СПОСОБ СОГЛАСОВАННОЙ МНОГОТОЧЕЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СЕТИ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ И СРЕДСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H04W28/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится в основном к беспроводной связи, и в частности к системе и способу для ориентированной на мобильные устройства кластеризации, пригодной для согласованных многоточечных передачи и приема.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В динамично развивающейся области беспроводной связи наблюдается постоянный технический прогресс, направленный на то, чтобы предоставить пользователям мобильных устройств стабильную и высококачественную связь по мере увеличения пропускной способности и скорости передачи сетей мобильной связи. Несмотря на то, что в настоящее время еще преобладает нынешнее поколение мобильных телекоммуникационных сетей, широко известное как третье поколение (3G), уже не за горами следующее поколение мобильной телекоммуникационной техники, известное как стандарт «Долгосрочное развитие» (LTE) и обозначаемое как четвертое поколение (4G). Поэтому наблюдается рост потребности и заинтересованности в системах, которые могут работать с этим новым поколением мобильной телекоммуникационной техники и создают возможности для улучшения полосы частот и уменьшения частоты ошибок по битам при беспроводной передаче.

Одним из подходов, ставших популярными, является использование согласованных многоточечных передачи/приема для технологии LTE-A с целью улучшения покрытия и увеличения краевой и средней по сотам пропускной способности. Согласованные многоточечные передача и прием рассматриваются также как эффективный подход для согласования междусотовых помех (ICIC) в LTE-A благодаря внутренней стыковке диспетчеризации/обработки в согласованных сотах. В согласованных многоточечных передаче/приеме сигналы из мобильного устройства принимаются из нескольких базовых станций. Эта технология базируется на известном методе множественных антенн (MIMO - «Многоканальный вход, многоканальный выход»), в котором сигналы комбинируются в центральном устройстве. Данный подход автоматически приводит к улучшению качества сигнала. В то время как в традиционной системе MIMO антенны нисходящей базовой станции располагаются в одном пункте, согласованная многоточечная система предусматривает для решетки по крайней мере две антенны в разных местах.

Согласование между всеми базовыми станциями в системе сотовой связи обеспечивает значительное увеличение краевой и средней по сотам пропускной способности. Однако, совместное использование информации о состоянии канала/данных (CSI) всеми базовыми станциями в данной системе требует высокой обратной пропускной способности и нередко оказывается слишком сложным для реализации. Одним из решений для уменьшения сложности является обеспечение взаимодействия между ограниченным числом базовых станций для связи с конкретным мобильным устройством, называемым также абонентским оборудованием (AO). Один из вопросов, связанных с согласованными многоточечными передачей и приемом, заключается в определении кластера согласованных сот, обслуживающего конкретное абонентское оборудование, с целью получения, например, наибольшей пропускной способности соты при приемлемых уровнях сложности диспетчеризации и обратной пропускной способности.

Две распространенных технологии кластеризации сот известны как «чистая ориентированная на AO кластеризация» и «фиксированная кластеризация». Чистая ориентированная на AO кластеризация предусматривает выбор кластера согласованных базовых станций для обслуживания конкретного AO, исходя из долговременных режимов канала. При таком подходе кластер согласованных сот выбирается на основе предпочтений AO. Для кластера фиксированного размера этот подход обеспечивает наибольшую пропускную способность. Однако данный подход требует диспетчеризации всех базовых станций в системе, а не базовых станций в данном согласованном кластере. Это является следствием того факта, что согласованные кластеры, соответствующие различному AO, могут перекрываться, что требует согласования всех перекрывающихся кластеров, которые могут представлять собой всю сеть. Таким образом, чистая ориентированная на AO кластеризация является очень сложной с точки зрения диспетчеризации.

Согласно подходу с фиксированной кластеризацией сеть делится на непересекающиеся согласованные кластеры, и диспетчеризация требуется только между базовыми станциями в данном кластере для обслуживания AO, находящегося в одном и том же кластере. Этот подход имеет небольшую сложность диспетчеризации. Однако он предусматривает ограниченную пропускную способность.

Поэтому необходимы система и способ для реализации кластеризации путем использования согласованной многоточечной технологии, которые были бы просты для диспетчеризации, и обеспечивали бы повышенную пропускную способность по сравнению с известными способами реализации согласованных многоточечных передачи и приема.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предпочтительно предусматривает способ и систему для идентификации кластеров сот внутри согласованной многоточечной передающей сети с целью уменьшения сложности диспетчеризации при одновременной оптимизации пропускной способности и рабочих характеристик.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предусматривается способ согласованной многоточечной передачи в сети беспроводной связи. Сеть включает полное число сот, обслуживаемых соответствующими базовыми станциями. Способ включает прием из мобильного устройства внутри сети идентификатора кластера предпочтительных сот, выбранного из кластера подходящих сот, где кластер подходящих сот представляет собой подмножество полного числа сот внутри сети, выбор по крайней мере одной базовой станции, находящейся внутри кластера предпочтительных сот, для установления связи с данным мобильным устройством, и установление беспроводного соединения между по крайней мере одной выбранной базовой станцией и данным мобильным устройством.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения в согласованной многоточечной сети беспроводной связи предусматривается контроллер базовой станции. Контроллер базовой станции находится в беспроводной связи с полным числом сот, обслуживаемым соответствующими базовыми станциями. Данный контроллер базовой станции может осуществлять прием из мобильного устройства внутри сети идентификатора кластера предпочтительных сот, выбранного из кластера подходящих сот, где кластер подходящих сот представляет собой подмножество полного числа сот внутри сети, выбор по крайней мере одной базовой станции, находящейся внутри кластера предпочтительных сот, для установления связи с данным мобильным устройством, и установление беспроводного соединения между выбранной по крайней мере одной базовой станцией и данным мобильным устройством.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предусматривается система для улучшения рабочих характеристик в беспроводной согласованной многоточечной передающей сети, где сеть имеет полное число сот. Система включает по крайней мере одну базовую станцию, обслуживающую соответствующую соту внутри полного числа сот сети, и контроллер базовой станции, находящийся в беспроводной связи с по крайней мере одной базовой станцией. Данный контроллер базовой станции может осуществлять прием из мобильного устройства внутри сети идентификатора кластера предпочтительных сот, выбранного из кластера подходящих сот, где кластер подходящих сот представляет собой подмножество полного числа сот внутри сети, выбор по крайней мере одной базовой станции, находящейся внутри кластера предпочтительных сот, для установления связи с данным мобильным устройством, и установление беспроводного соединения между выбранной по крайней мере одной базовой станцией и данным мобильным устройством.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более полное понимание настоящего изобретения и присущих ему преимуществ и особенностей будет легче получить путем ссылок на последующее подробное описание, рассматриваемое в сочетании с прилагаемыми чертежами, в которых:

