РАЗОМКНУТЫЙ ПРЕКОДИРУЮЩИЙ ЦИКЛ В MIMO-СВЯЗИ Российский патент 2012 года по МПК H04W4/00 H04L27/26 H03M13/00 

Приоритетная заявка

Приоритет испрашивается согласно предварительной заявке на патент США за номером 61/020948, поданной 14 января 2008 года, описание которой указывается здесь посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Область техники относится к радиосвязи, в частности к радиосвязи, использующей технологии множественного входа и множественного выхода (MIMO - multiple input multiple output).

Уровень техники

В типичной системе радиосвязи абонентские терминалы связи, называемые комплектами абонентского оборудования (UE - user equipment units), связываются по сети радиодоступа (RAN - radio access network) с другими сетями, например с Интернетом. Сеть радиодоступа (RAN) охватывает географическую зону, которая разделяется на зоны ячеек, причем каждая зона ячейки обслуживается базовой станцией, например базовой радиостанцией (RBS - radio base station), которая в некоторых сетях называется также “Node-B” или улучшенным Node-B. Ячейка является такой географической зоной, где охват радиосредствами предоставляется посредством оборудования базовой радиостанции в месте расположения базовой станции.

Сотовые радиосистемы Третьего поколения (3G - Third Generation), как, например, Система всеобщей мобильной связи (UMTS - Universal Mobile Telecommunications System), действующая в Широкополосном множественном доступе с кодовым разделением (WCDMA - Wideband Code Division Multiple Access), используют разные типы радиоканалов, включая непланируемые радиоканалы и планируемые радиоканалы. 3G-системы смешанных речи/данных с переключением линий/пакетов развились из речевых систем второго поколения (2G - second generation) с переключением линий. Непланируемые каналы, иногда называемые выделенными каналами, обычно назначаются только одному абоненту на время соединения, несущего информацию, связанную только с этим абонентом. Планируемые каналы являются каналами с переключением пакетов, по которым переносятся пакеты для многопользовательских соединений. Системы четвертого поколения (4G - fourth generation), как, например, Long Term Evolution (LTE) в UMTS и Международное взаимодействие для Микроволнового доступа (WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access), строят радиоинтерфейс на основе пакетных данных. Выделенные каналы трафика устраняются в пользу планируемых радиоканалов с целью упростить систему. Управление доступом к среде, таким образом, переходит к парадигме запроса ресурсов-предоставления ресурсов. В ответ на фактический запрос передать данные от абонентского оборудования (UE) и/или абонентскому оборудованию (UE) по восходящей линии связи и/или нисходящей линии связи, планировщик на базовой станции динамически назначает радиоресурсы, чтобы удовлетворить требованиям качества обслуживания, связанным с типом трафика данных, которые следует передать, и в то же время пытается оптимизировать производительность системы.

На фиг.1 иллюстрируется пример мобильной системы 10 связи LTE-типа. E-UTRAN 12 включает в себя несколько E-UTRAN Node-B (eNB) 18, которые предоставляют окончания протокола абонентской панели и управляющей панели E-UTRA терминалам 20 абонентского оборудования (UE) через радиоинтерфейс. Иногда eNB в более общем смысле называют базовой станцией, а UE иногда называют мобильным радиотерминалом или мобильной станцией. Как показано на фиг.1, базовые станции соединяются друг с другом посредством X2-интерфейса. Базовые станции также соединяются посредством S1-интерфеса с Ядром улучшенной пакетной передачи (EPC - Evolved Packet Core) 14, которое включает в себя Узел управления мобильностью (MME - Mobility Management Entity), и со Шлюзом Развития архитектуры системы (SAE - System Architecture Evolution). MME/SAE-Шлюз в этом примере показывается как одиночный узел 22 и является во многом аналогичным SGSN/GGSN-шлюзу в UMTS и в GSM/EDGE. S1-интерфейс поддерживает отношение «многие ко многим» между MME/SAE-Шлюзами и eNB. E-UTRAN 12 и EPC 14 вместе формируют Наземную сеть мобильной связи общего пользования (PLMN - Public Land Mobile Network). MME/SAE-Шлюзы 22 соединяются непосредственно или не непосредственно с Интернетом 16 и с другими сетями.

Рабочая группа IEEE 802.16 по Стандартам Широкополосного беспроводного доступа разрабатывает формальную спецификацию для всемирного введения широкополосных Беспроводных общегородских сетей (MAN). Несмотря на то, что серия стандартов 802.16 официально называется WirelessMAN, ее часто называют WiMAX. Как и LTE, WiMAX/IEEE 802.16e использует масштабируемый ортогональный множественный доступ с частотным разделением (OFDMA - orthogonal frequency division multiple access) для поддержки широких полос пропускания каналов, например между 1,25 МГц и 20 МГц с поднесущими для WiMAX в количестве вплоть до 2048-ми. Другой важной особенностью физического уровня является поддержка антенн множественного входа и множественного выхода (MIMO) с целью предоставить хорошие NLOS (non-line-of-sight - не в пределах прямой видимости) характеристики (или более широкую полосу пропускания). Многоантенные технологии могут существенно увеличить скорости данных и надежность беспроводной системы связи. В частности, производительность улучшается, если и передатчик, и приемник используют несколько антенн, в результате чего образуется канал связи множественного входа и множественного выхода (MIMO). Такие системы и/или смежные технологии обычно называются MIMO.

Одно рабочее допущение в LTE, относящееся к MIMO, состоит в поддержке режима пространственного мультиплексирования с каналозависимым (замкнутым) прекодированием. Прекодер назначает символы данных, которые следует передать, каждой из нескольких антенн передачи. Разные прекодеры назначают символы в разных комбинациях каждой антенне. Режим пространственного мультиплексирования достигает более высоких скоростей данных в благоприятных условиях канала.

LTE может также поддерживать режим пространственного мультиплексирования с каналонезависимым (разомкнутым) прекодированием в форме прекодирующего цикла. Иллюстративный пример модели MIMO-связи, которая использует прекодирующий цикл, показывается на фиг.2. Здесь передатчик осуществляет цикл через четыре прекодера W₁-W₄ для прекодирования разных наборов из четырех полосных символьных векторов, которые следует передать, например s₁-s₄, s₅-s₈ и т.д. Прекодеры W₁-W₄ преобразуют символьные вектора s₁-s₄, s₅-s₈ и т.д. в прекодированные полосные символьные вектора x₁-x₄, x₅-x₈ и т.д. через операцию матрично-векторного произведения, например x₁=W₁s₁. Элементы прекодированного полосного символа имеют взаимооднозначное соответствие с входами передающих антенн. Каждый прекодированный полосной символьный вектор впоследствии передается по одному из эффективных MIMO-каналов, H₁-H₄, H₅-H₈ и т.д. «Эффективный MIMO-канал» моделирует физический канал радиосвязи вместе с физическими антеннами, радиоаппаратными средствами и обработкой сигнала полосы частот, используемыми для связи по этому каналу. Таким образом, несколько разных технологий связи, например в качестве примеров на фиг.8 и 9 иллюстрируются OFDM и CDMA, поясняемые ниже, могут представляться посредством аналогичной модели эффективного канала.

