдошумовой фазе. Псевдошумовая последовательность проходит по окружности 310 в направлении часовой стрелки.
На фиг.3 также показан пример принятого сигнала 320 для беспроводного устройства 120. Принятый сигнал 320 включает в себя некоторое количество пиков, соответствующих количеству сигналов многолучевого тракта или экземпляров сигнала. Каждый сигнал многолучевого тракта связан с конкретной амплитудой, конкретной фазой и конкретным временем поступления, причем все эти свойства определяются беспроводным окружением. Моменты T1-T4 поступления четырех сигналов многолучевого тракта показаны на фиг.3. Моменты поступления могут быть заданы в терминах псевдошумовой фазы или сдвига.
Фиг.4 представляет собой иллюстрацию структурной схемы одного варианта осуществления RAKE-приемника 260 в беспроводном устройстве 120. RAKE-приемник 260 включает в себя блок 410 поиска, множество (R) процессоров гребня 430a-430r, а также объединитель 450 символов. Процессоры гребня 430 обычно называют гребнями.
Блок 410 поиска выполняет поиск сильных экземпляров сигнала (или сигналов многолучевого тракта) в принятом сигнале и предоставляет интенсивность и временное согласование каждого сигнала многолучевого тракта, который удовлетворяет набору критериев. Для поиска мощных сигналов многолучевого тракта входные выборки коррелируются с локально генерируемой псевдослучайной последовательностью на разных фазах. Благодаря псевдослучайной природе псевдослучайной последовательности корреляция входных выборов с псевдослучайной последовательностью должна быть низкой, за исключением случаев, когда локально генерируемая псевдослучайная последовательность примерно выровнена с псевдослучайной фазой сигнала многолучевого тракта. В таких случаях результаты корреляции имеют высокое значение. Блок 410 поиска оценивает разные псевдослучайные фазы, чтобы найти сигналы многолучевого тракта в принятом сигнале.
В блоке 410 поиска поворотное устройство 412 умножает входные выборки из приемника 254 с комплексным синусоидальным сигналом и предоставляет преобразованные по частоте выборки в буфер 414 выборок. Поворотное устройство 412 удаляет вращение фазы во входных выборках из-за доплеровского сдвига частоты и/или ошибки по частоте при преобразовании с понижением. Для каждой псевдослучайной фазы блок 416 обратного расширения принимает выборки из буфера 414 выборок, умножает эти выборки на псевдослучайный сегмент из генератора 418 псевдослучайной последовательности и предоставляет выборки с обратно расширенным спектром. Псевдослучайный сегмент представляет собой часть псевдослучайной последовательности на оцениваемой псевдослучайной фазе. Блок 420 выделения пилот-сигнала умножает выборки с обратно расширенным спектром на код Уолша для пилот-сигнала и аккумулирует каждую группу из Nc результирующих выборок, чтобы получить оценки символа пилот-сигнала, где Nc представляет собой целый множитель длины кода Уолша для пилот-сигнала. Блок 422 вычисляет квадрат величины оценок символов пилот-сигналов. Накопитель 424 аккумулирует Nnc квадратов величин из блока 422 и предоставляет в буфер 426 оценку энергии пилот-сигнала для оцениваемой псевдослучайной фазы.
После оценки всех псевдослучайных фаз детектор 428 пика изучает оценки энергии пилот-сигналов для всех псевдослучайных фаз из буфера 426 и предоставляет набор детектированных пиков. Детектор 428 пика может сравнивать оценку энергии пилот-сигнала для каждой псевдослучайной фазы с порогом энергии и предоставлять эту псевдослучайную фазу как детектированный пик, если оценка энергии пилот-сигнала превышает порог пилот-сигнала. Каждый детектированный пик соответствует сигналу многолучевого тракта на конкретной псевдослучайной фазе или времени поступления. Блок 410 поиска может измерять каждый детектированный пик еще раз, чтобы подтвердить наличие сигнала многолучевого тракта до предоставления результатов поиска.
Каждый процессор гребня 430 может быть назначен для обработки отдельных сигналов многолучевого тракта, например, как определено контроллером 280. В каждом назначенном процессоре гребня 430 блок 432 дискретизации делает повторную дискретизацию входных выборок из приемника 254 на основании оценки ошибки временного согласования из контура 434 отслеживания времени и предоставляет выборки при правильном временном согласовании. Поворотное устройство 436 умножает выборки из блока 432 с комплексным синусоидальным сигналом из контура 438 управления частотой и предоставляет преобразованные по частоте выборки. Контур 434 отслеживания времени отслеживает временное согласование назначенного сигнала многолучевого тракта, поскольку оно движется из-за изменений состояния канала. Контур 438 управления частотой отслеживает остаточную ошибку по частоте из-за доплеровского частотного сдвига и ошибку по частоте из-за преобразования с понижением.