ФИГ.1 - блок-схема системы сотовой связи;

ФИГ.2 - блок-схема примерной базовой станции, которая может быть использована для реализации некоторых вариантов настоящего изобретения;

ФИГ.3 - блок-схема примерного беспроводного устройства, которое может быть использовано для реализации некоторых вариантов настоящего изобретения;

ФИГ.4 - блок-схема примерной релейной станции, которая может быть использована для реализации некоторых вариантов настоящего изобретения;

ФИГ.5 - блок-схема логической разбивки на элементы примерной архитектуры передатчика с ортогональным многочастотным адаптивным мультиплексированием (OFDM), которая может быть использована для реализации некоторых вариантов настоящего изобретения;

ФИГ.6 - блок-схема логической разбивки на элементы примерной архитектуры приемника OFDM, которая может быть использована для реализации некоторых вариантов настоящего изобретения;

ФИГ.7 - блок-схема передатчика с частотным мультиплексированием с одной несущей (SC-FDMA), используемого в соответствии с принципами настоящего изобретения;

ФИГ.8 - блок-схема приемника SC-FDMA, используемого в соответствии с принципами настоящего изобретения;

ФИГ.9 - схема, иллюстрирующая ориентированный на AO способ кластеризации согласно настоящему изобретению;

ФИГ.10 - график, используемый для иллюстрации геометрии отношения сигнала к помехам и шуму (SINR) в различных подходах к кластеризации и эффективности ориентированного на AO способа кластеризации согласно настоящему изобретению; и

ФИГ.11 - блок-схема, иллюстрирующая ориентированный на AO способ кластеризации согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Прежде всего следует указать, что хотя в контексте беспроводных сетей, работающих в соответствии с развитием Проекта партнерства 3-го поколения (3GPP), например, со стандартом «Проект долгосрочной эволюции» (LTE) и т.п., рассматривается определенный вариант реализации, настоящее изобретение не ограничено в этом отношении и может быть применено к другим широкополосным сетям, включая сети, работающие с другими системами на основе ортогонального многочастотного адаптивного мультиплексирования (OFDM), в том числе с системами WiMAX (IEEE 802.16), (UMB) и т.п. Аналогично, настоящее изобретение не ограничено единственно системами на основе OFDM и может быть реализовано в соответствии с другими системными технологиями, например, с технологией с кодовым многочастотным адаптивным мультиплексированием (CDMA), с частотным мультиплексированием с одной несущей (SC-FDMA) и т.п.

Заслуживает внимания, что хотя здесь используется термин «базовые станции», понятно, что в среде LTE используются также такие названия, как устройства eNodeB или eNB. Соответственно, применение здесь термина «базовые станции» не направлено на ограничение настоящего изобретения конкретной реализацией технологии. Нет, термин «базовые станции» используется для облегчения понимания и предполагается, что в контексте настоящего изобретения он взаимозаменяем с терминами eNodeB или eNB. Аналогично, термины «беспроводной терминал» или «беспроводное устройство» используются как взаимозаменяемые с термином AO для обозначения абонентского устройства, или абонентского оборудования, в сети беспроводной связи.

Перед подробным описанием примерного варианта реализации в соответствии с настоящим изобретением было отмечено, что данный вариант реализации осуществляется главным образом в сочетании с аппаратными компонентами и этапами обработки, относящимися к системе и способу для реализации согласованных многоточечных передачи и приема в системе беспроводной сотовой связи посредством определения кластеров взаимодействующих сот и секторов для обслуживания любого AO в данной системе и присвоения кластеров сот и секторов каждому AO. Соответственно, чтобы не загромождать описание подробностями, которые вполне понятны специалистам в данной области техники, и сделать его более ясным, на чертежах компоненты системы и способа в соответствующих случаях представлены общепринятыми символами, а показаны только те конкретные сведения, которые необходимы для понимания данного варианта реализации настоящего изобретения.

Относительные термины, такие как «первый» и «второй», «верх» и «низ» и т.д., в настоящем описании могут использоваться исключительно для того, чтобы отличить один объект или элемент от другого объекта или элемента без необходимости в описании какого-либо требуемого или подразумеваемого физического или логического соотношения или порядка между указанными объектами или элементами.

Обратимся теперь к рисункам с чертежами, на которых одинаковые справочные номера относятся к одинаковым элементам; на Фиг.1 показан контроллер базовой станции 10, который управляет беспроводной связью внутри множества сот 12, которые обслуживаются соответствующей базовой станцией 14. В некоторых конфигурациях каждая сота дополнительно делится на множество секторов 13 или зон (не показаны). Как правило, каждая базовая станция 14 осуществляет связь с использованием технологии OFDM с мобильными и/или беспроводными терминалами/устройствами 16, которые находятся внутри соты 12, связанной с соответствующей базовой станцией 14. Передвижение мобильных устройств 16 относительно базовых станций 14 приводит к значительным флуктуациям режимов канала. Как показано на рисунке, базовые станции 14 и мобильные устройства 16 могут включать множество антенн для обеспечения пространственного разнесения связи. В некоторых конфигурациях способствовать связи между базовыми станциями 14 и беспроводными устройствами 16 могут релейные станции 15. Передача с беспроводных устройств 16 может производиться из любой соты 12, сектора 13, зоны (не показаны), базовой станции 14 или релейной станции 15 в другую соту 12, сектор 13, зону (не показаны), базовую станцию 14 или релейную станцию 15. В некоторых конфигурациях базовые станции 14 связаны со всеми остальными станциями и с другой сетью (такой как базовая сеть или Интернет (не показаны)) по обратной сети 11. В некоторых конфигурациях контроллер базовой станции 10 не требуется.

