СПОСОБ И УСТРОЙСТВО, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОАНТЕННОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ В БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ СВЯЗИ Российский патент 2013 года по МПК H04B7/06 

Уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в целом, относится к беспроводным системам связи и, в частности, относится к управлению многоантенной передачей в беспроводной сети связи, например управлению операцией предварительного кодирования, и выбором модуляции и скорости кодирования канала для передачи с многочисленными входами и многочисленными выходами (MIMO).

Уровень техники

Доступность определенной информации о (распространении) состоянии канала в передатчике играет критическую роль в достижении наивысшей возможной спектральной эффективности для беспроводной системы связи с многочисленными передающими антеннами. Например, E. Telatar, “Capacity of multi-antenna Gaussian channels”, Euro. Trans. Telecomm., vol. 10, no. 6, pp. 585-596, ноябрь 1999, демонстрирует, что существенные выигрыши в пропускной способности могут быть получены с многочисленными антеннами, когда точная информация о мгновенном состоянии канала является доступной в передатчике.

Обратная связь мгновенных состояний канала от целевых приемников в передатчик представляет известный механизм для предоставления точной информации о состоянии канала, и такая связь может быть необходима, например, в дуплексных системах с частотным разделением (FDD), в которых мгновенные состояния канала в восходящей линии связи и нисходящей линии связи непосредственно не связаны. Однако проблематично потенциальное число и сложность каналов распространения, существующих в многоантенных (MIMO) системах, может требовать значительных объемов обратной связи канала, что может быть неосуществимым и нежелательным во многих случаях. Кроме того, даже начиная с сомнительного допущения, что приемники могут оценивать мгновенные состояния канала с требуемой точностью, задержки обратной связи, включающие в себя вычислительные задержки и задержки на передачу сигнала, гарантируют, что обратная связь канала, полученная в передатчике, приводит к запаздыванию фактических состояний, наблюдаемых в приемнике. По существу, регулировки передачи не соответствуют фактическим мгновенным состояниям канала в целевых приемниках.

В качестве выхода из использования мгновенных состояний канала, как основы для управления многоантенной передачей, вместо этого некоторое исследование рассмотрело оптимальные схемы передачи, которые используют долгосрочную статистическую информацию о канале (каналах) распространения. В отличие от информации о мгновенном состоянии канала, которая изменяется со скоростью быстрого замирания, статистическая информация о канале изменяется со значительно более медленной скоростью (например, со скоростью медленного замирания (затенения) или со скоростью изменения углов отправления/поступления). Следовательно, значительно более допустимо, с точки зрения вычислительных непроизводительных затрат и непроизводительных затрат сигнализации, точно передавать с помощью обратной связи статистическую информацию о канале из целевых приемников для соответствующего управления многоантенной передачей.

Несмотря на то что основание управления передачей на обратной связи статистических данных канала существенно уменьшает объем и сложность сигнализации обратной связи канала из целевых приемников, осуществление такого управления имеет свои сложности. На практике вычисление различных параметров, требуемых для оптимальной многоантенной передачи, на основании статистических данных канала часто является значительно более трудным, чем вычисление их на основании мгновенных сведений о канале.

Например, некоторое число статей представляет информацию, связанную с определением оптимальной линейной матрицы предварительного кодирования F , которая максимизирует эргодическую пропускную способность канала плоской MIMO с n передающими антеннами и n приемными антеннами. Такие статьи включают в себя E. Visotsky and Madhow, “Space-Time Transmit Precoding with Imperfect Feedback”, IEEE Trans. on Info. Thy., vol. 47, pp. 2632-2639, сентябрь 2001; S.H. Simon and A.L. Moustakas, “Optimizing MIMO Antenna Systems with Channel Covariance Feedback”, IEEE JSAC, vol. 21, pp. 406-417, апрель 2003; и A.M. Tulino, A. Lozano, S. Verdu, “Capacity-Achieving Input Covariance for Single-User Multi-Antenna Channels”, IEEE Trans. on Wireless Comm., vol. 5, pp. 662-671, март 2006.

В соответствии с различными этими материалами F может быть вычислена как

Уравнение (1)

Более определенно, показано, что оптимальная матрица предварительного кодирования может быть записана как

Уравнение (2)

где U обозначает матрицу, столбцы которой являются собственными векторами EH H, D(,, …, ) обозначает диагональную матрицу с {} в качестве диагональных элементов, и где p обозначает часть мощности, распределенной в j-й собственный режим передачи, который соответствует j-му столбцу U.

В контексте вышеупомянутой общей схемы дополнительно показано, что относительные уровни мощности {p} должны удовлетворять следующим условиям:

Уравнение (3)

где

Уравнение (4)

Уравнение (5)

Уравнение (6)

и { } - векторы столбцов преобразованного канала =HU=[ , ,…, ]. Следует заметить, что поскольку член MMSE зависит от {p}, относительные уровни мощности {p} определены только неявно.