Блок 440 обратного расширения умножает преобразованные по частоте выборки от поворотного устройства 436 с псевдослучайной последовательностью на конкретной псевдослучайной фазе, соответствующей времени поступления назначенного сигнала многолучевого тракта, и предоставляет выборки с обратно расширенным спектром. Блок 446 выделения пилот-сигнала умножает выборки с обратно расширенным спектром на код Уолша для пилот-сигнала и аккумулирует Np результирующих выборок, чтобы получить исходный символ пилот-сигнала, где Np представляет собой целый множитель длины кода Уолша для пилот-сигнала. Фильтр 448 пилот-сигнала фильтрует исходные символы пилот-сигнала и предоставляет оценки пилот-сигнала, которые указывают комплексный коэффициент усиления канала для назначенного сигнала многолучевого тракта. Блок 442 выделения данных умножает выборки с обратно расширенным спектром на код Уолша для канала трафика, аккумулирует результирующие выборки по длине кода Уолша для данных и предоставляет исходные символы данных. Демодулятор 444 данных выполняет демодуляцию данных относительно исходных символов данных с оценками пилот-сигнала и предоставляет оценки символов. Объединитель 450 символов принимает и объединяет оценки символов из всех назначенных процессоров гребня и предоставляет объединенные оценки символа. Хотя на фиг.4 это не показано в целях простоты, многие величины в RAKE-приемнике 260 являются комплексными величинами, которые имеют синфазный компонент (I) и квадратурный компонент (Q).
В целом, качество объединенных оценок символа из объединителя 450 символов улучшается по мере увеличения количества обрабатываемых и объединяемых сигналов многолучевого тракта достаточной интенсивности. Качество сигнала может быть измерено посредством Отношения Сигнала к Шуму (SNR), Отношения с Сигнала к Сумме Шума и Помех (SNIR), отношения Энергии на Символ к Сумме Шума и Помех (Es/Nt) и некоторых других измерений. Качество сигнала также может быть аппроксимировано посредством интенсивности принятого сигнала для трафика обмена (Es/I0) или интенсивности пилот-сигнала (Es/I0). Беспроводное устройство 120, как правило, выполняет Автоматическую Регулировку Усиления (AGC), так что общая принятая мощность (I0), которая включает в себя желаемый сигнал, а также шум и помехи, поддерживается на фиксированном уровне. Интенсивность сигнала также может обозначаться как интенсивность принятого сигнала, уровень принятого сигнала, принятая мощность и т.п. Для ясности описания в большей части настоящего документа для обозначения качества сигнала используется SNR.
Для максимизации SNR объединенных оценок символов каждый сигнал многолучевого тракта может быть назначен процессору гребня, если интенсивность сигнала или SNR сигнала многолучевого тракта превышает определенный порог. Объединенная величина SNR объединенных оценок символов, которую также называют аккумулированной величиной SNR или общим SNR, определяется посредством величин SNR всех назначенных сигналов многолучевого тракта. Во многих сценариях работы из-за сложных условий сигналов многолучевого тракта процессорам гребня могут быть назначены четыре или более сигнала многолучевого тракта. Поскольку энергия пилот-сигнала, данных трафика и управляющих данных, как правило, объединяется по всем назначенным процессорам гребня, величина энергопотребления назначенных процессоров гребня прямо пропорциональна количеству назначенных процессоров гребня.
Во многих сценариях работы большая часть энергии сигнала приходится на один или несколько доминирующих сигналов многолучевого тракта, и остальные сигналы многолучевого тракта могут быть намного меньше по амплитуде, чем доминирующие сигналы многолучевого тракта, например, как показано на фиг.3. В этих сценариях большая часть объединенной величины SNR может быть обусловлена доминирующими сигналами многолучевого тракта, и недоминирующие сигналы многолучевого тракта могут вносить малый вклад в объединенный SNR. Энергопотребление всех назначенных процессоров гребня приблизительно равно. Так, обработка недоминирующих сигналов многолучевого тракта может привести к незначительному повышению производительности, между тем будет потребляться относительно много энергии. Например, восемь процессоров гребня могут быть назначены двум доминирующим сигналам многолучевого тракта и шести недоминирующим сигналам многолучевого тракта. Два процессора гребня, которые назначены двум доминирующим сигналам многолучевого тракта, могут обеспечивать большую часть объединенной величины SNR. Остальные шесть процессоров гребня могут вносить лишь незначительную долю в объединенную величину SNR, тогда как они потребляют в три раза больше энергии, чем другие два процессора гребня.