На Фиг.2 показан пример базовой станции 14. Базовая станция 14 обычно включает систему управления 20, процессор основной полосы частот 22, передатчик 24, приемник 26, множество антенн 28 и сетевой интерфейс 30. Приемник 26 принимает радиочастотные сигналы, несущие информацию из одного или нескольких удаленных передатчиков, представленных мобильными устройствами 16 (показаны на Фиг.3) и релейными станциями 15 (показаны на Фиг.4). Для усиления обрабатываемого сигнала и удаления из него широкополосных помех могут использоваться малошумящий усилитель и фильтр (не показаны). Затем схема преобразования с понижением частоты и преобразования в цифровую форму (не показана) преобразует принятый и профильтрованный сигнал в сигнал промежуточной или основной частоты, который затем дискретизируется в один или несколько цифровых потоков.

Процессор основной полосы частот 22 обрабатывает преобразованный в цифровую форму принятый сигнал для извлечения информации, или битов данных, переданных в принятом сигнале. Эта обработка, как правило, содержит демодуляцию, декодирование и операции коррекции ошибок. В результате процессор основной полосы частот 22 выполнен обычно в виде одного или нескольких процессоров цифрового сигнала (DSP) или специализированных ИС (ASIC). Принятая информация затем посылается в беспроводную сеть через сетевой интерфейс 30 или передается на другое мобильное устройство 16, обслуживаемое базовой станцией 14, либо напрямую, либо с помощью релейной станции 15.

На передающей стороне процессор основной полосы частот 22 принимает преобразованные в цифровую форму данные, которые могут представлять собой речь, данные или управляющую информацию, из сетевого интерфейса 30 под управлением системы управления 20 и кодирует данные для передачи. Кодированные данные представляют собой выходной сигнал в передатчик 24, где они модулируют один или несколько несущих сигналов, имеющих требуемую частоту или частоты передачи. Мощный усилитель (не показан) усиливает модулированные несущие сигналы до необходимого для передачи уровня и отправляет эти модулированные несущие сигналы в антенны 28 через согласующую сеть (не показана). Сведения о модуляции и обработке более подробно описываются далее.

На Фиг.3 показан пример мобильного устройства 16. Аналогично базовой станции 14, мобильное устройство 16 будет включать систему управления 32, процессор основной полосы частот 34, передатчик 36, приемник 38, множество антенн 40 и схему абонентского интерфейса 42. Приемник 38 принимает радиочастотный сигнал, несущий информацию из одной или нескольких базовых станций 14 и релейных станций 15. Для усиления обрабатываемого сигнала и удаления из него широкополосных помех могут использоваться малошумящий усилитель и фильтр (не показаны). Затем схема преобразования с понижением частоты и преобразования в цифровую форму (не показана) преобразует принятый и профильтрованный сигнал в сигнал промежуточной или основной частоты, который затем дискретизируется в один или несколько цифровых потоков.

Процессор основной полосы частот 34 обрабатывает преобразованный в цифровую форму принятый сигнал для извлечения информации, или битов данных, переданных в принятом сигнале. Эта обработка, как правило, содержит операции демодуляции, декодирования и коррекции ошибок. Процессор основной полосы частот 34 выполнен обычно в виде одного или нескольких процессоров цифрового сигнала (DSP) и специализированных ИС (ASIC).

Для передачи процессор основной полосы частот 34 принимает преобразованные в цифровую форму данные, которые могут представлять собой речь, видеосигнал, данные или управляющую информацию, из системы управления 32, которая кодирует их для передачи. Кодированные данные представляют собой выходной сигнал в передатчик 36, где они используются модулятором для модуляции одного или нескольких несущих сигналов, имеющих требуемую частоту или частоты передачи. Мощный усилитель (не показан) усиливает модулированные несущие сигналы до необходимого для передачи уровня и отправляет эти модулированные несущие сигналы в антенны 40 через согласующую сеть (не показана). Для передачи сигнала между мобильным устройством и базовой станцией, либо напрямую, либо с помощью релейной станции, используются различные устройства модуляции и обработки, известные специалистам в данной области техники.

В технологии модуляции OFDM полоса пропускания при передаче делится на множество ортогональных несущих волн. Каждая несущая волна модулируется в соответствии с подлежащими передаче цифровыми данными. Поскольку система OFDM делит полосу пропускания при передаче на множество несущих, ширина полосы каждой несущей уменьшается, а время модуляции на одну несущую увеличивается. Поскольку множество несущих передается параллельно, скорость передачи цифровых данных, или символов, на любой заданной несущей будет ниже, чем при использовании одной несущей.

В технологии OFDM при модуляции передаваемой информации используется обратное быстрое Фурье-преобразование (IFFT), При демодуляции для восстановления переданной информации принятый сигнал подвергается быстрому Фурье-преобразованию (FFT). На практике преобразования IFFT и FFT осуществляются посредством цифровой обработки сигнала, выполняющей обратное дискретное Фурье-преобразование (IDFT) и дискретное Фурье-преобразование (DFT), соответственно. В соответствии с этим, характерной особенностью модуляции в системе OFDM является то, что внутри канала передачи генерируются ортогональные несущие волны для множества полос пропускания. Промодулированные сигналы представляют собой цифровые сигналы, имеющие сравнительно низкую скорость передачи и способные оставаться внутри соответствующих полос пропускания. Отдельные несущие волны не модулируются непосредственно цифровыми сигналами. Вместо этого все несущие волны модулируются сразу путем обратного быстрого Фурье-преобразования.