Для вычисления {p} предложен итеративный алгоритм, основанный на объединенном распределении вероятности, обозначенном с помощью p(), (или в качестве альтернативы, объединенном распределении вероятности H). В качестве первого этапа алгоритм инициализирует {p} таким образом, что = 1 (например, с помощью установки p= 1/n для всех j). Затем алгоритм выполняет итерацию уравнения с фиксированной запятой до тех пор, пока решение не сойдется:

Уравнение (7)

для j=1, 2, …, n ,

где MMSE вычисляют на основании уравнения (4) с p, установленным равным p.

В этой точке алгоритм останавливается, если для каждого j, такого, что p сошлось к нулю на вышеупомянутом этапе,

Уравнение (8)

Иначе, установить p=0 для j, которое соответствует наименьшему значению E[SINR].

Выполнение этапов, включающих в себя уравнение (7) и уравнение (8), требует вычисления нескольких существенных величин, включая

Уравнение (9)

и

.Уравнение (10)

Вычисление уравнения (9) и уравнения (10) требует объединенного распределения вероятности p() мгновенного состояния канала , что является трудным, если не невозможным, определить даже в приемнике, не говоря уже о передатчике. Несмотря на то что интегралы, включенные в эти уравнения, представляющие интерес, могут быть аппроксимированы с помощью усреднения по многим реализациям , наблюдаемых в приемнике, этот подход включает в себя дополнительные сложности. Поскольку величины, представляющие интерес, зависят не только от , но также от распределенных уровней мощности {p}, эти величины должны быть оценены для разных значений {p} для того, чтобы вычислить оптимальные уровни мощности. В результате многочисленные и/или большие наборы реализаций необходимо было бы сохранять в рабочей памяти (например, RAM) целевого приемника. Однако на практике нежелательно требовать достаточно памяти и вычислительной мощности в целевых приемниках для того, чтобы выполнять вышеупомянутый алгоритм для вычисления оптимальных значений предварительного кодирования передачи.

Помимо вычисления весовых коэффициентов предварительного кодирования для многоантенной передачи, выбор соответствующих модуляции и скоростей кодирования канала для каждого потока передачи на основании статистических данных канала к настоящему времени недостаточно рассмотрен. Такие рассмотрения зависят от вида алгоритма детектирования, например, последовательного погашения интерференции (SIC), используемого в целевом приемнике (приемниках).

Сущность изобретения

Управление многоантенной передачей, представленное в настоящей заявке, включает в себя генерацию набора виртуальных реализаций канала в передатчике, который совместно использует те же самые статистические данные второго порядка, что и фактические реализации канала, наблюдаемые для целевого приемника. С помощью формирования величин, связанных с управлением, представляющих интерес, в передатчике, зависимом от долгосрочных статистических данных, фактические реализации канала не требуются для управления передачей, например, предварительным кодированием с многочисленными входами и многочисленными выходами (MIMO) и связанным выбором модуляции и кодирования. По существу, использование виртуальных реализаций канала дает возможность управления передачей, которое приближается к пропускной способности канала с замкнутым контуром, которая была бы обеспечена с помощью полной обратной связи информации о состоянии канала, без требования нагрузки на служебное сигнализирование, которое сопутствует полной обратной связи.

В одном или более вариантах осуществления способ, предназначенный для управления передачей из многоантенного передатчика, содержит генерацию первоначального набора “шаблонных” реализаций канала, который предпочтительно является распределенным по закону Гаусса, определение статистических данных второго порядка для фактических реализаций канала в целевом приемнике и адаптацию первоначального набора шаблонных реализаций канала как функции статистических данных второго порядка канала, чтобы получить виртуальные реализации канала, которые отражают статистические данные второго порядка фактических реализаций канала. Способ дополнительно включает в себя определение одного или более параметров управления передачей как функции виртуальных реализаций канала для управления передачей в целевой приемник.

Вышеупомянутый способ и его разновидности осуществлены, в соответствии с одним или более вариантами осуществления, представленными в настоящей заявке, в многоантенном передатчике, сконфигурированном для использования в беспроводной сети связи. Не ограничивающие примеры включают в себя сотовые сети связи 3G и 4G. Например, одна или более схем обработки, например, логические схемы на основе микропроцессоров или другие программируемые логические схемы обработки, могут быть сконфигурированы с возможностью выполнения любого варианта осуществления способа, представленного в настоящей заявке. Такие схемы могут быть осуществлены, например, в сетевой базовой станции или другом узле передачи.

Конечно, настоящее изобретение не ограничено вышеупомянутыми признаками и преимуществами. Специалисты в данной области техники поймут дополнительные признаки и преимущества после прочтения следующего подробного описания и формулы изобретения и после просмотра сопровождающих чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - блок-схема варианта осуществления беспроводной сети связи, которая включает в себя передатчик, имеющий контроллер передачи, сконфигурированный с возможностью определения одного или более параметров управления передачей на основании статистических данных второго порядка канала.

Фиг.2 - блок-схема функциональных элементов схемы для одного или более вариантов осуществления контроллера передачи, такого как, например, изображен на фиг.1.