Цикл достигается путем прекодирования одного символа s₁ матрицей прекодера W₁, символа s₂ матрицей прекодера W₂, символа s₃ матрицей прекодера W₃ и символа s₄ матрицей прекодера W₄, и последующего использования W₁-W₄ для прекодирования следующих четырех символов и так далее. Приемник принимает параллельные сигналы y₁-y₄, y₅-y₈ и т.д. и фильтрует их в соответственных фильтрах f₁-f₄, f₅-f₈ и т.д., моделируемых на основе четырех прекодеров W₁-W₄ для нахождения оценок ŝ₁-ŝ₄, ŝ₅-ŝ₈ и т.д. для символов s₁-s₄, s₅-s₈ и т.д., первоначально переданных. Альтернативно, приемник обнаруживает битовые потоки, представленные символами s₁-s₄, s₅-s₈ и т.д., непосредственно из принятых параллельных сигналов y₁-y₄, y₅-y₈ и т.д. посредством декодирования по максимальному правдоподобию (или какой-либо другой способ декодирования).

Иллюстративный пример структуры 30 передачи для реализации режима прекодированного пространственного мультиплексирования предоставляется на фиг.3. Поток данных соответствует MIMO-«уровню» 12, и каждый уровень 12 предоставляет по одному символу s за раз прекодеру 34. Параллельные символьные выходные данные из всех MIMO-уровней соответствует символьному вектору s, который умножается в прекодере 34 на матрицу размера N _T×r прекодера , которая служит для того, чтобы существенно распределить передаваемую энергию в подпространстве N _T-мерного векторного пространства, где N _T является количеством передающих антенн. Если на матрицу 34 прекодера накладывается условие наличия ортонормированных столбцов, то построение кодовой книги матриц прекодеров соответствует грассмановой задаче об упаковке в подпространстве. Каждый из r символов в символьном векторе s соответствует MIMO-уровню, и r называют «рангом передачи». Пространственное мультиплексирование достигается путем передачи выходных данных прекодера через обратные быстрые преобразования 36 Фурье (IFFT - inverse fast Fourier transformers), используемые в ортогональных множественных передачах с частотным разделением (OFDM), где несколько символов передаются одновременно по одному и тому же элементу ресурсов (RE - resource element) передачи. Выходные данные IFFT 36 передаются через N _T антенных входов 38. В случае OFDM, определенному RE соответствует определенная поднесущая частота или «бин». Количество параллельных символов r может приспосабливаться к текущим свойствам канала связи.

На основе модели с фиг.2, принятый вектор y_k размера N _R×1 для конкретного элемента ресурсов на поднесущей частоте k (или, альтернативно, количество k RE данных), предполагая отсутствие интерференции между ячейками, представляется для каждой поднесущей k формулой:

где H_k представляет эффективный канал MIMO-связи, является матрицей прекодера размера N _T×r, s_k является символьным вектором размера r×1, а e_k является вектором помех, полученным, например, ввиду реализации случайного процесса.

Матрица прекодера 34 может выбираться так, чтобы удовлетворять характеристикам полного N _R×N _T-MIMO-канала H (состоящего из нескольких отдельных MIMO-каналов H₁-H₈ и т.д.), в результате чего образуется так называемое каналозависимое прекодирование. Его также часто называют замкнутым прекодированием, и оно, в сущности, нацелено на то, чтобы концентрировать передаваемую энергию в подпространстве, проводящем большую часть передаваемой энергии к UE, вместо того чтобы «терять» передачу сигнала в зонах, где UE не обнаруживается. Дополнительно, матрица прекодера также может выбираться так, чтобы ортогонализировать канал, в том смысле, что после линейного выравнивания в UE-приемнике, межуровневая интерференция (интерференция между разными MIMO-уровнями) уменьшается.

В замкнутом прекодировании, UE передает сигнал обратной связи на основе показателей канала в нисходящей линии связи с рекомендациями базовой станции, какой из готовых к использованию прекодеров хорошо подходит текущим показателям канала. Одиночный прекодер, который должен охватывать широкую полосу пропускания (широкополосное прекодирование), может передаваться в обратном направлении. Также может быть преимуществом удовлетворить изменениям частоты канала и вместо этого передать в обратном направлении частотно-избирательный отчет прекодирования, например несколько прекодеров, по одному на подполосу. Подпространство относится к пространственным измерениям, а полоса пропускания относится к частоте, которая может быть разделена на подполосы. Надлежащий прекодер типично меняется с частотой (подполосное прекодирование). Следовательно, наличие одного прекодера на подполосу в отличие от одного прекодера для всех подполос (широкополосное прекодирование) позволяет большую прекодирующую приспособляемость.

Проблема с замкнутым прекодированием состоит в том, что требуется некоторое время для проведения отчета прекодера от UE к базовой станции, и в течение этого времени канал может существенно измениться (например, замереть), делая отчет устаревшим к моменту, когда у базовой станции появляется возможность его применить. Таким образом, замкнутое прекодирование лучше подходит для сценариев с низкой подвижностью, где изменения канала являются медленными. Исключением к этому является случай, если канал проявляет долговременные свойства, которые могут быть использованы даже несмотря на то, что подвижность высока. Пространственная корреляция на стороне базовой станции является одним из примеров такого свойства, которое является относительно устойчивым, несмотря на высокие скорости UE.

В LTE, закодированные биты, происходящие из одного и того же блока бит информации, называют «кодовым словом» (CW). Кодовое слово также является термином, используемым для описания выходных данных из одного процесса гибридного ARQ (HARQ - hybrid ARQ), служащего конкретному блоку переноса, и содержит турбокодирование, коррекцию скоростей, чередование и т.д. Кодовое слово затем модулируется и распространяется по нескольким передающим антеннам. В передаче с множественными кодовыми словами данные могут передаваться из нескольких кодовых слов одновременно. Первое (модулированное) кодовое словом может, к примеру, назначаться первым двум антеннам, а второе кодовое слово может назначаться двум оставшимся антеннам в системе с четырьмя передающими антеннами. Но в контексте прекодирования кодовые слова назначаются уровням, а прекодер назначает уровни антеннам.

Для высокоскоростной многоантенной передачи важной характеристикой условий канала является ранг канала (который отличается от ранга передачи). Грубо говоря, ранг канала может меняться от 1 вплоть до минимального из количеств передающих и принимающих антенн. Если в качестве примера взять систему «4×2», т.е. систему с четырьмя передающими антеннами и двумя принимающими антеннами, максимальным рангом канала является 2. Ранг канала меняется с течением времени, поскольку быстрое замирание преобразует условия канала. Более того, ранг канала определяет, сколько MIMO-уровней/потоков данных, а в конечном счете, также и сколько кодовых слов может успешно передаваться одновременно. Следовательно, если ранг канала равен 1, когда передаются два кодовых слова, назначающиеся раздельным MIMO-уровням, присутствует большая вероятность, что два сигнала, соответствующие кодовым словам, будут интерферировать так, что оба кодовых слова ошибочно обнаружатся в приемнике.

В объединении с прекодированием, приспособление передачи к рангу канала содержит использование максимального количества уровней потоков данных, которое могут поддержать MIMO-каналы. В наипростейшем случае каждый MIMO-уровень соответствует конкретной антенне. Но количество кодовых слов может отличаться от количества потоков данных/уровней, что и происходит в LTE. Тогда возникает проблема того, как назначать кодовые слова в уровни потоков данных. Если в качестве примера предположить наличие четырех передающих антенн, максимальным количеством кодовых слов является 2, в то время как передаваться может до четырех уровней.