В эксплуатации система OFDM предпочтительно используется по крайней мере для нисходящей передачи из базовых станций 14 в мобильные устройства 16. Каждая базовая станция 14 оборудована n передающими антеннами 28 (n>=1), а каждый мобильный терминал 16 оборудован m приемными антеннами 40 (m>=1). Ясно, что соответствующие антенны могут использоваться для приема и передачи за счет использования соответствующих дуплексеров или переключателей и обозначаются, как указано, только для ясности.

Когда используются релейные станции 15, система OFDM предпочтительно используется для нисходящих передач из базовых станций 14 на релейные станции 15 и из релейных станций 15 на мобильные устройства 16.

На Фиг.4 показан пример релейной станции 15. Аналогично базовой станции 14 и мобильному устройству 16, релейная станция 15 будет включать систему управления 132, процессор основной полосы частот 134, передатчик 136, приемник 138, множество антенн 130 и схему релейной станции 142. Схема релейной станции 142 позволяет релейной станции 14 способствовать связи между базовой станцией 16 и мобильными устройствами 16. Приемник 138 принимает радиочастотный сигнал, несущий информацию из одной или нескольких базовых станций 14 и мобильных устройств 16. Для усиления обрабатываемого сигнала и удаления из него широкополосных помех могут использоваться малошумящий усилитель и фильтр (не показаны). Затем схема преобразования с понижением частоты и преобразования в цифровую форму (не показана) преобразует принятый и профильтрованный сигнал в сигнал промежуточной или основной частоты, который затем дискретизируется в один или несколько цифровых потоков.

Процессор основной полосы частот 134 обрабатывает преобразованный в цифровую форму принятый сигнал для извлечения информации, или битов данных, переданных в принятом сигнале. Эта обработка, как правило, содержит операции демодуляции, декодирования и коррекции ошибок. Процессор основной полосы частот 134 выполнен обычно в виде одного или нескольких процессоров цифрового сигнала (DSP) и специализированных ИС (ASIC).

Для передачи процессор основной полосы частот 134 принимает преобразованные в цифровую форму данные, которые могут представлять собой речь, видеосигнал, данные или управляющую информацию, из системы управления 132, которая кодирует их для передачи. Кодированные данные представляют собой выходной сигнал в передатчик 136, где они используются модулятором для модуляции одного или нескольких несущих сигналов, имеющих требуемую частоту или частоты передачи. Мощный усилитель (не показан) усиливает модулированные несущие сигналы до необходимого для передачи уровня и отправляет эти модулированные несущие сигналы в антенны 130 через согласующую сеть (не показана). Для передачи сигнала между мобильным устройством и базовой станцией, либо напрямую, либо с помощью релейной станции, как описано выше, используются различные устройства модуляции и обработки, известные специалистам в данной области техники.

Логическая архитектура передатчика OFDM описывается со ссылками на Фиг.5. Вначале контроллер базовой станции 10 отправит данные, подлежащие передаче на различные мобильные устройства 16, на базовую станцию 14 либо напрямую, либо с помощью релейной станции 15. Базовая станция 14 может использовать индикаторы качества канала (CQI), связанного с данными мобильными устройствами, для диспетчеризации передаваемых данных, а также выбирать соответствующие кодирование и модуляцию для передачи запланированных данных. Индикаторы качества канала могут поступать непосредственно из мобильных устройств 16 или определяться на базовой станции 14 на основе информации, предоставляемой мобильными устройствами 16. В любом случае, индикатор качества канала для каждого мобильного устройства 16 является функцией степени изменения амплитуды (или отклика) канала в полосе частот OFDM.

Запланированные данные 44, которые являются потоком битов, шифруются с использованием логической схемы шифрования 46 по методу, понижающему отношение пиковой амплитуды к средней, связанное с данными. С помощью логической схемы 48 производится проверка зашифрованных данных при помощи циклического избыточного кода (CRC), который добавляется к зашифрованным данным. Затем выполняется кодирование канала с использованием логической схемы кодировщика канала 50 с целью введения в данные избыточности для облегчения восстановления и коррекции ошибок в мобильном устройстве 16. И опять кодирование канала для конкретного мобильного устройства 16 основывается на индикаторе качества канала. В некоторых системах логической схеме кодирования канала используются известные методы кодирования Turbo. Затем закодированные данные обрабатываются логической схемой согласования скоростей 52 для компенсации расширения данных, связанного с кодированием.

Логическая схема перемежения битов 54 реорганизует биты в закодированных данных с целью минимизации потерь последовательных битов данных. Результирующие биты данных посредством логической схемы отображения 56 систематически отображаются в соответствующие символы, зависящие от выбранного метода модуляции полосы частот. Предпочтительно используются квадратурная амплитудная модуляция (QAM) или квадратурная фазовая модуляция (QPSK). Степень модуляции предпочтительно выбирается исходя из индикатора качества канала для конкретного мобильного устройства. С использованием логической схемы перемежения символов 58 символы могут систематически реорганизовываться для дополнительного усиления устойчивости передаваемого сигнала к периодической потере данных, вызываемой зависящим от частоты затуханием.

На этом этапе группы битов были отображены в символы, представляющие их положения в амплитудной и фазовой совокупности. Когда желательно иметь пространственное разнесение, то затем блоки символов обрабатываются посредством логической схемы пространственно-временного блочного кодирования (STC) 60, которая модифицирует символы таким образом, что передаваемые сигналы становятся более устойчивыми к помехам и легче декодируются в мобильном устройстве 16. Логическая схема пространственно-временного блочного кодирования 60 будет обрабатывать поступающие символы и создавать n выходных сигналов, соответствующих числу передающих антенн 28 базовой станции 14. Система управления 20 и/или процессор основной полосы частот 22, описанные выше со ссылками на Фиг.5, будут создавать сигнал управления отображением для управления пространственно-временным блочным кодированием. На этом этапе предполагается, что символы для n выходов являются представлением подлежащих передаче данных и могут быть восстановлены мобильным устройством 16.