Фиг.3 - логическая блок-схема последовательности этапов одного варианта осуществления способа управления передачей на основании статистических данных второго порядка канала, который может быть осуществлен в логической схеме обработки контроллера передачи.

Фиг.4 - график, иллюстрирующий пример относительной эффективности для одного или более вариантов осуществления управления передачей, как представлено в настоящей заявке.

Подробное описание изобретения

Фиг.1 иллюстрирует один вариант осуществления многоантенного передатчика 10 для передачи в множество целевых беспроводных устройств 12 связи. Беспроводные устройства 12 связи (сокращенные на фигуре как “WCD”) могут не все быть одинаковыми, и следует понимать, что они представляют массу возможных типов устройств, таких как сотовые телефоны, пейджеры, портативные цифровые ассистенты, компьютеры, сетевые карты доступа или комбинация любых таких устройств. По существу, для баланса этого обсуждения они просто упомянуты как “приемники 12”.

По меньшей мере, в одном варианте осуществления передатчик 10 является базовой станцией или другим узлом приемопередатчика в беспроводной сети 14 связи и поддерживает беспроводные связи нисходящей линии связи (DL) и восходящей линии связи (UL) в приемники 12 и из приемников 12. По меньшей мере, в одном варианте осуществления передатчик 10 сконфигурирован для работы с многочисленными входами и одним выходом (MISO) или многочисленными входами и многочисленными выходами (MIMO), а приемники 12, соответственно, снабжены одной или более приемными антеннами 18.

При работе MIMO сигнал (сигналы), предназначенный для одного определенного приемника из приемников 12, передают из выбранных антенн из антенн 16, и определенные антенны, используемые для передачи, и распределение относительной мощности передачи могут быть (и обычно изменяются) изменены динамически в зависимости от некоторого числа соображений. Представляющий особый интерес в настоящей заявке передатчик 10 включает в себя “контроллер 20 передачи”, который устанавливает, регулирует или иначе управляет одним или более параметрами передачи, используемыми радиочастотными (RF) схемами 22 приемопередатчика передатчика 10. Как детализировано в настоящей заявке в качестве примера, управление преимущественно основано на использовании статистических данных второго порядка канала, связанных с фактическими реализациями канала в целевых приемниках 12.

Таким образом, по меньшей мере, в одном варианте осуществления передатчик 10 содержит передатчик MIMO, сконфигурированный для работы в беспроводной сети связи, в которой он определяет один или более параметров управления передачей как функцию виртуальных реализаций канала для управления передачей (MIMO) в данный приемник 12 с помощью вычисления весовых коэффициентов предварительного кодирования передачи и скоростей кодирования на основании виртуальных реализаций канала для этого данного приемника 12. Весовые коэффициенты предварительного кодирования передачи устанавливают распределение мощности передачи на антенну, используемое для передачи в данный приемник 12 из соответственных антенн из двух или более передающих антенн 16.

Более подробно, рассмотрим следующую простую модель принятого сигнала основной полосы частот с каналом плоской MIMO:

Уравнение (11)

где H обозначает отклик канала MIMO (матрица n n) с нулевым средним значением, r обозначает принятый сигнал, s обозначает переданный сигнал, а w обозначает составляющую шум плюс помехи в беспроводной системе связи с n передающими антеннами и n приемными антеннами. Составляющая шума w может быть пространственно раскрашена по приемным антеннам с помощью матрицы ковариации R E{ww }, где E{∙} обозначает ожидаемое значение величины внутри скобок.

Для целей обсуждения, по меньшей мере, данный приемник из приемников 12 может получать точные оценки канала H относительно него к передатчику 10 и ковариации шума R (Также, когда шум имеет не нулевое среднее значение, данный приемник 12 определяет ковариацию и среднее значение шума). В качестве полезного рабочего определения “приведенный к белому шуму отклик канала” для данного приемника 12 может быть определен из H и R как

Уравнение (12)

По меньшей мере, в одном аспекте управления передачей, как показано в настоящей заявке, данный приемник 12 посылает с помощью обратной связи статистические данные второго порядка о своем приведенном к белому шуму отклике канала. В свою очередь, передатчик 10 использует статистические данные второго порядка, чтобы сформировать набор “виртуальных реализаций канала”. Передатчик 10 использует виртуальные реализации канала для того, чтобы определить один или более параметров управления передачей, такие как распределение мощности передающей антенны для MISO или MIMO передачи, выбор схемы предварительного кодирования и/или выбор схемы модуляции и кодирования (MCS), которые максимизируют пропускную способность линии связи.

В соответствии с одним или более вариантами осуществления передатчик 10 хранит или иным способом удерживает предварительно вычисленные значения, которые содержат или иным способом представляют набор независимых одинаково распределенных (IID) выборок матрицы, распределенных по закону Гаусса, обозначенных с помощью {H } размерности n на n. Переменная N обозначает число предварительно сохраненных выборок, которое может быть сделано больше по мере необходимости, т.е. потенциально может быть использован больший размер набора выборок.