Назначение «кодового слова уровню» с зависимостью от фиксированного ранга с прекодированием для этого неограничивающего примера показывается на фиг.4. Кодовые слова могут предоставляться от кодера устранения ошибок, как, например, турбокодера. Для ранга канала, равного 1, соответствующего одному уровню или одному потоку данных, представленному в виде кодового слова (CW 1), прекодер 40 назначает одиночное кодовое слово CW 1 четырем передающим антеннам. Для ранга канала, равного 2, соответствующего двум уровням или двум потокам данных, представленного в виде двух кодовых слов (CW 1 и CW 2), прекодер назначает два кодовых слова четырем передающим антеннам. Для ранга канала, равного 3, присутствует два кодовых слова (CW 1 и CW 2), и второе кодовое слово CW 2 разбивается посредством последовательно-параллельного (S/P - serial-to-parallel) конвертера 42 на два потока данных/уровня. Таким образом, прекодер 40 назначает три потока данных/уровня, сгенерированных из двух кодовых слов, четырем передающим антеннам. Второе кодовое слово не обязано быть такой же длины, что и первое кодовое слово, и может, к примеру, быть вдвое длиннее, чем CW 1. Для ранга канала, равного 4, присутствуют два кодовых слова (CW 1 и CW 2), и они оба разбиваются посредством соответствующего последовательно-параллельного (S/P) конвертера 42 на два потока данных/уровня. Таким образом, прекодер 40 назначает четыре потока данных/уровня, сгенерированных из двух кодовых слов, четырем передающим антеннам.

Поскольку замкнутое прекодирование часто не подходит для сценариев с высокой подвижностью, где канал испытывает недостаток существенных долговременных свойств и быстро изменяется, альтернативой является выбор схемы передачи, которая не зависит от реализаций каналов. Такая независимая передача каналов также известна как разомкнутая передача и является более подходящей для ситуаций с более высокой подвижностью. Иллюстративной схемой разомкнутой передачи для двух передающих антенн является код Аламоути, который имеет эквивалент в области частот, называемый блочным кодированием пространственной частоты (SFBC - space frequency block coding). SFBC получает два символа s _k и s _k+1 одновременно в качестве вводных данных и распространяет эти символы по частоте и пространству, как описывается матрицей кодового слова:

где строки соответствуют разным антенным входам, столбцы соответствуют измерению поднесущей, а ()^c указывает комплексно сопряженный элемент. Типично выбираются две смежные поднесущие, и без потери общности это будет допускаться ниже. Таким образом, два потенциально комплекснозначных символа передаются посредством двух поднесущих/RE. Символьная скорость на RE, таким образом, равна 1 в соответствии с рангом передачи 1 и, следовательно, подходит для типа каналов с рангом 1. Вышеупомянутый код принадлежит классу ортогональных пространственно-временных блочных кодов (OSTBC - orthogonal space-time block codes). Измерение времени может заменяться другим измерением, к примеру частотой, что часто бывает в OFDM. Тем не менее, такие коды здесь называются OSTBC, даже несмотря на то, что они могут использовать измерение, отличное от времени. OSTBC-коды существуют также для более чем двух передающих антенн, но они типично являются ограниченными в символьной скорости, нацеленной на символьные скорости (на RE), равные 1. Для четырех передающих антенн в LTE приспособлена комбинация SFBC и переключения антенн, соответствующая блочному коду со следующей матрицей кодового слова:

Несмотря даже на то, что вышеупомянутый код не является OSTBC-кодом в строгом смысле, этот код имеет скорость символов 1 и, таким образом, подходит для типа каналов с рангом 1.

Разомкнутое прекодирование, использующее более высокий ранг передачи, чем 1, также возможно. Но ввиду того, что отсутствует точная информация о канале, прекодер не может выбираться так, чтобы удовлетворять каналу. Следовательно, будет преимуществом попытка достигнуть прекодирующего разнообразия, обеспечивающего в общем приемлемую производительность прекодера на широком диапазоне разных условий канала.

Другой способ ввести передачу с разомкнутым прекодированием состоит в повторном использовании исключительно пространственной прекодирующей структуры, где прекодер умножает одиночный символьный вектор, что равносильно умножению каждого символа на вектор соответствующего столбца в матрице прекодера. С целью достигнуть прекодирующее разнообразие, важно избежать использования только одного прекодера, поскольку такая передача подходит только для ограниченного набора реализаций каналов. Соответственно, одиночное кодовое слово может передаваться таким образом, чтобы использовалось нескольких прекодеров, где прекодеры меняются некоторым определенным образом, известным как передатчику, так и приемнику. К примеру, прекодер может фиксироваться для одной или нескольких поднесущих, а затем изменяться к следующей поднесущей (следующим поднесущим). Это распределяет энергию пространственно более изотропическим образом (т.е. ближе к равномерному распределению энергии по всем направлениям), что предоставляет разнообразие, тем самым уменьшая склонность к влиянию на производительность для конкретного набора реализаций каналов. Предпочтительно, должно присутствовать существенное прекодирующее изменение на наименьшем блоке назначения, например на блоке ресурсов (RB), поскольку кодовое слово может потенциально охватывать только небольшой набор RE.

Это может осуществляться посредством «прекодирующего цикла», как иллюстрируется на фиг.2, где прекодер меняется от одного смежного набора поднесущих к следующему. Прекодеры, которые циклически проходятся, являются предопределенными или конфигурируются передатчиком. Для UE, которые также имеют реализацию замкнутой схемы прекодера, является преимуществом повторное использование прекодеров в кодовой книге замкнутого прекодера в разомкнутой схеме, потому что тогда существенные части реализации UE могут использоваться повторно для разомкнутой схемы прекодирования.

Одна проблема с разомкнутым конфигурируемым прекодирующим циклом состоит в том, что приемник не знает и не может точно предсказать, какую интерференцию ему необходимо подавить в любой заданный момент. Ввиду того, что количество циклических прекодеров возрастает в разомкнутой системе, возрастает и сложность для приемника знать или предсказать, который из прекодеров в данный момент используется в интерферирующих передачах. В результате приемник не осведомлен об изменениях интерференции на радиоблок и, таким образом, не подавляет удовлетворительным образом эту интерференцию. Другая проблема относится к нежелательной сложности в приемнике (например, UE). Использование большого количества разных прекодеров в прекодирующем цикле имеет недостаток высокой сложности реализации (и, таким образом, возрастающие энергетические затраты) как на передатчике, так и на приемнике, поскольку операция прекодера и операция фильтрования приема должны реализоваться и удовлетворять каждому используемому прекодеру. Также наличие конфигурируемого количества матриц прекодеров на цикл означает, что передатчик и приемник должны реализоваться так, чтобы справляться со сценарием, требующим наибольшего количества вычислений.

Сущность изобретения

Данные передаются по множеству каналов с множественным входом и множественным выходом (MIMO). Множество битовых потоков модулируются в несколько символьных векторов данных. Каждый вектор имеет ранг передачи, по одному вектору на каждый MIMO-канал. Рангом передачи является количество элементов в символьном векторе данных, соответствующее количеству потоков данных, передаваемых параллельно по каждому MIMO-каналу. Несколько символьных векторов данных прекодируются в несколько прекодированных символьных векторов посредством одного из множества наборов прекодирующих циклов, по одному набору на каждый ранг передачи, включающих несколько разных прекодеров. Прекодеры в каждом наборе прекодирующего цикла существенно разделяются в отношении множества мер расстояния. Прекодирование включает в себя прекодирование каждого символьного вектора данных одного ранга передачи прекодером, принадлежащим набору прекодирующего цикла этого ранга передачи. Прекодированные символьные вектора затем передаются по множеству MIMO-каналов. Согласно одному неограничивающему иллюстративному варианту осуществления, MIMO-каналы соответствуют поднесущим, полученным посредством ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (OFDM - orthogonal frequency division multiplexing), применяющимся в LTE и других беспроводных системах связи.