Для данного примера примем, что базовая станция 14 имеет две антенны 28 (n=2) и логическая схема пространственно-временного блочного кодирования 60 создает два выходных потока символов. Соответственно, каждый поток символов, выходящий из логической схемы пространственно-временного блочного кодирования 60, направляется в соответствующий процессор обратного быстрого Фурье-преобразования (IFFT) 62, для облегчения понимания показанный отдельно. Специалистам в данной области техники понятно, что для выполнения указанной цифровой обработки сигналов могут быть использованы один или несколько процессоров, отдельно или в сочетании с другими описанными здесь методами обработки. Предпочтительно процессоры IFFT 62 будут работать с соответствующими символами Лю, выполняя обратное Фурье-преобразование. Выход процессоров IFFT 62 содержит символы во временной области. Символы во временной области группируются в циклы, которые связаны с логической схемой последовательного введения префиксов 64. Каждый из результирующих сигналов в цифровой области преобразуется с повышением частоты до промежуточной частоты в аналоговый сигнал посредством соответствующей схемы цифрового преобразования с повышением частоты (DUC) и цифро-аналогового преобразования (ЦАП) 66. Затем получаемые сигналы (аналоговые) одновременно модулируются на требуемой радиочастоте, усиливаются и передаются через радиочастотную схему 68 и антенны 28. Отметим, что управляющие сигналы, опознаваемые нужным мобильным устройством 16, рассредоточены между поднесущими. Мобильное устройство 16, подробно рассматриваемое ниже, использует управляющие сигналы для оценки канала.

Обратимся теперь к Фиг.6 для иллюстрации приема мобильным устройством 16 сигналов, передаваемых или непосредственно из базовой станции 14, или с помощью релейной станции 15. После прибытия переданных сигналов на каждую из антенн 40 мобильного устройства 16, соответствующие сигналы демодулируются и усиливаются соответствующей радиочастотной схемой 70. Для краткости и четкости подробно описывается и иллюстрируется только один из двух приемных трактов, Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и схема преобразования с понижением частоты 72 осуществляют преобразование в цифровую форму и понижение частоты аналогового сигнала для цифровой обработки. Получаемый преобразованный в цифровую форму сигнал может быть использован схемой автоматического регулирования усиления (АРУ) 74 для регулирования коэффициента усиления усилителей в радиочастотной схеме 70, исходя из уровня принятого сигнала.

Сначала преобразованный в цифровую форму сигнал подается в логическую схему синхронизации 76, содержащую логическую схему грубой синхронизации 78, которая запоминает в буфере несколько символов OFDM и вычисляет автокорреляцию между двумя последовательными символами OFDM. Получаемый временной индекс, соответствующий максимальному результату корреляции, определяет окно поиска линейной синхронизации, которое используется логической схемой точной синхронизации 80 для определения точного положения начала фреймирования на основе заголовков. Выходной сигнал логической схемы точной синхронизации 80 облегчает формирование цикла логической схемой цикловой синхронизации 84. Надлежащая цикловая синхронизация имеет важное значение, так что последующее быстрое Фурье-преобразование обеспечивает точное преобразование из временной области в частотную область. Алгоритм линейной синхронизации основан на корреляции между принятыми управляющими сигналами, содержащимися в заголовках, и локальной копией известных управляющих данных. Когда происходит формирование цикла синхронизации, префикс символа OFDM удаляется логической схемой удаления префиксов 86, и получаемые выборки направляются в логическую схему коррекции частотного сдвига 88, которая компенсирует системный частотный сдвиг, вызванный рассогласованием местных задающих генераторов в передатчике и приемнике. Предпочтительно, логическая схема синхронизации 76 содержит логическую схему оценки синхронизации и частотного сдвига 82, основанной на заголовках, которая помогает оценить указанные эффекты в переданном сигнале и передает эти оценки в логическую схему коррекции 88 для надлежащей обработки символов OFDM.

На этом этапе символы OFDM во временной области готовы к преобразованию в частотную область посредством логической схемы быстрого Фурье-преобразования 90. Результатом являются символы частотной области, которые отправляются в логическую схему обработки 92. Логическая схема обработки 92 извлекает рассредоточенный управляющий сигнал, используя логическую схему извлечения рассредоточенного управляющего сигнала 94, на основе извлеченного управляющего сигнала определяет оценку канала с помощью логической схемы оценки канала 96 и создает характеристики каналов для всех поднесущих, используя логическую схему восстановления канала 98. Чтобы определить характеристику канала для каждой поднесущей, управляющий сигнал представляет собой существенным образом множество управляющих символов, которые рассредоточены известным образом между символами данных по всем поднесущим OFDM по времени и частоте. Далее на Фиг.6 показано, что логическая схема обработки сравнивает принятые управляющие символы с управляющими символами, которые ожидаются в определенных поднесущих в определенные моменты времени, чтобы определить характеристику канала для тех поднесущих, на которых были переданы управляющие символы. Результаты интерполируются с целью оценить характеристики каналов для большинства, если не для всех, остальных поднесущих, для которых управляющие символы отсутствуют. Фактические полученные интерполированием характеристики каналов служат для оценки общей характеристики канала, которая включает характеристики каналов для большинства, если не для всех, поднесущих в канале OFDM.

Символы частотной области и информация о восстановлении канала, получаемые из характеристик каналов для каждого пути приема, поступают в пространственно-временной декодер 100, осуществляющий пространственно-временное блочное декодирование на обоих путях приема с целью восстановления переданных символов. Информация о восстановлении канала передает в пространственно-временной декодер 100 информацию о коррекции, достаточную для устранения влияния канала передачи при обработке символов соответствующей частотной области.