Для некоторых приложений низкое энергопотребление может быть крайне желательным или необходимым. Например, беспроводное устройство может быть использовано как устройство мониторинга или устройство отслеживания, прикрепленное к объекту мониторинга или отслеживания. Это беспроводное устройство может периодически осуществлять прием по управляющему каналу с низкой скоростью передачи, например, для системной информации или информации со спутника, такой как Альманах (Almanac) и/или эфимерида (Ephemeris) для спутников GPS. Желательно обеспечивать низкое энергопотребление, так чтобы беспроводное устройство могло работать в течение длительного времени в полевых условиях.
В одном варианте осуществления сигналы многолучевого тракта назначаются процессорам гребня таким образом, чтобы можно было достичь требуемой производительности при минимально возможном энергопотреблении. Назначение гребней может быть выполнено различными способами на основании различных критериев.
В одном варианте осуществления процессорам гребня назначается минимальное количество сигналов многолучевого тракта, чтобы обеспечить надежный прием данных. Беспроводное устройство 120 может принять передачу, выполненную на конкретной скорости по каналу трафика или каналу управления. Эта скорость ассоциируется с конкретным минимальным качеством сигнала, которое необходимо для надежного приема передачи. Например, эта скорость может быть ассоциирована с определенным минимальным значением SNR, которое необходимо для приема передачи с определенной целевой Частотой Ошибок при Передаче Пакетов (PER) в канале Аддитивного Белого Гауссовского Шума (AWGN). Это минимальное значение SNR обозначается как необходимое значение SNR, и оно может быть определено путем компьютерной симуляции, эмпирических измерений и/или другими способами.
Фиг.5 показывает процесс 500 для выполнения назначения минимума гребней. Выполняется поиск, и определяется набор сигналов многолучевого тракта (или пиков) (этап 512). Оценивается SNR каждого сигнала многолучевого тракта (этап 514). Сигналы многолучевого тракта в наборе упорядочиваются на основании значений SNR, например, в порядке уменьшения от наивысшего значения SNR до наименьшего значения SNR (этап 516).
Далее процессорам гребня назначается минимум сигналов многолучевого тракта. Первоначально выбирается сигнал многолучевого тракта с наивысшим значением SNR в наборе (этап 518) и назначается процессору гребня (этап 520). Определяется объединенное значение SNR для всех назначенных сигналов многолучевого тракта (этап 522). Для первого назначенного сигнала многолучевого тракта объединенное значение SNR равно SNR этого сигнала многолучевого тракта. Для каждого последующего сигнала многолучевого тракта объединенное значение SNR определяется посредством значений SNR всех назначенных сигналов многолучевого тракта, как описано ниже. Далее определяется, равно или больше объединенное значение SNR, чем необходимое значение SNR для принимаемой передачи (этап 524). Если результат определения положителен, то процесс завершается. В противном случае, если объединенное значение SNR не достигло необходимого значения SNR, то только что выбранный сигнал многолучевого тракта удаляется из набора (этап 526). Таким образом, набор обновляется таким образом, чтобы включать в себя только неназначенные сигналы многолучевого тракта. Далее процесс возвращается к этапу 518, чтобы выбрать и назначить сигнал многолучевого тракта с наивысшим значением SNR в обновленном наборе.
В варианте осуществления с фиг.5 минимальное количество сигналов многолучевого тракта назначается процессорам гребня таким образом, что объединенное значение SNR для назначенного(ых) сигнала(ов) многолучевого тракта удовлетворяет или превышает необходимое значение SNR для принимаемой передачи. Это достигается путем упорядочивания сигналов многолучевого тракта и рассмотрения этих сигналов многолучевого тракта по одному в один момент времени, начиная с сигнала многолучевого тракта с наивысшим значением SNR. Этот вариант осуществления также обеспечивает наибольшую разницу SNR при минимуме сигналов многолучевого тракта. Разница SNR представляет собой разность между объединенным значением SNR и необходимым значением SNR.