Исходная кодовая книга предоставляется с несколькими индексами кодовой книги, причем каждый индекс кодовой книги связывается с одним прекодером на каждый ранг передачи. Передатчик хранит кодовую книгу цикла в соответствии с поднабором индексов кодовой книги в исходной кодовой книге, чтобы набор прекодирующего цикла одного ранга передачи был набором прекодеров с соответствующим рангом передачи, которые связываются с индексами кодовой книги в кодовой книге цикла. Прекодеры, связанные с общим индексом кодовой книги, могут разделять один или несколько общих столбцов.

Согласно одному неограничивающему иллюстративному варианту осуществления количество рангов передачи равно 4. Четыре прекодера, связанных с индексом кодовой книги, имеют такое свойство, что первый прекодер для первого ранга передачи включается в качестве столбца во второй прекодер для второго ранга передачи, столбцы первого и второго прекодеров включаются в качестве столбцов в третий прекодер для третьего ранга передачи, а столбцы первого, второго и третьего прекодеров включаются в качестве столбцов в четвертый прекодер для четвертого ранга передачи для каждого набора прекодеров, связанного с индексом в кодовой книге.

Один или несколько разных типов мер расстояния определяют одно или несколько расстояний между прекодерами одного ранга передачи. Иллюстративные несколько мер расстояния включают в себя хордальное расстояние, расстояние евклидовой нормы проекции и расстояние Фубини-Студи. Кодовая книга цикла имеет такое свойство, что не существует такой альтернативной кодовой книги цикла, что связанные с ней наборы прекодирующих циклов, по одному набору на каждый ранг передачи, имеют лучшие прекодирующие свойства расстояния, чем набор прекодирующего цикла, связанный с кодовой книгой цикла для всех рангов передачи. Предпочтительно, чтобы связанные с кодовой книгой цикла наборы прекодирующих циклов имели строго лучшие свойства расстояния на каждый ранг передачи, чем наборы прекодирующих циклов, связанные с любой другой кодовой книгой цикла.

Согласно одному неограничивающему примеру, исходной кодовой книгой является кодовая книга, установленная LTE-стандартом, определенным для передачи на четыре антенных входа, и выбранная кодовая книга прекодирующего цикла является набором четырех индексов кодовой книги, данных четырьмя индексами в кодовой книге. Все прекодеры в кодовой книге прекодирующего цикла являются вещественнозначными и противоположными. Каждый прекодер в кодовой книге прекодирующего цикла является поднабором столбцов унитарно-преобразованной блочно-диагональной матрицы, где поднабор столбцов матрицы A является матрицей, для которой каждый столбец также является столбцом в A. Наивысший ранг передачи равен 4, а (масштабированная) матрица унитарного преобразования дается матрицей:

или перестановкой ее строк и столбцов и применяется путем умножения слева каждой матрицы прекодера в наборе прекодирующего цикла [или кодовой книге?] на сопряженную транспонированную матрицу преобразования.

Данные, которые передаются согласно описанному выше, могут приниматься приемником, сконфигурированным на основе прекодирующего цикла, выполняемого в передатчике. Несколько символьных векторов приема принимаются, по одному на каждый MIMO-канал. Множество переданных битовых потоков затем обнаруживаются из принятых символьных векторов. К примеру, каждый принятый символьный вектор может фильтроваться фильтром, который вычисляется на основе соответствующего прекодера, использованного для прекодирования данных, переданных по соответствующему MIMO-каналу. Фильтрованные принятые символьные вектора затем декодируются в множество переданных битовых потоков.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображается функциональная схема иллюстративной мобильной LTE-радиосистемы связи;

на фиг.2 иллюстрируется модель связи, использующая прекодирующий цикл;

на фиг.3 иллюстрируется структура передачи прекодированного режима пространственного мультиплексирования;

на фиг.4 изображается схема, которая иллюстрирует назначение «кодового слова уровню» для передатчика с четырьмя антеннами;

на фиг.5 изображается блок-схема, иллюстрирующая неограничивающие иллюстративные процедуры для определения оптимальной группы циклических прекодеров для MIMO-связи;

на фиг.6 изображается неограничивающая иллюстративная функциональная схема передатчика, который использует прекодирующий цикл, предполагающий четыре прекодера;

на фиг.7 изображается неограничивающая иллюстративная функциональная схема приемника для приема передач от передатчика с фиг.6;

на фиг.8 иллюстрируется эффективный канал для OFDM-системы;

на фиг.9 иллюстрируется эффективный канал для WCDMA-системы; и

на фиг.10 изображается блок-схема, иллюстрирующая неограничивающие иллюстративные процедуры для MIMO-передачи с прекодирующим циклом.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

В последующем описании в целях пояснения и не ограничения излагаются конкретные подробности, как, например, конкретные узлы, функциональные сущности, технологии, протоколы, стандарты и т.д., с целью предоставить понимание описываемой технологии. В других случаях подробные описания широко известных способов, устройств, технологий и т.д. опускаются, чтобы не осложнять описание излишними подробностями. Отдельные функциональные блоки показываются на фигурах. Специалистам в области техники будет ясно, что функции этих блоков могут реализоваться посредством отдельных цепей аппаратных средств, посредством программ программного обеспечения и данных в объединении с надлежащим образом запрограммированным микропроцессором или универсальным компьютером, программ специализированных интегральных цепей (ASIC), программируемых логических матриц и/или программ одного или нескольких цифровых сигнальных процессоров (DSP).

Специалисту в области техники будет понятно, что другие варианты осуществления могут практиковаться независимо от конкретных подробностей, описанных ниже. Технология описывается в контексте LTE-системы с целью предоставить пример и неограничивающий контекст для пояснения. Но эта технология может использоваться в любой современной сотовой системе связи и не ограничивается LTE или WiMAX.

Первоначально, оптимальный набор циклических прекодеров (называемый набором прекодирующего цикла) может определяться для использования в МИМО-связи, которая имеет один или несколько желаемых свойств расстояния. На фиг.5 изображена блок-схема, иллюстрирующая неограничивающие иллюстративные процедуры определения группы таких циклических прекодеров для MIMO-связи. Источник прекодеров, связанных с кодовой книгой, предоставляется (этап S1). Могут использоваться разные источники и кодовые книги. Один неограничивающий пример описывается ниже. Кодовая книга прекодера организуется посредством индексов кодовой книги; причем каждый целочисленный индекс связывается с набором прекодеров, по одному прекодеру на каждый ранг передачи. Как определено выше, ранг передачи соответствует количеству потоков MIMO-данных, которые следует передать параллельно посредством нескольких антенн. Таким образом, индекс кодовой книги вместе с рангом передачи однозначно определяют матрицу прекодера.

Один или несколько разных типов мер расстояния, определяющих одно или несколько расстояний между прекодерами одного ранга передачи, определяются (этап S2). Один или несколько свойств расстояния между прекодерами одного ранга передачи в исходной кодовой книге затем вычисляются посредством меры (мер) расстояния (этап S3). Кодовая книга прекодирующего цикла, соответствующая поднабору из кодовой книги исходного прекодера, затем выбирается (этап S4). Набор прекодирующего цикла некоего ранга передачи является набором прекодеров в выбранной кодовой книге прекодирующего цикла с соответствующим рангом передачи. Прекодеры, связанные с общим индексом кодовой книги, могут разделять один или несколько общих столбцов. Кодовая книга цикла имеет такое свойство, что не существует альтернативной кодовой книги цикла, также соответствующей поднабору из кодовой книги исходного прекодера, соответствующие наборы прекодирующих циклов которой, по одному набору на каждый ранг передачи, имеют лучшие прекодирующие свойства расстояния, чем наборы прекодирующих циклов, связанные с кодовой книгой цикла для всех рангов передачи. Предпочтительно, чтобы наборы прекодирующих циклов, связанные с кодовой книгой цикла, имели строго лучшие свойства расстояния на каждый ранг передачи, чем наборы прекодирующих циклов, связанные с любой другой кодовой книгой цикла, также соответствующей поднабору из кодовой книги исходного прекодера. Выбранные прекодеры затем используются для разомкнутого прекодирующего цикла в MIMO-связи между передатчиком и приемником (этап S5).