Из одной перспективы можно рассматривать выборки IID, распределенные по закону Гаусса, как “шаблонную” модель или модель по умолчанию для фактических реализаций канала в данном приемнике 12, которые являются недоступными в передатчике 10. Однако матрицу масштабирования S размера n на n и единичную матрицу U размера nn на nn вычисляют и используют для того, чтобы масштабировать и преобразовывать отдельные выборки матрицы H в виртуальную реализацию канала H . То есть в таких вариантах осуществления первоначальный набор шаблонных реализаций канала, используемых для виртуальной реализации канала, содержит набор (IID) выборок, распределенных по закону Гаусса.

Математически каждую виртуальную реализацию канала генерируют в соответствии с

Уравнение (13)

где обобщенно запись “А•В” обозначает произведение по компонентам двух матриц А и В с одинаковыми размерами, vec(A) обозначает вектор, сформированный с помощью “скомпоновать все столбцы A в один вектор”, а mat(X) обозначает матрицу m на n, сформированную с помощью повторного формирования mn-размерного вектора Х.

В особенности, вышеупомянутые виртуальные реализации канала создают из данных шаблона, т.е. IID выборок матрицы, распределенных по закону Гаусса, которые могут быть предварительно вычислены и удержаны в памяти (или сгенерированы один раз на ходу при запуске или по мере необходимости или желания). Более подробно, их создают без каких-либо требований к знанию чего-либо о фактических состояниях канала (хотя допускают, что модель распределения Гаусса является достоверной).

Несмотря на то что является не ограничивающим примером, фиг.2 раскрывает вариант осуществления контроллера 20 передачи, представленного на фиг.1, который является выгодным, по меньшей мере, в некоторых обстоятельствах. Например, по меньшей мере, один вариант осуществления передатчика 10 включает в себя одну или более схем 21 на микропроцессорах, которые могут включать в себя универсальные или специализированные микропроцессоры, цифровые сигнальные процессоры и другой тип (типы) цифровых логических схем обработки. По меньшей мере, в одном варианте осуществления контроллер 20 передачи содержит один или более таких цифровых процессоров, которые запрограммированы с возможностью реализации управления передачей как функции статистических данных второго порядка канала. Например, контроллер передачи может включать в себя память или иметь доступ к памяти, хранящей программные инструкции, выполнение которых заставляет контроллер 20 передачи выполнять способ. Также предполагается осуществлять всю или часть требуемой обработки управления передачей в FPGA (ПЛИС) или другом программируемом элементе (элементах).

Имея в виду вышеупомянутое, фиг.2 иллюстрирует функциональное устройство схемы для одной или более схем обработки контроллера 20 передачи, включая рассчитывающее устройство 22 масштабирования/преобразования, устройство 24 масштабирования, преобразователь 26 и выборочно включает в себя устройство 28 векторизации и генератор 30 матрицы. Контроллер 20 передачи дополнительно включает в себя устройство памяти или связан с устройством сохранения, например, одним или более устройствами 32 памяти, для сохранения первоначального набора шаблонных реализаций канала, такого как набор IID выборок, распределенных по закону Гаусса в {H }, который рассматривают для одного или более вариантов осуществления.

При работе рассчитывающее устройство 22 масштабирования/преобразования вычисляет матрицу масштабирования S и матрицу преобразования U (которая может быть основана на Ф или Ф , описанных ниже). В соответствии с одним вариантом осуществления полную матрицу ковариации приведенного к белому шуму канала, как задано с помощью

Уравнение (14)

делают доступной для передатчика 10 через медленную линию обратной связи из данного приемника 12. В этом случае единичная матрица преобразования U является матрицей, столбцы которой являются собственными векторам Ф , в то время как матрицу масштабирования S извлекают из корня квадратного от компонентов собственных векторов Ф , как

Уравнение (15)

для всех i{1, 2, …, n}и j{1, 2, …, n}. В этом контексте обозначает k-ые собственные значения Ф для k=1, 2, …, nn.

В одном особенно выгодном варианте осуществления матрицу ковариации передачи приведенного к белому шуму канала задают с помощью

Уравнение (16)

и делают доступной для передатчика 10 через обратную связь из данного приемника 12. В этом случае единичную матрицу преобразования выбирают как U =U I , где U обозначает матрицу, столбцы которой являются собственными векторами Ф , I обозначает матрицу идентичности n на n, а означает произведение Кронекера. С помощью этого выражения матрицу масштабирования S извлекают из корня квадратного из компонентов собственных векторов Ф как

Уравнение (17)

для всех i{1, 2, …, n}и j{1, 2, …, n}, где обозначает k-ые собственные значения Ф для k=1, 2, …. Следует заметить, что в этом варианте осуществления этапы векторизации и формирования матрицы могут быть пропущены, т.е. элементы 28 и 30, изображенные на фиг.1, могут быть пропущены. Этот пропуск разрешен, поскольку виртуальные реализации канала могут быть сгенерированы непосредственно как

Уравнение (18)

Матрица Ф также может быть получена из полной матрицы ковариации канала Ф . А именно элемент Ф в i-й строке и j-м столбце задают с помощью очерчивания соответствующей подматрицы n на n в Ф , т.е.