В еще одном варианте осуществления сигналы многолучевого тракта назначаются процессорам гребня на основании объединенной интенсивности сигнала для данных трафика или пилот-сигнала. В этом варианте осуществления интенсивность сигнала каждого сигнала многолучевого тракта может быть определена на этапе 514, и сигналы многолучевого тракта могут быть упорядочены на основании интенсивности их сигнала. Для каждого сигнала многолучевого тракта, выбранного на этапе 518 и назначенного на этапе 520, объединенная интенсивность сигнала для всех назначенных сигналов многолучевого тракта определяется на этапе 522. Объединенная интенсивность сигнала может быть сравнена с необходимой интенсивностью сигнала для принимаемой передачи. Необходимая интенсивность сигнала может быть определена путем компьютерной симуляции, эмпирических измерений и/или другим образом. В один момент времени назначается один сигнал многолучевого тракта, пока объединенная интенсивность сигнала не станет равна или не превысит необходимую интенсивность сигнала. Сигналы многолучевого тракта также могут быть назначены на основании других метрик производительности.
В описанных выше вариантах осуществления количество сигналов многолучевого тракта, которые необходимо назначить процессорам гребня, зависит от величин SNR или интенсивностей сигнала многолучевого тракта, а также от необходимой величины SNR принимаемой передачи. Система (например, система 1X или 1xEV-DO) может поддерживать набор скоростей с разными необходимыми значениями SNR для успешной демодуляции и декодирования. Система также может поддерживать режим низкой нагрузки (LDC), используя низкие скорости передачи с меньшими необходимыми значениями SNR, которые вне обычного набора скоростей. Например, чтобы выполнить успешное декодирование с малым числом итераций при скорости широковещательной рассылки 307,2 кбит/сек для LDC, может потребоваться SNR величиной примерно -3,5 дБ. Для скоростей 38,4 и 78,8 кбит/сек могут потребоваться еще более низкие значения SNR. Таким образом, для низких скоростей с меньшими необходимыми значениями SNR может потребоваться меньшее количество процессоров гребня. Это полезно для приложений с низким энергопотреблением, в которых используются низкие скорости. Беспроводное устройство 120 может хранить справочную таблицу с необходимыми значениями SNR для разных скоростей, и оно может получать из этой справочной таблицы необходимое значение SNR для скорости принимаемой передачи.
Процессоры гребня могут быть назначены и задействованы различными способами. В одном варианте осуществления, который также могут называть фиксированной схемой назначения гребней, детектированные сигналы многолучевого тракта назначаются процессорам гребня, например, как описано выше для фиг.5, причем обрабатываются и объединяются только назначенные сигналы многолучевого тракта. В этом варианте осуществления все назначенные процессоры гребня активированы и функциональны. Новые сигналы многолучевого тракта могут быть назначены, и существующие сигналы многолучевого тракта могут быть исключены при доступности новых результатов поиска. В этом варианте осуществления каждый процессор гребня (1) либо назначается и активируется, либо (2) не назначается и не активируется или деактивируется.
В еще одном варианте осуществления, который также называют динамической схемой назначения гребней, детектированные сигналы многолучевого тракта назначаются процессорам гребня нормальным образом. Например, детектированный сигнал многолучевого тракта может быть назначен, если его интенсивность или SNR превышает порог. Каждый процессор гребня может выполнять обработку пилот-сигнала и отслеживать частоту и временное согласование назначенного сигнала многолучевого тракта. Тем не менее, для выполнения обработки данных для назначенного сигнала многолучевого тракта может быть активирован только поднабор назначенных гребней. Обработка пилот-сигнала может включать в себя этапы 432-440 и 446 с фиг.4, обработка данных может включать в себя этапы 442, 444 и 448, а обработка данных и пилот-сигнала может включать в себя этапы 432-448. Если пилот-сигнал мультиплексируется с данными трафика по схеме Мультиплексирования с Временным Разделением (TDM) и передается в коротких пачках, как в системе 1xEV-DO, то для обработки пилот-сигнала потребляется лишь небольшое количество энергии. В этом варианте осуществления каждый процессор гребня (1) назначается и активируется, (2) назначается и не активируется или (3) не назначается и не активируется или деактивируется.
В одном варианте осуществления блок 410 поиска и процессоры гребня 430a-430r реализованы в выделенном аппаратном обеспечении. В этом варианте осуществления каждый из процессоров гребня 430a-430r может быть назначен для обработки отдельного сигнала многолучевого тракта. Процессоры гребня, которые не назначаются каким-либо сигналам многолучевого тракта или назначаются, но не активируются, могут быть выключены в целях экономии энергии.