В неограничивающем примере предполагается, что ранг передачи может быть 1, 2, 3 и 4; таким образом, каждый индекс кодовой книги связывается с четырьмя прекодерами, по одному на каждый ранг передачи. Предпочтительно, чтобы прекодеры, связанные с индексом кодовой книги, имеющие разный ранг передачи, разделяли один или несколько общих столбцов. В этом случае первый прекодер для первого ранга передачи включается во второй прекодер для второго ранга передачи, первый и второй прекодеры включаются в третий прекодер для третьего ранга передачи, а первый, второй и третий прекодер включаются в четвертый прекодер для четвертого ранга передачи для каждого набора прекодеров, связанных с индексом кодовой книги.

В неограничивающем LTE-примере кодовой книгой является кодовая книга замкнутого прекодирования, установленная LTE-стандартом, определенным для передачи на четыре антенных входа в соответствии со следующей таблицей, где величина W _n ^{s} обозначает матрицу прекодера, определенную столбцами, данными набором {s} из выражения W _n=I-2u _n u _n ^H/u _n ^H u _n, где I является единичной матрицей 4×4, а вектор u _n определяется для каждого из индексов кодовой книги ниже:

Согласно указанному, таблица 1 взята из кодовой книги замкнутого прекодирования, предложенной для использования в LTE так, что модули реализации из замкнутого режима могут использоваться повторно в реализации прекодирующего цикла. Каждый ранг передачи соответствует столбцу в таблице 1. К примеру, ранг передачи 1 включает в себя прекодеры W ₁ ^{1}-W ₁₅ ^{1}. Набор прекодирующего цикла некоего ранга передачи является, таким образом, поднабором прекодеров в соответствующем столбце ранга передачи. Каждая строка кодовой книги в таблице 1 соответствует индексу кодовой книги. К примеру, индекс 12 включает в себя следующие прекодеры: W ₁₂ ^{1}, W ₁₂ ^{12}/√2, W ₁₂ ^{123}/√3 и W ₁₂ ^{1234}/2, которые имеют разный ранг передачи. Как можно увидеть из этого примера, все прекодеры, связанные с общим индексом кодовой книги 12, разделяют матрицу прекодера W ₁₂ ^{1}. Прекодер ранга передачи 4 для индекса 12 совместно использует матрицы прекодеров с тремя другими прекодерами W ₁₂ ^{1}, W ₁₂ ^{12}/√2, W ₁₂ ^{123}/√3.

Изобретатели, используя ряд мер расстояния, вывели оптимальную кодовую книгу цикла, соответствующую поднабору исходной кодовой книги в таблице 1, который включает в себя наборы из четырех прекодеров, определенных индексами кодовой книги 12, 13, 14 и 15 в таблице 1. Каждый набор прекодирующего цикла, по одному на каждый ранг передачи, таким образом, содержит четыре прекодера. Количество четырех циклических прекодеров было выбрано потому, что оно является максимальным количеством прекодеров с рангом передачи 1, требуемым для возбуждения всех четырех измерений четырех передающих антенн в этом неограничивающем примере. Преимуществом является циклическое использование прекодеров, которые хорошо охватывают пространство матриц каналов. Поскольку одиночное кодовое слово передается посредством четырех разных прекодеров, соответствующих рангу передачи для MIMO-связи, прекодирующее разнообразие будет ниже, когда разные матрицы прекодирования одинаковы или близки по расстоянию. С другой стороны, прекодирующее разнообразие выше, если четыре прекодера существенно различаются или находятся дальше друг от друга по расстоянию. Желательно, но не обязательно, чтобы четыре прекодера в одном ранге передачи были максимально разделены посредством одной или нескольких мер расстояния. Это уменьшает вероятность, что все четыре прекодера окажутся неподходящими для реализации канала и что кодовое слово декодируется ошибочно в приемнике.

Несколько мер расстояния, включая хордальное расстояние, расстояние евклидовой нормы проекции и расстояние Фубини-Студи, были использованы для оценки расстояния между прекодерами одного ранга передачи. Для ранга передачи r, столбцы матриц прекодирования охватывают r-мерные подпространства в N _T-мерном (N _T=4 в кодовой книге, определенной в таблице 1) комплексном векторном пространстве. Цель состоит в том, чтобы максимально увеличить расстояния между всеми подпространствами. Хордальное расстояние может определяться из:

расстояние евклидовой нормы проекции из:

и расстояние Фубини-Студи:

Для каждой возможной кодовой книги прекодирующего цикла прекодеров, связанных с четырьмя индексами кодовой книги, есть четыре связанных набора прекодирующих циклов, по одному на каждый ранг передачи; каждый из этих наборов прекодирующих циклов содержит четыре матрицы прекодеров (по одной на каждый индекс кодовой книги) соответствующего ранга передачи (т.е. набор прекодирующего цикла является поднабором из четырех элементов столбца в таблице 1). Для набора прекодирующего цикла из четырех прекодеров существует шесть общих расстояний. Пусть {d ₁,...,d ₆} обозначает упорядоченный набор расстояний, т.е. d ₁≤...≤d ₆. Для i-й возможной кодовой книги прекодирующего цикла (предполагая, что все возможные наборы из четырех индексов были упорядочены), пусть w _i ^r=[d ₁...d ₆]^T обозначает вектор расстояний для набора прекодирующего цикла с рангом передачи r. Пусть векторное соответствие w _i ^r w _j ^r обозначает w _i ^r(k)≤w _j ^r(k) k, т.е. каждый элемент в w _j ^r больше либо равен соответствующему элементу в w _i ^r. Набор прекодирующего цикла с рангом передачи r, который связывается с кодовой книгой j прекодирующего цикла, имеет лучшие либо равные свойства расстояния, чем набор прекодирующего цикла с тем же рангом передачи r, который связывается с другой возможной кодовой книгой цикла i, если w _i ^r w _j ^r.

Из 16-ти строк в таблице 1, соответствующих индексам кодовой книги (строкам) 0-15, присутствует 1820 способов сделать группу из четырех. На основе трех мер расстояния и -соответствия, оптимальный поднабор строк (т.е. оптимальная кодовая книга прекодирующего цикла) включает в себя строки 12, 13, 14 и 15 в этом неограничивающем примере. Может быть показано, что эта кодовая книга прекодирующего цикла является единственной, удовлетворяющей:

для всех трех вышеопределенных мер расстояния, где эта оптимальная кодовая книга прекодирующего цикла соответствует первой возможной кодовой книге прекодирующего цикла (т.е. i=1). Это значит, что все остальные возможные кодовые книги (индексов кодовой книги) прекодирующего цикла имеют строго худшие свойства расстояния, чем оптимальная кодовая книга цикла для по меньшей мере одного ранга передачи и одной меры расстояния. Таким образом, оптимальная кодовая книга прекодирующего цикла может определяться посредством расстояния поднабора внутри прекодирующего цикла. Расстояние между матрицами прекодирования является мерой того, насколько хорошо матрицы охватывают пространство MIMO-канала, которое также указывает, насколько пространственно изотропично распределяется передаваемая мощность.