Восстановленные символы упорядоченным образом помещаются обратно посредством логической схемы обратного перемежения символов 102, которая соответствует логической схеме перемежения символов 58 передатчика. После обратного перемежения символов логическая схема восстановления 104 производит их демодуляцию или восстановление в виде соответствующего потока битов. Затем выполняется обратное перемежение битов с помощью логической схемы обратного перемежения битов 106, которая соответствует логической схеме перемежения битов 54 архитектуры передатчика. Затем подвергнутые обратному перемежению биты обрабатываются логической схемой рассогласования скоростей 108 и направляются в логическую схему декодера канала 110 для восстановления зашифрованных данных и проверки контрольной циклической суммы. Соответственно, логическая схема проверки контрольной циклической суммы 112 удаляет циклический избыточный код, проверяет зашифрованные данные традиционным образом и передает их в логическую схему дешифрования 114 для дешифрования с использованием известного дешифровального кода базовой станции с целью восстановления исходных переданных данных 116.

Параллельно в восстановлением данных 116, определяется и передается на базовую станцию 14 индикатор качества канала 120, или по крайней мере информация, достаточная для создания индикатора качества канала на базовой станции 14. Как было указано выше, индикатор качества канала может быть функцией соотношения сигнал-шум 122, а также степенью изменения характеристик канала для различных поднесущих в полосе частот системы OFDM. В настоящем варианте реализации коэффициенты усиления канала для каждой поднесущей в полосе частот OFDM, используемой для передачи информации, сравниваются друг с другом для определения степени, в какой коэффициент усиления канала меняется в полосе частот OFDM. Этот анализ канала может быть выполнен аппаратурой анализа изменений канала 118. Несмотря на то, что существуют многочисленные методы измерения степени изменений, одним из методов является вычисление стандартного отклонения коэффициента усиления канала для каждой поднесущей во всей полосе частот OFDM, используемой для передачи данных.

На Фиг.7 и 8, соответственно, приведен пример передатчика и приемника с частотным мультиплексированием с одной несущей (SC-FDMA) для однолинейной (с одним входом и одним выходом) конфигурации (SISO) в соответствии с вариантом реализации настоящей заявки на изобретение. В однолинейных конфигурациях мобильные станции передают на одну антенну, а базовые и/или релейные станции принимают на одну антенну. На Фиг.7 и 8 показаны основные этапы обработки сигнала, необходимые в передатчике и приемнике для линии связи абонента с центральным узлом по технологии LTE SC-FDMA. В некоторых вариантах реализации используется одна несущая. Технология SC-FDMA представляет собой схему модулирования и мультиплексирования, вводимую в линии связи абонента с центральным узлом согласно стандартам на радиоинтерфейс четвертого поколения (4G) беспроводной широкополосной связи 3GPP LTE и аналогичные. Технологию SC-FDMA можно рассматривать как схему с ортогональным многочастотным адаптивным мультиплексированием и двойным предкодированием (OFDMA) с использованием дискретного Фурье-преобразования (DFT), или же ее можно рассматривать как схему множественного доступа с одной несущей (SC).

Таким образом, как показано на Фиг.7 и 8, РЧ-сигнал 148 подвергается DFT предкодированию с использованием дискретного Фурье-преобразования 142 на стороне передатчика, отображению поднесущих 144, и стандартной обработке OFDMA в схеме передачи 146, в то время как приемная схема OFDMA 150 и схема отображения поднесущих 144 на стороне приемника направляют сигнал, подвергнутый обратному дискретному Фурье-преобразованию (IDFT) 152, на выход приемника.

Существует несколько одинаковых моментов в общей обработке передачи/приема в технологиях SC-FDMA и OFDMA. Эти общие аспекты технологий OFDMA и SC-FDMA проиллюстрированы на примере схемы передачи OFDMA 146 и схемы приема OFDMA 150, т.к. они очевидны для человека, обладающего обычным уровнем знаний на современном уровне техники. Технология SC-FDMA заметно отличается от OFDMA, поскольку предкодированию с использованием дискретного Фурье-преобразования подвергаются промодулированные символы, а соответствующему обратному Фурье-преобразованию - демодулированные символы. Вследствие этого предкодирования поднесущие SC-FDMA модулируются не независимо, как в случае поднесущих OFDMA. В результате отношение пиковой амплитуды к средней («пик-фактор») сигнала SC-FDMA меньше, чем пик-фактор сигнала OFDMA. Меньший пик-фактор очень выгоден для мобильных устройств с точки зрения КПД передатчика.

Настоящее изобретение предлагает ориентированный на AO подход к кластеризации, где кластер базовых станций, обслуживающий конкретное AO, является подмножеством более крупного кластера, а не всей сети. Такой подход обеспечивает упрощенную реализацию диспетчеризации (в отличие от более сложной диспетчеризации в случае чистой ориентированной на AO кластеризации) и повышенные рабочие характеристики (в отличие от плохих рабочих характеристик подхода с фиксированной кластеризацией). Кластер подмножества сот, выбранный из более крупного кластера сот, может изменяться в зависимости от различных подполос и от времени. Система и способ согласно настоящему изобретению требуют диспетчеризации между базовыми станциями в более крупном кластере (а не между всеми базовыми станциями в сети) и способны обеспечить практически достижимый выигрыш в пропускной способности.

Сеть делится на кластеры сот. Эти кластеры называются наборами сот с согласованными многоточечными измерениями (CMCS). Наборы сот CMCS ориентированы на соты, а не на мобильные устройства. Идентификация и полное число сот внутри набора CMCS не фиксированы и могут меняться в зависимости от различных частотных полос и от времени. Это отражает динамический характер способа и системы кластеризации согласно настоящему изобретению. Таким образом, набор CMCS является кластером сот, представляющим полное число «подходящих» базовых станций 14, которые пригодны для конкретного мобильного устройства 16.