В еще одном варианте осуществления процессоры гребня 430a-430r и, возможно, блок 410 поиска реализованы в общем аппаратном обеспечении. Например, Процессор Цифровых Сигналов (DSP) может реализовывать процессоры гребня 430a-430r по способу TDM. Временная линия может быть разделена на временные сегменты, и каждый временной сегмент может быть дополнительно разделен на R временных слотов 1-R. DSP может выполнять обработку для процессора гребня 430a во временном слоте 1 каждого временного сегмента, для процессора гребня 430b - во временном слоте 2 каждого временного сегмента и так далее, а для процессора гребня 430r - во временном слоте R каждого временного сегмента. DSP может быть деактивирован в течение временных слотов для процессоров гребня, которые не назначены какому-либо многолучевому сигналу или которые назначены, но не активированы, чтобы экономить заряд аккумулятора. Для цифровой схемы энергопотребление связано с количеством тактов генератора, и деактивация цифровой схемы сокращает энергопотребление. DSP также может реализовывать архитектуру обработки дискретизация/сохранение/оффлайн-обработка, в которой выборки собираются в течение временных слотов, в которых осуществляется желаемая передача, и собранные выборки сохраняются и впоследствии обрабатываются в оффлайн-режиме.
Фиг.6A показывает вариант осуществления работы DSP для фиксированной схемы назначения гребней. DSP реализует R процессоров гребня 1-R по способу TDM. M процессоров гребня 1-M назначаются и активируются, чтобы обработать M сигналов многолучевого тракта, где 1≤M≤R. Посылки для обработки пилот-сигнала и данных могут передаваться последовательно в DSP только для M активированных процессоров гребня. Посылка представляет собой команду для выполнения обработки пилот-сигнала и/или данных для процессора гребня.
Фиг.6B представляет собой иллюстрацию одного варианта осуществления работы DSP для динамической схемы назначения гребней. M процессоров гребня 1-M назначаются и активируются, чтобы обработать M сигнал многолучевого тракта, а N процессоров гребня с M+1 по M+N назначаются, но не активируются. Посылки для обработки пилот-сигнала и данных могут передаваться последовательно в DSP для M активированных процессоров гребня. Посылки для обработки пилот-сигнала (но не для обработки данных) могут передаваться в DSP для N назначенных, но неактивированных процессоров гребня. Для процессоров гребня, которые не назначены, посылки в DSP не передаются.
В вариантах осуществления, показанных на фиг.6A и 6B, посылки гребня могут быть упорядочены с наивысшего значения SNR до наименьшего либо с наивысшего значения интенсивности до наименьшего. В одном варианте осуществления объединенная величина SNR или интенсивности сигнала может быть определена после каждой посылки гребня и сравнена с необходимым значением SNR или интенсивности сигнала. Таким образом, может быть передано минимальное количество посылок гребня, чтобы обеспечить необходимое значение SNR или интенсивности сигнала. В еще одном варианте осуществления объединенное значение SNR или интенсивности сигнала определяется в каждом временном сегменте и используется для определения назначения гребня для следующего временного сегмента. Процессоры гребня также могут быть динамически назначены другими способами. Количество активированных процессоров гребня может динамически выбираться как изменение состояния канала.
В еще одном варианте осуществления процессоры гребня 430a - 430r реализуются посредством комбинации выделенного и общего программного обеспечения. Для всех этих вариантов осуществления неназначенные или неактивированные процессоры гребня могут быть выключены, чтобы экономить заряд аккумулятора.
Сигналы многолучевого тракта могут назначаться на основании различных метрик производительности, таких как SNR, интенсивность сигнала и т.п. SNR и интенсивность сигнала могут быть оценены различными способами. Ниже описаны несколько иллюстративных схем оценки. В следующем описании M процессоров гребня 1-M назначаются и активируются, чтобы обработать M сигналов многолучевого тракта. M может соответствовать количеству сигналов многолучевого тракта, выбранных и назначенных на этапе 522 с фиг.5.
Ссылаясь на фиг.4, демодулятор 444 данных для процессора гребня m может выполнять демодуляцию данных следующим образом:
где DI,m(n)+jDQ,m(n) представляет собой выделенный комплексный символ данных из блока 442 выделения данных в процессоре гребня m для периода n символа,
HI,m(n)+jHQ,m(n) представляет собой комплексную оценку пилот-сигнала из фильтра 448 пилот-сигнала в процессоре гребня m для периода n передачи символа,
SI,m(n)+jSQ,m(n) представляет собой комплексную оценку символа из демодулятора 444 данных в процессоре гребня m для периода n передачи символа, и
"*" обозначает комплексное сопряжение.