, Уравнение (19)

где [A] обозначает подматрицу A, которая состоит из элементов из m-й строки по n-ую строку и из l-го столбца по k-й столбец A включительно.

В одном или более вариантах осуществления контроллер 20 передачи сконфигурирован с возможностью использования набора виртуальных реализаций канала {} в итеративном алгоритме, описанном в уравнениях от (7) до (10). То есть, по меньшей мере, один вариант осуществления контроллера 20 передачи определяет (оптимальные) распределения мощности для передающих антенн 16 для разных собственных режимов передачи MIMO в данный приемник 12 на основании соответствующего набора виртуальных реализаций канала {}, как обнаружено из статистических данных второго порядка фактических реализаций канала для этого данного приемника 12.

Более подробно, получение виртуальных реализаций канала из набора первоначальных реализаций канала, распределенных по закону Гаусса по умолчанию, обеспечивает набор выборок реализаций канала в передатчике 10, которые отражают статистические данные второго порядка фактических реализаций канала и, таким образом, могут быть использованы для оценки существенных величин {E[MMSE]} и {E[SINR]} следующим образом

Уравнение (20)

и

Уравнение (21)

для j=1, 2, …, n, где обозначает j-й столбец преобразованной матрицы = U .

Понятно, что использование виртуальных реализаций канала {} обеспечивает контроллер 20 передачи набором выборок достаточного размера, чтобы точно аппроксимировать интегрирования, представленные в уравнении (9) и уравнении (10), через суммирования, представленные в уравнении (20) и уравнении (21). Эта возможность является особенно полезной с учетом того, что уравнение (9) и уравнение (10) зависят от известности функции распределения вероятности фактических реализаций канала, p() в передатчике 10, и что обычно они неизвестны до тех пор, пока не используют обременительную полную обратную связь канала. Таким образом, когда контроллер 20 передачи сконфигурирован с возможностью вычисления распределения мощности для предварительного кодирования передачи на основании одного или более интегрирований, что касается функции плотности вероятности фактических реализаций канала, он может быть преимущественно сконфигурирован с возможностью аппроксимации этого интегрирования с помощью усреднения по набору выборок некоторых или всех виртуальных реализаций канала.

Конечно, контроллер 20 передачи может основывать свое определение параметров управления передачей, отличных от весовых коэффициентов предварительного кодирования передачи, на виртуальных реализациях канала. Например, дополнительно или в качестве альтернативы к определению весовых коэффициентов предварительного кодирования передачи, контроллер 20 передачи может быть сконфигурирован с возможностью основания выбора схемы модуляции и кодирования (MCS) для данного приемника 12 на виртуальных реализациях канала, определенных для этого данного приемника 12. В качестве примера, долгосрочные скорости кодирования на поток {R} для использования в передаче MISO/MIMO в данный приемник 12, работающий с последовательным погашением интерференции (SIC), могут быть вычислены из { } как

Уравнение (22)

для j=1, 2, …, n.

Более широко, следует понимать, что определение матриц предварительного кодирования передачи и/или выполнение выборов MCS на основании виртуальных реализаций канала остаются в силе как преимущественные, но не ограничивающие примеры управления передачей, как показано в настоящей заявке. Фиг.3 иллюстрирует вариант осуществления широкого способа, который контроллер 20 передачи может быть запрограммирован или иначе сконфигурирован с возможностью выполнять. Проиллюстрированная обработка предполагает данную последовательность этапов, но управление передачей, как представлено в настоящей заявке, не обязательно ограничено проиллюстрированной последовательностью. Кроме того, следует понимать, вся или часть проиллюстрированной обработки может быть выполнена на поступательной основе или повторяющейся основе, и может быть частью большего набора операций обработки управления обработкой/связей в передатчике 10.

Имея в виду вышеупомянутые моменты, проиллюстрированный способ управления передачей из многоантенного передатчика, например, передатчика 10, включает в себя генерацию первоначального набора “шаблонных” реализаций канала, который предпочтительно является распределенным по закону Гаусса (этап 100), определение статистических данных второго порядка для фактических реализаций канала в целевом приемнике (этап 102), например, в данном одном из приемников 12, и адаптацию первоначального набора шаблонных реализаций канала как функцию статистических данных второго порядка канала, чтобы получить виртуальные реализации канала, которые отражают статистические данные второго порядка канала фактических реализаций канала (этап 104). Способ дополнительно включает в себя определение одного или более параметров управления передачей как функции виртуальных реализаций канала для управления передачей в целевой приемник (этап 106).