Затем мобильное устройство 16 в конкретной соте 12 измеряет амплитуду, принятую из всех базовых станций 14 в выбранном кластере сот (CMCS), Мобильное устройство 16 сообщает контроллеру базовой станции 10 номер подмножества сот внутри кластера CMCS, из которого им была принята наибольшая амплитуда. Это подмножество называется набором сот с согласованной многоточечной отчетностью (CRCS). Набор CRCS ориентирован на мобильные устройства, а не на соты. Контроллер базовой станции 10 принимает передачи из каждого мобильного устройства 16, информирующего контроллер 10 о предпочтительном кластере сот (CRCS) для каждого AO. Исходя из этих сообщений, контроллер базовой станции 10 решает, какая из базовых станций 14 в сотах внутри кластера CRCS должна реально выполнить согласованную многоточечную передачу на это мобильное устройство 16. Набор сот, выбранный контроллером 10, содержит базовые станции 14, которые будут реально выполнять согласованную многоточечную передачу. Этот набор сот является подмножеством кластера CRCS и называется набором активных согласованных многоточечных сот (CACS). Следует иметь в виду, что хотя в наборе CACS согласованную многоточечную передачу на данное мобильное устройство 16 выполняют только базовые станции 14, согласование диспетчеризации необходимо внутри всего кластера CMCS, поскольку различные наборы CACS, соответствующие различным мобильным устройствам 16, могут перекрываться.

На Фиг.9 показан пример ориентированного на мобильное устройство подхода к кластеризации согласно настоящему изобретению. Сеть делится на ряд кластеров CMCS. В этом примере показан кластер CMCS из 9 сот. Как было сказано выше, выбор этого числа может быть основан на ряде различных факторов, включая мощность базовых станций 14 в сотах, полосу частот, в которой они работают, и уровень помех внутри этой полосы частот. Затем мобильное устройство 16 выбирает подмножество (CRCS) кластера CMCS. Мобильное устройство 16 производит выбор «предпочтительных» сот (CRCS), принимая во внимание такие факторы, как канальные ресурсы и амплитуду, принятую из различных базовых станций 14 в данном кластере CMCS. Таким образом, в примерном варианте реализации мобильное устройство 16 может выбрать ряд базовых станций 14, например, 3 или 4 базовые станции, учитывая уровень амплитуды сигнала, принятого с базовых станций 14 внутри кластера CMCS. В другом варианте реализации, если мобильное устройство 16 выбирает 6 предпочтительных сот в качестве своего набора CRCS, то это может привести к повышению рабочих характеристик, но также потребует больше канальных ресурсов, чем в случае выбора меньшего числа предпочтительных сот. Поэтому, например, на Фиг.9 сота 1 может быть согласованна с двумя другими сотами, например, сотами 10 и 17, внутри всей заштрихованной зоны (CMCS). После того, как мобильное устройство 16 сделает выбор своего набора CRCSонo отправляет отчет в контроллер базовой станции 10, информируя его о том, что в данном случае выбраны три соты, и запрашивает, чтобы контроллер 10 выбрал, какая из базовых станций 14 внутри трех выбранных сот будет реально осуществлять подсоединение к мобильному устройству 16.

Фиг.10 представляет собой график сравнения геометрии отношения сигнала к помехам и шуму (SINR) для различных подходов к кластеризации. На Фиг.9 рассматривается нисходящая линия сотовой сети, имеющей 19 шестиугольных зон и три соты в каждой зоне, расстояние между зонами ("ISD") 500 м и антенну с отношением прямого сигнала к обратному 20 дБ. Каналы моделируются на основе зависящих от расстояния ослабления и затенения. Согласованная многоточечная передача осуществляется только на мобильные устройства 16 с принятым отношением сигнала к помехам и шуму (определенным до согласованной многоточечной передачи) менее 0 dB. Отношение сигнала к помехам и шуму после согласованной многоточечной передачи вычисляется путем включения двух (из 56) интерферирующих сигналов в требуемый сигнал. Это соответствует схеме разнесения передачи на три согласованные базовые станции 14 без обратной связи.

График на Фиг.10 представляет геометрию отношения сигнала к помехам и шуму (SINR) для различных подходов к кластеризации. На графике показана зависимость функции накопленного распределения (CDF) от отношения сигнал-шум для четырех различных сценариев: когда согласованный многоточечный подход не используется, когда используется чистый согласованный многоточечный подход, ориентированный на мобильное устройство, когда используется согласованный многоточечный подход с фиксированным кластером и когда используется предлагаемый согласованный многоточечный подход, ориентированный на мобильное устройство, в соответствии с настоящим изобретением. Как правило, более высокие рабочие характеристики мобильного устройства 16 связаны с относительно высоким отношением сигнал-шум.

Фиг.11 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую примерный способ кластеризации согласно настоящему изобретению. Вначале, на этапе 154, контроллер базовой станции 10 выделяет из всей сотовой сети кластер сот (CMCS) и отправляет его на каждое мобильное устройство 16. Как описано выше, число сот в кластере может зависеть от ряда факторов, может меняться внутри каждой полосы частот и может меняться со временем. Затем на этапе 156 мобильное устройство 16 определяет свои «предпочтительные» соты (CRCS), исходя, например, из мощности сигнала, принятого из базовой станции 14 внутри указанных сот. На этапе 158 контроллер 10 принимает выбор кластера сот (CRCS) из мобильного устройства 16. Затем на этапе 160 контроллер базовой станции 10 определяет, какие соты из кластера CRCS данного мобильного устройства будут реально выполнять согласованную многоточечную передачу. После этого контроллер 10 посылает на базовую станцию 14 одной из предпочтительных сот команду на выполнение реального соединения с заданным мобильным устройством 16.

Способ и система в соответствии с настоящим изобретением преодолевают проблемы известного уровня техники путем уменьшения общей сложности диспетчеризации, связанной с известным подходом к согласованной многоточечной кластеризации сот, при одновременном улучшении общих системных рабочих характеристик.