Индексы I и Q обозначают синфазные и квадратурные компоненты соответственно.
Объединитель 450 символов может объединять оценки символов из M назначенных процессоров гребня следующим образом:
где SI(n)+jSQ(n) представляет собой комплексную объединенную оценку символа для периода n передачи символа.
Демодуляция данных в уравнении (1) масштабирует оценку символа для каждого процессора гребня m посредством интенсивности пилот-сигнала для сигнала многолучевого тракта, назначенного этому процессору гребня. В результате этого масштабирования пилот-сигнала получаются оценки символов для M процессоров гребня, которые должным образом взвешены, до выполнения объединения по Уравнению (2). Результатам масштабирования пилот-сигнала в сигналах многолучевого тракта с большей интенсивностью пилот-сигнала придаются большие весовые коэффициенты в объединенной оценке символа.
В одном варианте осуществления SNR оценок символов (или SNR трафика) используется для назначения гребня. SNR трафика процессора гребня m может быть выражен следующим образом:
где Traffic Es,m представляет собой энергию на символ данных для процессора гребня m, и
Nt,m представляет собой сумму шума и помех для процессора гребня m.
Величина Тraffic Es,m и Nt,m может быть оценена различными способами. В одном варианте осуществления величина Traffic Es,m может быть оценена следующим образом:
где N представляет собой количество выделенных символов данных для усредненной оценки величины Traffic Es,m.
В одном варианте осуществления величина Nt,m может быть оценена следующим образом:
где XI,m(i)+jXQ,m (i) представляет собой комплексную выборку с обратно расширенным спектром из блока 440 обратного расширения в процессоре гребня m для периода i передачи выборки, и
L представляет собой количество выборок, необходимых для накопления, чтобы получить Nt,m.
В еще одном варианте осуществления величина Nt,m может быть оценена следующим образом:
Уравнение (6) вычисляет разность между последовательно выделенными символами пилот-сигнала, далее вычисляется мощность разности пилот-сигнала и усредняется разность мощности пилот-сигнала, чтобы получить Nt,m.
Уравнение (3) задает SNR трафика для каждого процессора гребня. В одном варианте осуществления объединенная величина SNR для всех M процессоров гребня может быть оценена следующим образом:
где βm представляет собой весовой коэффициент, который применяется к оценкам символов из процессора гребня m до объединения посредством объединителя 450 символов. Для масштабирования и объединения символов согласно Уравнениям (1) и (2) весовой коэффициент для процессора гребня m может быть выражен следующим образом:
где avg 〈 〉 обозначает операцию усреднения.
В еще одном варианте осуществления объединенное значение SNR представляет собой сумму отдельных SNR для M процессоров гребня, и оно может быть выражено следующим образом:
Уравнение (9) дает действительное объединенное значение SNR при оптимальном объединении. Уравнение (9) может предоставлять достаточно точную оценку объединенной величины SNR, даже когда объединение не оптимально.
В еще одном варианте осуществления SNR оценок пилот-символа (или SNR пилот-символа) используется для назначения гребня. SNR пилот-символа процессора гребня m может быть выражено следующим образом:
где величина Pilot Es,m представляет собой энергию на символ пилот-сигнала для процессора гребня m. Величина Pilot Es,m может быть оценена следующим образом:
Объединенная величина SNR для всех M процессоров гребня может быть оценена, как показано в Уравнении (7) или (9), где величина Traffic Es,m замещена величиной Pilot Es,m.
В еще одном варианте осуществления интенсивность пилот-сигнала используется для назначения гребня. Интенсивность пилот-сигнала может быть вычислена согласно Уравнению (11). Объединенная интенсивность пилот-сигнала может быть вычислена следующим образом:
Измерения для пилот-сигнала и/или данных трафика могут быть выполнены до и/или после назначения сигнала многолучевого тракта процессорам гребня. В одном варианте осуществления, который может быть использован для фиксированной схемы назначения гребня, измерения выполняются до назначения гребня, когда доступны новые детектированные сигналы многолучевого тракта. В еще одном варианте осуществления, который может быть использован для динамической схемы назначения гребня, измерения выполняются после назначения гребня и используются для определения процессоров гребня, которые необходимо активировать. В этом варианте осуществления может использоваться множество порогов, чтобы обеспечить гистерезис, так чтобы заданный процессор гребня непрерывно не переходил из активированного состояния в неактивированное и обратно из-за случайных флуктуаций измерений. Например, процессор гребня может быть активирован, если объединенная величина SNR меньше первого порога, и он может быть не активирован, если объединенная величина SNR больше второй объединенной величины, которая больше первого порога. Измерения также могут выполняться до и после назначения гребня. Например, измерения могут быть выполнены до назначения гребня, чтобы определить, какие сигналы многолучевого тракта должны быть назначены процессорам гребня, и измерения также могут периодически выполняться после назначения гребня, чтобы определять, не приняла ли объединенная величина SNR слишком малое значение, что может запустить новый поиск сигнала многолучевого тракта.