Как упомянуто, генерация первоначального набора шаблонных реализаций канала может содержать генерацию их из сохраненных значений, например, формирование матрицы, имеющей элементы, взятые из предварительно сохраненных наборов независимых одинаково распределенных (IID) выборок Гаусса. Набор IID выборок матрицы, распределенных по закону Гаусса {H }, используют в одном или более вариантах осуществления, и {H } могут быть сгенерированы из предварительно вычисленных сохраненных значений. То есть выборки {H } могут быть сохранены, и копии могут быть загружены в рабочую память по мере необходимости.

Как бы не были сгенерированы, шаблонные реализации канала, представленные с помощью {H }, адаптируют посредством масштабирования и преобразования, чтобы отразить статистические данные второго порядка фактических реализаций канала в целевом приемнике 12 таким образом, как объяснено в контексте уравнения (13). То есть в одном или более вариантах осуществления контроллер 20 передачи использует матрицу масштабирования S размера n на n и единичную матрицу U размера nn на nn для того, чтобы масштабировать и преобразовывать отдельные выборки матрицы H в виртуальные реализации канала H .

Статистические данные второго порядка фактических реализаций канала для данного приемника 12, например ковариация приведенного к белому шуму отклика канала, данная в уравнении (12), могут быть определены на основании приема обратной связи из данного приемника 12. По меньшей мере, в одном варианте осуществления сами статистические данные второго порядка передают с помощью обратной связи. Таким образом, данный приемник 12 может определять ковариацию своего приведенного к белому шуму отклика канала и передавать с помощью обратной связи эту информацию в передатчик 10. В качестве альтернативы, передатчик 10 может определять статистические данные второго порядка на основании наблюдений известного сигнала из данного приемника 12. Например, передатчик 10 может извлекать статистические данные второго порядка из измерений, сделанных на пилот-сигнале восходящей линии связи (или другом известном сигнале), переданном из данного приемника 12.

Также следует подчеркнуть, что эти методы непосредственно применяются, когда отклики канала MISO/MIMO, представляющие интерес, имеют ненулевое среднее значение. Например, в таких случаях дополнительно к матрице ковариации канала (статистических данных второго порядка канала), переданной с помощью обратной связи с помощью данного приемника 12, или иначе определенной для него, данный приемник 12 также может передать с помощью обратной связи долгосрочное среднее или среднее значение отклика канала (статистические данные первого порядка). Набор виртуальных реализаций канала может быть сгенерирован тем же способом, что и в случае с нулевым средним значением, за исключением того, что среднее значение отклика канала добавляют в IID выборки Гаусса матрицы {H } до масштабирования и единичного преобразования.

Управление передачей, как представлено в настоящей заявке, дополнительно без труда расширяется до случаев, когда отклики канала MISO/MIMO, представляющие интерес, являются избирательными по частоте. Например, если требуется одна частотно независимая матрица предварительного кодирования, контроллер 20 передачи может быть сконфигурирован с возможностью применения обработки, описанной в настоящей заявке, в системе с ортогональным частотным мультиплексированием (OFDM) MIMO с помощью определения Ф и Ф , модифицированных, соответственно, как

Уравнение (23)

и

Уравнение (24)

где [k] обозначает приведенный к белому шуму отклик канала в частотной области в k-ой поднесущей, [n] обозначает соответствующее n-ое ответвление канала во временной области, N обозначает число поднесущих в системе, а L обозначает максимальное число ответвлений канала во временной области.

Таким образом, по меньшей мере, в одном таком варианте осуществления передатчик 10 содержит передатчик OFDM, который сконфигурирован для работы в беспроводной сети связи. В этом контексте контроллер 20 передачи сконфигурирован с возможностью определения одного или более параметров передачи как функции виртуальных реализаций канала для управления передачей в целевой приемник с помощью вычисления весовых коэффициентов предварительного кодирования передачи для передачи порций данных OFDM из соответственных антенн из двух или более передающих антенн 16 на основании виртуальных реализаций канала.

В любом из различных вариантов осуществления управление многоантенной передачей как функцией статистических данных второго порядка канала предоставляет многочисленные преимущества. Например, с помощью использования статистических данных второго порядка для фактических реализаций канала, чтобы адаптировать первоначальный набор реализаций канала, по умолчанию распределенных по закону Гаусса, таким образом, чтобы адаптированные реализации канала отражали статистические данные второго порядка, потенциально вычислительно интенсивные и требующие памяти задачи вычисления оптимальных долгосрочных значений матрицы предварительного кодирования и соответствующие долгосрочные скорости кодирования на поток для MIMO передач могут быть выполнены скорее в передатчике, чем в приемнике. Подход дополнительно позволяет целевым приемникам передавать с помощью обратной связи свои матрицы ковариации приведенного к белому шуму канала (или ковариацию плюс среднее значение с ненулевым замиранием среднего значения).

Этот тип обратной связи представляет относительно компактную информацию с уменьшенными непроизводительными затратами сигнализации. Кроме того, обычная статистическая информация, предоставленная с помощью статистических данные второго порядка канала (и первого порядка), также может быть использована для других целей, таких как сжатие информации о качестве канала (CQI), которую обычно передают с помощью обратной связи через быструю линию связи обратной связи. Кроме того, по меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления, в частности, в которых восходящие линии связи и нисходящие линии связи являются хорошо коррелированными, передатчик может определять необходимые статистические данные на основании наблюдений известных сигналов, преданных от целевого приемника (приемников).