Использование прекодеров от индексов кодовой книги 12, 13, 14 и 15 из таблицы 1 для прекодирующего цикла имеет несколько других альтернативных аспектов. Во-первых, элементы матриц прекодирующего цикла являются вещественными и противоположными, так что все элементы в матрице прекодера имеют равную абсолютную величину, но возможно разный знак. Такая вещественно-противоположная структура в особенности подходит для реализаций аппаратными средствами (и программными средствами), потому что матрично-векторное произведение прекодера W и символьные вектора s могут реализоваться без умножения (помимо масштабирования мощностей прекодированных символов x) с использованием только сложения и вычитания. Сложение и вычитание требуют гораздо меньший объем вычислений, чем умножение. Оптимальный поднабор прекодирующего цикла также в особенности подходит для кросс-поляризованной схемы, где две передающие антенны имеют одно направление поляризации, а две другие передающие антенны имеют ортогональную поляризацию. К примеру, рассмотрим случай, где антенны имеют поляризации на передатчике с ±45 градусов. Для наглядности структуры оптимального поднабора прекодирующего цикла в этом поляризационном сценарии структура может быть повернута (предварительно умножена) унитарным преобразованием, в соответствии с:

Конкретнее, без потери общности можно допустить, что все прекодеры внутри набора прекодирующего цикла умножаются слева на матрицу U ^*, т.е. на сопряженную транспонированную к U. Полученные повернутые прекодеры из оптимального поднабора, соответствующие индексам кодовой книги 12, 13, 14 и 15, являются, в соответственном порядке, следующими:

где видно, что после применения надлежащих перестановок строк и столбцов (например, перестановки столбцов 2 и 3 и последующей перестановки строк 2 и 4), получается следующая блочно-диагональная структура:

с блоками размера 2×2. Перестановки строк могут альтернативно выполняться путем перестановки столбцов в U. Заметьте, что блоки находятся на одной из двух диагоналей. Чтобы увидеть, почему такая блочно-диагональная структура может быть преимуществом, рассмотрим сценарий, в котором передатчик использует кросс-поляризованную антенную решетку, где две первые антенны сополяризованы, а последние две антенны имеют направление поляризации, ортогональное первой паре. Прекодеры в оптимальном наборе прекодирующего цикла могут затем быть записаны как {U _k}¹⁵ _k=12, где { _k}¹⁵ _k=12 выполняет прекодирование на некоторые виртуальные антенны, а виртуальные антенны затем преобразуются в физическое антенное измерение (или, согласно LTE-терминологии, на антенные входы) путем умножения на U. Эти виртуальные антенны также попарно кросс-поляризуются, и U может интерпретироваться как поворот виртуальных направлений поляризации на 45 градусов. Таким образом, первые две строки и последние две строки матриц { _k}¹⁵ _k=12 относятся к первой и второй сополяризованной антенной паре соответственно. Переупорядочивание строк (равно как и столбцов) дает { _k}¹⁵ _k=12, что означает, что первые две строки соответствуют одной кросс-поляризованной виртуальной антенной паре, а две последних строки соответствуют другой кросс-поляризованной виртуальной антенной паре. Блочно-диагональная структура { _k}¹⁵ _k=12 вместе с ортогональными весами передач [1 1]^T и [1 -1]^T обеспечивают то, что слой всегда передается на двух ортогональных поляризациях, при этом обеспечивая, что если передается несколько уровней (ранг передачи больше 1), используются ортогональные веса. Это улучшает разнообразие, поскольку ортогональные поляризации склонны замирать независимо. Одновременно, межуровневая интерференция остается низкой ввиду ортогональных весов передач 2×1. Блочно-диагональная структура дополнительно является преимуществом в том, что только две антенны являются активными для отдельного использования канала, поскольку остальные две виртуальные антенны в таком случае не будут рисковать подавить сигнал от двух активных антенн. Две активные виртуальные антенны склонны быть вполне разделенными, поскольку они соответствуют ортогональным поляризациям, и, следовательно, возможность подавления сигналов ввиду передач от пары активных виртуальных антенн остается низкой. Являющаяся преимуществом блочно-диагональная структура поддерживается даже для более низких рангов передачи, поскольку они соответствуют поднабору столбцов прекодеров с рангом 4.

На фиг.6 изображается неограничивающая иллюстративная функциональная схема передатчика, который использует прекодирующий цикл, предполагающий четыре прекодера, к примеру (но не ограничиваясь ими) четыре набора прекодирующего цикла, описанных выше в объединении с таблицей 1 (т.е. индексы кодовой книги 12-15). Передатчик 50 включает в себя источник 52 данных, который предоставляет биты данных блоку 54 кодирования с обнаружением ошибок, например турбокодер, который предоставляет кодовые слова (CW) одному или нескольким блоками 56 модуляции, где данные модулируются в символы, представленные через S_CW1(T). Если используются два кодовых слова, как, например, для рангов передачи 2, 3 или 4, как показано на фиг.4, то второй блок 56 модуляции и второй символ кодового слова генерируются и вводятся в блок 58 преобразования уровня. Блок 58 преобразования потоков данных/MIMO-уровня генерирует символьный вектор s(t), который предоставляется блоку 60 преобразования частоты. Блок 60 преобразования частоты обрабатывает символьный вектор и генерирует параллельные символьные выходные данные. Выбранные четыре прекодера W₁-W₄ для ранга передачи MIMO-передатчика используются в прекодирующей стадии 62 для прекодирования символьных элементов, сгенерированных блоком 60 преобразования частоты. К примеру, символьные вектора s₁-s₄ преобразуются посредством матриц прекодера W₁-W₄ для генерации прекодированных символьных векторов x₁-x₄. Те же четыре прекодера затем идут на второй цикл для кодирования следующих четырех символьных векторов s₅-s₈ в параллельных выходных данных из блока 60 назначения частоты для генерации прекодированных символьных векторов x₅-x₈ и так далее. Прекодированные символьные выходные данные предоставляются параллельно блоку 64 обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT), который конвертирует символы из области частот в область времени для генерации одиночного комплексного сигнала x(t) области времени, который назначается на N_T антенн 66 и также может содержать циклический префикс.

На фиг.7 изображается неограничивающая иллюстративная функциональная схема приемника 70 для приема MIMO-передач от передатчика 50 с фиг.6. N_R антенн 71 принимают соответственные принятые сигналы y(t), которые предоставляются блоку 72 быстрого преобразования Фурье (FFT), который, в свою очередь, конвертирует принятые сигналы из области времени в область частот и может извлекать циклический префикс, если он вставлен на передатчике. Каждый набор из четырех параллельных выходов из FFT 72 предоставляется «банку» из четырех фильтров 74, соответствующих четырем прекодерам, используемым в прекодирующей стадии 62 на фиг.6. К примеру, принятые символы y₁-y₄ фильтруются соответствующими фильтрами (фильтр₁-фильтр₄) для генерации приближенных сигналов ŝ₁-ŝ₄ приема. Если MIMO-радиоканал является достаточно статичным на подчастотах 1-8 (предполагается система типа OFDM), то фильтры 1-4 могут быть использованы повторно как фильтры 5-8 согласно показанному на фиг.7. Блок преобразования частоты 76 преобразует приближенные символы приема в объединенный приближенный символьный сигнал в области времени ŝ(t). Блок преобразования 78 уровня преобразует этот приближенный сигнал в один или два точных символьных кодовых слова. Символьное кодовое слово (символьные кодовые слова) обрабатывается в блоке 80 демодуляции и декодирования с обнаружением ошибок, который производит декодированные данные 82, потенциально соответствующие тому, что было передано от источника 52 данных в передатчике.