Фиг.7 представляет собой иллюстрацию процесса 700 для назначения процессоров гребня. Набор сигналов многолучевого тракта для передачи из, по меньшей мере, одной базовой станции получается, например, путем выполнения поиска для детектирования сигнала многолучевого тракта (этап 712). В наборе идентифицируется, по меньшей мере, один сигнал многолучевого тракта (например, идентифицируется некоторое минимальное количество сигналов многолучевого тракта) с объединенной метрикой производительности, которая превышает порог (этап 714). Объединенная метрика производительности может относиться к SNR передачи из базовой станции, SNR или интенсивности пилот-сигнала из базовой станции или некоторой другой количественной величине. Этот, по меньшей мере, один сигнал многолучевого тракта назначается и обрабатывается, по меньшей мере, одним процессором гребня, чтобы восстановить передачу из базовой станции (этап 716).
В одной реализации этапов 714 и 716 определяются величины SNR сигнала многолучевого тракта из набора, и эти сигналы многолучевого тракта упорядочиваются на основании величин их SNR. Один сигнал многолучевого тракта назначается в один момент времени, начиная с сигнала многолучевого тракта, с наивысшей величиной SNR, пока объединенная величина SNR для всех назначенных сигналов многолучевого тракта не превысит порог. Сигналы многолучевого тракта могут быть идентифицированы и назначены при получении нового набора сигналов многолучевого тракта. Альтернативно, сигналы многолучевого тракта могут быть идентифицированы и назначены в каждом временном интервале.
Описанные здесь способы могут быть реализованы различными средствами. Например, эти способы могут быть реализованы посредством аппаратного обеспечения, аппаратно-программного обеспечения, программного обеспечения или их комбинации. Для аппаратной реализации блоки обработки, используемые для выполнения назначения гребня, и процессоры гребня могут быть реализованы в одной или более специализированных интегральных схемах (ASIC), цифровых процессорах сигналов (DSP), устройствах обработки цифровых сигналов (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), программируемых вентильных матрицах (FPGA), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных блоках, устроенных для выполнения описанных здесь функций, или их комбинациях.
Для программно-аппаратной и/или программной реализации способы могут быть реализованы в модулях (например, процедурах, функциях и т.п.), которые выполняют описанные здесь функции. Инструкции программно-аппаратного обеспечения и/или программного обеспечения могут храниться в памяти (например, памяти 282 с фиг.2) и выполняться процессором (например, процессором 280). Память может быть реализована внутри процессора или вне процессора.
Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления приведено, чтобы предоставить возможность специалистам в данной области техники реализовать или использовать настоящее изобретение. Специалистам в данной области техники будут очевидны различные модификации к этим вариантам осуществления, и описанные здесь ключевые принципы могут применяться к другим вариантам осуществления в рамках сущности или объема настоящего изобретения. Следовательно, настоящее раскрытие не ограничивается описанными здесь примерами, и ему следует сопоставить самый широкий объем в соответствии с описанными здесь принципами и признаками новизны.
Настоящее изобретение относится к способам приема сигнала в системе беспроводной связи. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности работы RAKE-приемника с целью достижения высокой производительности при сокращении энергопотребления. Описаны способы для назначения сигнала многолучевого тракта процессорам гребня для достижения желаемой производительности и низкого энергопотребления. Сначала выполняется поиск, чтобы получить набор сигналов многолучевого тракта для передачи из, по меньшей мере, одной базовой станции. Идентифицируется, по меньшей мере, один сигнал многолучевого тракта (например, идентифицируется некоторое минимальное количество сигналов многолучевого тракта) с объединенной метрикой производительности, которая превышает порог. Этот, по меньшей мере, один сигнал многолучевого тракта назначается и обрабатывается, по меньшей мере, одним процессором гребня, чтобы восстановить передачу из базовой станции. Один или более процессоров гребня из множества процессоров гребня отключается, если он не назначен ни одному сигналу многолучевого тракта. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.