Несмотря на полученные эффективности сигнализации и вычислительную эффективность, эффективность управления передачей на основании статистических данных второго порядка, как представлено в настоящей заявке, предпочтительно сравнивается с идеальной пропускной способностью с замкнутым контуром, предложенной, когда матрицы предварительного кодирования передачи MIMO вычисляют из полной обратной связи мгновенного состояния канала. Например, фиг.4 иллюстрирует график производительности, где показана эффективность управления передачей, как представлено в настоящей заявке, для системы MIMO-OFDM. Допускают, что вся ширина полосы частот системы равна 5 МГц при размере быстрого преобразования Фурье (FFT), равном 512. Число занятых поднесущих равно 300, которые одинаково разделены на 25 порций данных, каждая из 12 поднесущих. Кроме того, расстояние между поднесущими равно 15 кГц, производительность смоделирована с использованием пространственной 3GPP модели канала с заурядным профилем канала В в среде микроячейки.

Имея в виду вышеупомянутые допущения и модели, кривая “+” представляет эргодическую пропускную способность, достигнутую с помощью оптимальной матрицы предварительного кодирования, как вычисленной с использованием фактических (мгновенных) реализаций канала. Кривая “x” представляет эргодическую пропускную способность, достигаемую с помощью матрицы предварительного кодирования, вычисленной с использованием виртуальных реализаций канала, сгенерированных, как показано в настоящей заявке, на основании статистических данных второго порядка канала фактических реализаций канала. Как изображено на графике, виртуально нет потери производительности по сравнению с более обременительным использованием фактических реализаций канала.

Имея в виду вышеупомянутые примеры или другие разновидности и расширения, специалисты в данной области техники поймут, что предыдущее описание и сопровождающие чертежи представляют не ограничивающие примеры способов и устройств, представленных в настоящей заявке, для управления передачей на основании статистических данных второго порядка канала. По существу, настоящее изобретение не ограничено предыдущим описанием и сопровождающими чертежами. Вместо этого, настоящее изобретение ограничено только следующей формулой изобретения и ее законными эквивалентами.

Изобретение относится к беспроводным системам связи. Управление многоантенной передачей, представленное в настоящей заявке, включает в себя генерацию набора виртуальных реализаций канала в передатчике (10), который совместно использует те же самые статистические данные второго порядка, что и фактические реализации канала, наблюдаемые для целевого приемника (12). С помощью формирования величин, связанных с управлением, представляющих интерес, в передатчике (10) зависимые от долгосрочных статистических данных канала фактические реализации канала не требуются для управления передачей, например, точным предварительным кодированием с многочисленными входами и многочисленными выходами (MIMO) и связанным выбором модуляции и кодирования. По существу, использование виртуальных реализаций канала дает возможность управления передачей, которое приближается к пропускной способности канала с замкнутым контуром, которая была бы обеспечена с помощью полной обратной связи информации о состоянии канала, без требования бремени сигнализации непроизводительных затрат, которое сопутствует полной обратной связи, что является техническим результатом. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления передачей из многоантенного передатчика (10), отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:
генерируют первоначальный набор шаблонных реализаций канала, упомянутый первоначальный набор шаблонных реализаций канала содержит множество шаблонных реализаций канала,
определяют статистические данные второго порядка для фактических реализаций канала в целевом приемнике (12),
адаптируют первоначальный набор шаблонных реализаций канала как функцию статистических данных второго порядка канала, чтобы получить набор виртуальных реализаций канала, которые отражают статистические данные второго порядка канала фактических реализаций канала, упомянутый набор виртуальных реализаций канала содержит множество виртуальных реализаций канала, и
определяют один или более параметров управления передачей как функцию набора виртуальных реализаций канала для управления передачей в целевой приемник (12) на основании аппроксимации интегрирования относительно функции плотности вероятности, соответствующей фактическим реализациям канала, с помощью усреднения по набору выборок некоторых или всех из набора виртуальных реализаций канала.

2. Способ по п.1, дополнительно отличающийся тем, что генерирование первоначального набора шаблонных реализаций канала содержит генерирование первоначального набора шаблонных реализаций канала из предварительно вычисленных сохраненных значений.

3. Способ по п.2, дополнительно отличающийся тем, что генерирование первоначального набора шаблонных реализаций канала из предварительно вычисленных сохраненных значений содержит формирование первоначального набора шаблонных реализаций канала из предварительно сохраненного набора независимых одинаково распределенных (IID) гауссовых выборок матрицы.

4. Способ по п.3, дополнительно отличающийся тем, что адаптирование первоначального набора шаблонных реализаций канала как функции статистических данных второго порядка канала, чтобы получить набор виртуальных реализаций канала, содержит формирование каждой виртуальной реализации канала в наборе виртуальных реализаций канала с помощью масштабирования и преобразования первоначальной шаблонной реализации канала в наборе первоначальных шаблонных реализаций канала как функции статистических данных второго порядка таким образом, что набор виртуальных реализаций канала отражает статистические данные второго порядка фактических реализаций канала.