Терминология в этой заявке применима к другим технологиям радиодоступа. Фиг.8 и 9 являются двумя разными примерами эффективных каналов, описанных в разделе «Уровень техники». В вышеупомянутом примере LTE допускается, что система является системой типа OFDM, как, например, показанная на фиг.8. На фиг.9 показано иллюстративное приложение к системе широкополосного множественного доступа с кодовым разделением (WCDMA). Здесь прекодированные символы x конвертируются из параллельного в последовательный формат для прекодированного символьного сигнала x(t) для передачи через MIMO-антенны. На стороне приемника сигналы приема антенны y(t) объединяются в одиночный принятый сигнал, выравненный в выравнивающем устройстве, и затем конвертируются в параллельный формат для производства принятых символов для прекодирующей фильтрации. Характерно, что необходимость в выполнении IFFT/FFT-операций, также как добавление и извлечение циклических префиксов, не является обязательной в случае WCDMA.

На фиг.10 изображается блок-схема, иллюстрирующая неограничивающие иллюстративные процедуры для MIMO-передачи с прекодирующим циклом, и фигура озаглавлена «MIMO-передача с Прекодирующим циклом». Множество битовых потоков модулируются в несколько символьных векторов данных (s1-s8), причем каждый вектор имеет ранг передачи, по одному вектору на каждый MIMO-канал (этап S10). Как пояснялось выше, рангом передачи является количество элементов в символьном векторе данных, соответствующее количеству потоков данных, передаваемых параллельно по каждому MIMO-каналу. Несколько символьных векторов данных преобразуются в несколько прекодированных символьных векторов посредством множества наборов прекодирующих циклов, по одному набору на каждый ранг передачи, включая несколько разных прекодеров (этап S11). Прекодеры в каждом наборе прекодирующего цикла существенно разделяются в отношении множества мер расстояния. Каждый символьный вектор данных с неким рангом передачи прекодируется прекодером, принадлежащим к набору прекодирующего цикла этого ранга передачи. Прекодированные символьные вектора затем передаются по MIMO-каналам (этап S12).

Данные, которые передаются согласно описанному выше, могут приниматься приемником, сконфигурированным на основе прекодирующего цикла, выполняемого в передатчике. Несколько символьных векторов приема принимаются, по одному на каждый MIMO-канал. Множество переданных битовых потоков затем выделяются из принятых символьных векторов. К примеру, каждый принятый символьный вектор может фильтроваться фильтром, который определяется на основе соответствующего прекодера, используемого для прекодирования данных, переданных по соответствующему MIMO-каналу. Фильтрованные принятые символьные вектора затем декодируются в множество переданных битовых потоков.

В заключение, конкретные матрицы прекодирования выбираются из кодовой книги и используются для разомкнутого прекодирующего цикла. Для всех рангов каналов, матрицы циклических прекодеров предпочтительно связываются с одним набором индексов в кодовой книге (одним набором строк в табличном представлении). Это позволяет эффективную реализацию приемника, поскольку на каждый ранг передачи множество столбцов в матрицах прекодера являются общими с матрицами прекодера, используемыми для других рангов. Для всех рангов каналов, матрицы циклических прекодеров предпочтительно максимально разделены (но по меньшей мере существенно) посредством одной или нескольких мер расстояния для изотропного рассеяние передаваемой энергии. Согласно одному неограничивающему иллюстративному варианту осуществления, допускается период прекодирующего цикла, равный 4, т.е. четыре разные матрицы прекодирования используются на разных поднесущих, но могут использоваться другие циклические периоды. Предпочтительно, но не обязательно, чтобы предопределенные разные матрицы прекодирования использовались равное количество раз в одном кодовом слове. Может использоваться циклическая группа из некоторого количества прекодеров, отличного от четырех. Для иллюстративного случая, представленного выше, одна оптимальная группа была найдена посредством набора конкретных иллюстративных мер расстояния. Но в других случаях несколько групп могут быть в той же степени или приблизительно такими же хорошими. Другие дополнительные аспекты могут использоваться для выбора группы, например группа с только вещественнозначными матрицами прекодирования. Другие меры расстояния могут также использоваться.

Производительность и сложность прекодирующего цикла является преимуществом с наборами прекодирующего цикла, которые строятся с целью удовлетворять один, несколько или, предпочтительно, все из следующих четырех критериев: набор прекодирующего цикла имеет оптимизированные свойства расстояния в отношении множества мер расстояния, с тем чтобы достичь максимального пространственного разнообразия; прекодеры разного ранга передачи разделяют столбцы с целью упростить реализацию приспособления ранга передачи; элементы матрицы прекодера являются вещественнозначными и противоположными, что упрощает реализацию аппаратными средствами для операции прекодирования; и матрицы прекодера имеют блочно-диагональную структуру, с тем чтобы максимально задействовать свойства кросс-поляризованной антенной схемы. Для кодовой книги прекодера LTE для четырех передающих антенн, изобретатели предлагают прекодирующий цикл с прекодерами, представленными индексами кодовой книги 12, 13, 14 и 15 в таблице 1. Эта кодовая книга прекодирующего цикла удовлетворяет всем четырем из этих желательных свойств, и связанные наборы прекодирующих циклов разносятся оптимальным образом в отношении всех рассматриваемых мер расстояния для всех рангов передачи. Несмотря на то, что различные варианты осуществления были показаны и описаны подробно, формула не ограничивается каким-либо отдельным вариантом осуществления или примером. Ничто из вышеприведенного описания не следует понимать как предположение того, что любой отдельный элемент, этап, диапазон или функция являются неотъемлемыми таким образом, что они должны включаться в объем формулы. Объем патентуемого объекта определяется только формулой. Объем правовой защиты определяется словами, озвученными в принятых пунктах формулы, и их эквивалентами. Все структурные и функциональные эквиваленты для элементов вышеописанного предпочтительного варианта осуществления, которые известны средним специалистам в области техники, прямо указываются здесь посредством ссылки и предполагаются как охватываемые настоящей формулой. Более того, нет необходимости для устройства или способа в решении всех без исключения проблем, которые желательно решить настоящим изобретением, поскольку они охватываются настоящей формулой. Никакие пункты формулы не предназначаются для применения параграфа 6 из 35 USC §112, если только не используются слова «средства для» или «этап для». Кроме того, никакие варианты осуществления, особенности, компоненты или этапы в этом описании не предназначены для того, чтобы делать их всеобщим достоянием независимо от того, озвучивается ли вариант осуществления, особенность, компонент или этап в формуле.

Заявленное изобретение относится к передаче данных по каналам множественного входа и множественного выхода (MIMO). Технический результат заключается в реализации передатчика и приемника таким образом, чтобы справляться со сценарием, требующим наибольшего количества вычислений. Для этого множество битовых потоков модулируется в несколько символьных векторов данных. Каждый вектор имеет ранг передачи, по одному вектору на каждый MIMO-канал. Рангом передачи является количество элементов в символьном векторе данных, соответствующее количеству потоков данных, передаваемых параллельно по каждому MIMO-каналу. Несколько символьных векторов данных прекодируются в несколько прекодированных символьных векторов посредством множества наборов прекодирующих циклов, по одному набору на каждый ранг передачи, включающих разные прекодеры. Прекодеры в каждом наборе прекодирующего цикла вполне разделены в отношении множества мер расстояния. Прекодирование включает в себя прекодирование каждого символьного вектора данных одного ранга передачи прекодером, принадлежащим набору прекодирующего цикла этого ранга передачи. Прекодированные символьные вектора затем передаются по MIMO-каналу. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.