1. Устройство для обработки сигналов, содержащее:
средство для получения набора сигналов многолучевого тракта для передачи из, по меньшей мере, одной базовой станции,
средство для определения отношений сигнала к шуму (SNR) сигналов многолучевого тракта в наборе;
средство для идентификации минимального числа сигналов многолучевого тракта в наборе, имеющем объединенное SNR, превышающее порог;
средство, дающее возможность процессору гребня из множества процессоров гребня обрабатывать каждый соответственный сигнал многолучевого тракта в минимальном числе сигналов многолучевого тракта, чтобы восстанавливать передачу от, по меньшей мере, одной базовой станции; и
средство для отключения одного или более процессоров гребня из множества процессоров гребня, не назначенных ни одному сигналу многолучевого тракта.
2. Устройство по п.1, в котором множество процессоров гребня выполнены с возможностью осуществлять обработку пилотных сигналов и сигналов данных для сигналов многолучевого тракта.
3. Устройство по п.1, в котором средство для идентификации минимального числа сигналов многолучевого тракта сконфигурировано с возможностью упорядочивать сигналы многолучевого тракта на основе отношений SNR и с возможностью назначать один сигнал многолучевого тракта за момент времени процессору гребня из множества процессоров гребня, начиная с сигнала многолучевого тракта, имеющего наивысшее SNR, пока объединенное SNR для всех назначенных сигналов многолучевого тракта не превысит порог.
4. Устройство по п.1, в котором средство для идентификации минимального числа сигналов многолучевого тракта сконфигурировано с возможностью идентифицировать и назначать минимальное число сигналов многолучевого тракта всякий раз, когда получен новый набор сигналов многолучевого тракта.
5. Устройство по п.1, в котором средство для идентификации минимального числа сигналов многолучевого тракта сконфигурировано с возможностью идентифицировать и назначать минимальное число сигналов многолучевого тракта в каждом из множества временных интервалов.
6. Устройство по п.1, в котором средство для идентификации минимального числа сигналов многолучевого тракта сконфигурировано с возможностью реализовывать множество процессоров гребня с мультиплексированием с временным разделением (TDM), причем каждому процессору гребня назначен соответственный временной интервал, и с возможностью осуществлять обработку для каждого из множества процессоров гребня во временных интервалах, выделенных для процессора гребня.
7. Устройство по п.6, в котором средство для идентификации минимального числа сигналов многолучевого тракта сконфигурировано с возможностью обрабатывать один сигнал многолучевого тракта в один момент времени, начиная с сигнала многолучевого тракта, имеющего наивысшее отношение сигнала к шуму (SNR).
8. Устройство по п.6, в котором средство для идентификации минимального числа сигналов многолучевого тракта сконфигурировано с возможностью обрабатывать один сигнал многолучевого тракта в один момент времени с возможностью обновлять объединенное отношение сигнала к шуму (SNR) после обработки каждого сигнала многолучевого тракта и с возможностью пропускать обработку оставшихся сигналов многолучевого тракта, когда объединенное SNR превышает порог.
9. Способ обработки сигналов, содержащий этапы, на которых:
получают набор сигналов многолучевого тракта для передачи из, по меньшей мере, одной базовой станции;
определяют отношения сигнала к шуму (SNR) сигналов многолучевого тракта в наборе;
идентифицируют минимальное число сигналов многолучевого тракта в наборе, имеющем объединенное SNR, превышающее порог;
дают возможность процессору гребня из множества процессоров гребня обрабатывать каждый соответственный сигнал многолучевого тракта в минимальном числе сигналов многолучевого тракта, чтобы восстанавливать передачу от, по меньшей мере, одной базовой станции; и отключают один или более процессоров гребня из множества процессоров гребня, не назначенных ни одному сигналу многолучевого тракта.
10. Способ по п.9, в котором обработка каждого соответственного сигнала многолучевого тракта содержит осуществление обработки пилотного сигнала и сигнала данных для каждого сигнала многолучевого тракта.
11. Считываемый процессором носитель для хранения инструкций, которые при исполнении осуществляют способ по любому из пп.9 и 10.
| US 20010258677 A1, 11.10.2001 | |||
| КОНВЕЙЕРНЫЙ ПРИЕМНИК БАЗОВОЙ СТАНЦИИ СОТОВОЙ ЯЧЕЙКИ ДЛЯ УПЛОТНЕНННЫХ СИГНАЛОВ С РАСШИРЕННЫМ СПЕКТРОМ | 1996 |
|
RU2154913C2 |
| Устройство для автоматической маркировки сейсмограмм | 1961 |
|
SU150646A1 |