5. Способ по п.1, дополнительно отличающийся тем, что определение одного или более параметров управления передачей как функции набора виртуальных реализаций канала содержит вычисление назначений мощности для предварительного кодирования передачи из набора виртуальных реализаций канала.

6. Способ по п.5, дополнительно отличающийся тем, что вычисление назначений мощности для предварительного кодирования передачи из набора виртуальных реализаций канала содержит итеративное вычисление оптимальных назначений мощности передающей антенны в зависимости от упомянутой аппроксимации интегрирования относительно функции плотности вероятности, соответствующей фактическим реализациям канала, на основании упомянутого усреднения по набору выборок некоторых или всех из набора виртуальных реализаций канала.

7. Способ по п.1, дополнительно отличающийся тем, что определение одного или более параметров управления передачей как функции набора виртуальных реализаций канала содержит выбор схемы модуляции и кодирования (MCS) для целевого приемника (12) на основании набора виртуальных реализаций канала.

8. Способ по п.1, дополнительно отличающийся тем, что определение статистических данных второго порядка для фактических реализаций канала в целевом приемнике (12) содержит вычисление статистических данных второго порядка на основании наблюдений известного сигнала, принятого в передатчике (10) от целевого приемника (12).

9. Способ по п.1, дополнительно отличающийся тем, что определение статистических данных второго порядка для фактических реализаций канала в целевом приемнике содержит определение статистических данных второго порядка на основании обратной связи от целевого приемника (12).

10. Способ по п.9, дополнительно отличающийся тем, что определение статистических данных второго порядка на основании обратной связи от целевого приемника (12) содержит прием статистических данных второго порядка от целевого приемника (12).

11. Способ по п.1, дополнительно отличающийся тем, что определение статистических данных второго порядка для фактических реализаций канала в целевом приемнике (12) содержит определение статистических данных второго порядка для приведенного к белому шуму отклика канала для фактических реализаций канала.

12. Способ по п.11, дополнительно отличающийся тем, что определение статистических данных второго порядка для приведенного к белому шуму отклика канала для фактических реализаций канала содержит определение ковариации приведенного к белому шуму отклика канала.

13. Способ по п.12, дополнительно отличающийся тем, что определение ковариации приведенного к белому шуму отклика канала содержит прием информации о ковариации для приведенного к белому шуму отклика канала как обратную связь от целевого приемника (12).

14. Способ по п.12, дополнительно отличающийся тем, что этап, на котором адаптируют первоначальный набор шаблонных реализаций канала как функцию статистических данных второго порядка канала, содержит масштабирование и преобразование первоначального набора шаблонных реализаций канала на основании ковариации приведенного к белому шуму отклика канала.

15. Способ по п.1, дополнительно отличающийся тем, что передатчик (10) содержит передатчик с ортогональным частотным мультиплексированием (OFDM), сконфигурированный для работы в беспроводной сети связи, и тем, что определение одного или более параметров управления передачей как функции набора виртуальных реализаций канала для управления передачей в целевой приемник (12) содержит вычисление весовых коэффициентов предварительного кодирования передачи для передачи порций данных OFDM из соответственных антенн из двух или более передающих антенн (16) на основании набора виртуальных реализаций канала.

16. Способ по п.1, дополнительно отличающийся тем, что передатчик (10) содержит передатчик с многими входами и многими выходами (MIMO), сконфигурированный для работы в беспроводной сети (14) связи, и тем, что определение одного или более параметров управления передачей как функции набора виртуальных реализаций канала для управления передачей в целевой приемник (12) содержит вычисление весовых коэффициентов предварительного кодирования передачи для передачи в целевой приемник (12) из соответственных антенн из двух или более передающих антенн (16) на основании набора виртуальных реализаций канала.

17. Контроллер (20) передачи для многоантенного передатчика (10), отличающийся тем, что одна или более схем (21) обработки, сконфигурированы с возможностью:
генерации первоначального набора шаблонных реализаций канала, упомянутый первоначальный набор шаблонных реализаций канала содержит множество шаблонных реализаций канала,
определения статистических данных второго порядка для фактических реализаций канала в целевом приемнике (12),
адаптации первоначального набора шаблонных реализаций канала как функции статистических данных второго порядка канала, чтобы получить набор виртуальных реализаций канала, которые отражают статистические данные второго порядка канала фактических реализаций канала, упомянутый набор виртуальных реализаций канала содержит множество виртуальных реализаций канала, и
определения одного или более параметров управления передачей как функции набора виртуальных реализаций канала для управления передачей в целевой приемник (12) на основании аппроксимации интегрирования относительно функции плотности вероятности, соответствующей фактическим реализациям канала, с помощью усреднения по набору выборок некоторых или всех из набора виртуальных реализаций канала.