1. Способ передачи данных по множеству каналов множественного входа и множественного выхода (MIMO), содержащий:
модуляцию множества битовых потоков в несколько символьных векторов данных (s1-s8), причем каждый вектор имеет ранг передачи, по одному вектору на каждый MIMO-канал, где рангом передачи является количество элементов в символьном векторе данных, соответствующее количеству потоков данных, передаваемых параллельно по каждому MIMO-каналу;
прекодирование нескольких символьных векторов данных в несколько прекодированных символьных векторов (xl-x8) посредством нескольких прекодеров, где прекодер представляет собой матрицу, имеющую множество столбцов, принадлежащих первой кодовой книге разомкнутого прекодирующего цикла прекодеров, которые группируются в наборы прекодирующих циклов, по одному набору на каждый ранг передачи, включая несколько разных прекодеров, причем прекодеры внутри каждого набора прекодирующего цикла, по существу, разделяются в отношении множества мер расстояния,
причем прекодирование включает в себя прекодирование каждого символьного вектора данных одного ранга передачи прекодером, принадлежащим к набору прекодирующего цикла этого ранга передачи; и передачу прекодированных символьных векторов по множеству MIMO-каналов.

2. Способ по п.1, в котором множество MIMO-каналов соответствует поднесущим, полученным посредством ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (OFDM).

3. Способ по п.1 или 2, в котором прекодер совместно использует один или несколько общих столбцов, без учета коэффициентов нормирования, с прекодером в наборе прекодирующего цикла более высокого ранга передачи.

4. Способ по п.1, в котором количество рангов передачи равно четырем.

5. Способ по п.4, в котором, без учета коэффициентов нормирования, каждый прекодер, принадлежащий набору прекодирующего цикла первого ранга передачи, включается в качестве столбца или столбцов в прекодер, принадлежащий набору прекодирующего цикла второго ранга передачи, причем каждый прекодер, принадлежащий набору прекодирующего цикла первого или второго ранга передачи, включается в качестве столбца в прекодер, принадлежащий набору прекодирующего цикла третьего ранга передачи, и причем каждый прекодер, принадлежащий набору прекодирующего цикла первого, второго или третьего ранга передачи, включается в качестве столбца в прекодер, принадлежащий набору прекодирующего цикла четвертого ранга передачи.

6. Способ по п.1, в котором:
один или несколько разных типов мер расстояния определяют одно или несколько расстояний между прекодерами одного ранга передачи,
первая кодовая книга прекодирующего цикла является поднабором кодовой книги исходного прекодера, которая включает в себя несколько прекодеров множества рангов передачи; и
не существует второй кодовой книги прекодирующего цикла, которая удовлетворяет следующим условиям:
1) вторая кодовая книга прекодирующего цикла является поднабором кодовой книги исходного прекодера,
2) каждый из наборов прекодирующих циклов, по одному на каждый ранг передачи, связанных со второй кодовой книгой прекодирующего цикла, имеет то же количество прекодеров, что и соответствующий набор прекодирующего цикла первой кодовой книги прекодирующего цикла,
3) каждый из наборов прекодирующих циклов, по одному на каждый ранг передачи, связанных со второй кодовой книгой прекодирующего цикла, имеет равные или лучшие свойства расстояния в отношении одной или нескольких мер расстояния, чем соответствующий набор прекодирующего цикла первой кодовой книги прекодирующего цикла, и
4) по меньшей мере один из наборов прекодирующих циклов, связанных со второй кодовой книгой прекодирующего цикла, имеет лучшие свойства расстояния, в отношении по меньшей мере одной из мер расстояния, чем соответствующий набор прекодирующего цикла, связанный с первой кодовой книгой прекодирующего цикла.

7. Способ по п.6, в котором первая кодовая книга прекодирующего цикла имеет дополнительное свойство, состоящее в том, что каждый из наборов прекодирующих циклов имеет равные или лучшие свойства расстояния в отношении одной или нескольких мер расстояния, чем соответствующий набор прекодирующего цикла любой альтернативной третьей кодовой книги прекодирующего цикла; при условии, что количество прекодеров в каждом из наборов прекодирующих циклов третьей кодовой книги прекодирующего цикла равно количеству прекодеров в соответствующем наборе прекодирующего цикла первой кодовой книги прекодирующего цикла.

8. Способ по любому из пп.6 или 7, в котором исходной кодовой книгой является кодовая книга, установленная LTE-стандартом.

9. Способ по п.8, в котором кодовая книга определяется для передачи на четыре антенных входа в соответствии со следующей таблицей, где величина W_n ^{s} обозначает матрицу прекодера, определенную столбцами, заданными набором {s} из выражения W_n=I-2u_nu_n ^H/u_n ^Hu_n, где I является единичной матрицей 4×4, а вектор u_n:
Индекс кодовой книги u_n Ранг передачи 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

10. Способ по п.6, в котором несколько мер расстояния используются и включают в себя хордальное расстояние, расстояние евклидовой нормы проекции и расстояние Фубини-Студи.

11. Способ по п.1, в котором первая кодовая книга прекодирующего цикла содержит прекодеры, связанные с индексами кодовой книги 12, 13, 14 и 15 в следующей таблице, где величина W_n ^{s} обозначает матрицу прекодера, определенную столбцами, заданными набором {s} из выражения W_n=I-2u_nu_n ^H/u_n ^Hu_n, где I является единичной матрицей 4×4, а вектор u_n:
Индекс кодовой книги u_n Ранг передачи 1 2 3 4 12 13 14 15

12. Способ по п.1, в котором все прекодеры, принадлежащие набору прекодирующего цикла, являются вещественнозначными матрицами с противоположными элементами или комплексными поворотами таких матриц.

13. Способ по п.1, в котором один из наборов прекодирующих циклов в первой кодовой книге прекодирующего цикла прекодеров имеет блочно-диагональную структуру, включающую в себя:
масштабированную унитарную матрицу;
множество блочно-диагональных матриц, причем блочно-диагональная матрица является матрицей, все ненулевые элементы которой находятся в блоках, расположенных на диагонали; и
множество поднаборов столбцов множества блочно-диагональных матриц, причем поднабор столбцов первой матрицы является второй матрицей, сформированной из множества столбцов первой матрицы в произвольном порядке, и
причем каждый прекодер в одном наборе прекодирующего цикла является матричным произведением масштабированной унитарной матрицы, умноженной на один из множества поднаборов столбцов множества блочно-диагональных матриц.

14. Способ по п.13, в котором все наборы прекодирующих циклов в первой кодовой книге прекодирующего цикла прекодеров имеют блочно-диагональную структуру, и в котором масштабированная унитарная матрица и перестановка столбцов являются одинаковыми для всех наборов прекодирующих циклов в первой кодовой книге прекодирующего цикла прекодеров.

15. Способ по любому из пп.13 и 14, в котором прекодеры имеют четыре строки, а масштабированная унитарная матрица задается матрицей:

или перестановкой ее строк и/или столбцов.

16. Способ приема данных, которые передаются посредством любого из способов по пп.1-15 по множеству MIMO-каналов, содержащий:
прием нескольких символьных векторов приема (y1-y8), по одному на каждый MIMO-канал, и
обнаружение множества переданных битовых потоков из принятых символьных векторов.

17. Способ по п.16, дополнительно содержащий:
фильтрацию каждого принятого символьного вектора фильтром (74), вычисляемым на основе соответствующего прекодера, который использовался для прекодирования данных, переданных по соответствующему MIMO-каналу, и
декодирование фильтрованных принятых символьных векторов в множество переданных битовых потоков.

18. Передатчик (50) для передачи данных по множеству каналов множественного входа и множественного выхода (MIMO) в соответствии со способом по любому из пп.1-15.

19. Приемник (70) для приема данных, которые передаются посредством любого из способов по пп.1-15 по множеству MIMO-каналов посредством способа по п.16 или 17.