Изобретенные способ и система реализуют согласованные многоточечные передачу и прием в беспроводной сотовой системе связи путем выбора кластеров взаимодействующих сот или секторов, которые обслуживают мобильные устройства внутри данной системы. Настоящее изобретение представляет собой новую схему присвоения каждому мобильному устройству кластера сот/секторов. Подход к кластеризации согласно настоящему изобретению является ориентированным на AO подходом, где кластер базовых станций, обслуживающих конкретное мобильное устройство, является подмножеством более крупного кластера, а не всей сети. Такой подход требует диспетчеризации между базовыми станциями только в более крупном кластере, а не между базовыми станциями всей сети, и обеспечивает оптимальные рабочие характеристики и пропускную способность.

Фиг.1-11 содержат один конкретный пример системы связи, который мог бы быть использован для реализации варианта настоящей заявки. Должно быть понятно, что варианты реализации данной заявки могут быть реализованы в системах связи, имеющих архитектуру, отличающуюся от данного конкретного примера, но работающих по методу, совместимому с описанным выше вариантом реализации.

Настоящее изобретение может быть реализовано аппаратным путем, программным путем или сочетанием аппаратного и программного путей. Согласованная многоточечная система любого вида или другая аппаратура, адаптированная для выполнения вышеописанного способа, пригодны для выполнения описанных в настоящем документе функций.

Типичная комбинация аппаратуры и программного обеспечения может представлять собой специализированную или универсальную компьютерную систему, имеющую один или несколько элементов, осуществляющих обработку, и компьютерную программу, записанную на носителе информации, которая в случае загрузки и исполнения управляет данной компьютерной системой таким образом, что она выполняет описанные здесь способы. Настоящее изобретение может также быть включено в компьютерный программный пакет, который содержит все функции, обеспечивающие реализацию описанных здесь способов, и который, будучи загружен в компьютерную систему, способен выполнить эти способы. Носителем информации называется любое энергозависимое или энергонезависимое устройство хранения информации.

Компьютерная программа, или приложение, в данном контексте означают любое представление, на любом языке, в любом коде или нотации, набора команд, предназначенных для того, чтобы заставить систему, обладающую способностью обрабатывать информацию, выполнить конкретную функцию либо непосредственно, либо после выполнения одного или обоих следующих действий: а) преобразование в другой язык, код или нотацию; б) воспроизведение в другой материальной форме.

Изобретение относится к системам связи. Заявлены способ и система для идентификации кластеров сот внутри согласованной многоточечной беспроводной передающей сети. Технический результат заключается в уменьшении сложности диспетчеризации при оптимизации пропускной способности и рабочих характеристик. Сеть включает полное число сот, обслуживаемых соответствующими базовыми станциями. Контроллер базовой станции делит всю сеть сот на кластеры сот и отправляет информацию об этой кластеризации на все мобильные устройства. Кластер подходящих сот представляет собой подмножество полного числа сот внутри сети. Затем мобильное устройство передает в контроллер базовой станции идентификатор кластера предпочтительных сот, выбранного из кластера подходящих сот. Контроллер базовой станции выбирает по крайней мере одну базовую станцию, расположенную внутри кластера предпочтительных сот, для установления связи с данным мобильным устройством. Затем устанавливается беспроводное соединение между выбранной по крайней мере одной базовой станцией и мобильным устройством. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ согласованной многоточечной передачи в сети беспроводной связи, включающий множество сот, обслуживаемых соответствующими базовыми станциями, при этом способ содержит:
прием из мобильного устройства внутри сети идентификатора кластера предпочтительных сот, выбранного из кластера подходящих сот, причем кластер подходящих сот представляет собой подмножество из множества сот, включенных в сеть, при этом соты в кластере подходящих сот включаются на основе рабочей полосы частот мобильной станции;
выбор, по крайней мере, одной базовой станции, расположенной внутри кластера предпочтительных сот, для установления связи с данным мобильным устройством и
установление беспроводного соединения между выбранной, по крайней мере, одной базовой станцией и мобильным устройством.

2. Способ по п.1, в котором кластер подходящих сот меняется со временем.

3. Способ по п.1, в котором кластер подходящих сот меняется в соответствии с помехами внутри каждой рабочей полосы частот.

4. Способ по п.1, в котором кластер предпочтительных сот определяется на основе уровня амплитуды, принятой из каждой базовой станции внутри кластера предпочтительных сот.

5. Способ по п.1, в котором кластер подходящих сот меняется в зависимости от доступности ресурсов внутри сети.

6. Способ по п.1, дополнительно содержащий согласование диспетчеризации беспроводного соединения между выбранной, по крайней мере, одной базовой станцией и мобильным устройством, если сота внутри кластера предпочтительных сот для данного мобильного устройства идентична соте внутри кластера предпочтительных сот другого мобильного устройства.

7. Контроллер базовой станции в согласованной многоточечной сети беспроводной связи, включающий множество сот, обслуживаемых соответствующими базовыми станциями, при этом указанный контроллер сконфигурирован с возможностью:
приема из мобильного устройства внутри сети идентификатора кластера предпочтительных сот, выбранных из кластера подходящих сот, причем кластер подходящих сот представляет собой подмножество из множества сот внутри сети, при этом соты в кластере подходящих сот включаются на основе рабочей полосы частот мобильного устройства;
выбора, по крайней мере, одной базовой станции, расположенной внутри кластера предпочтительных сот, для установления связи с данным мобильным устройством; и
установления беспроводного соединения между выбранной, по крайней мере, одной базовой станцией и мобильным устройством.

8. Контроллер базовой станции по п.7, в котором кластер подходящих сот меняется со временем.

9. Контроллер базовой станции по п.7, в котором кластер подходящих сот меняется в соответствии с помехами внутри каждой рабочей полосы частот.

10. Контроллер базовой станции по п.7, в котором кластер предпочтительных сот определяется на основе уровня амплитуды, принятой из каждой базовой станции внутри кластера предпочтительных сот.

11. Контроллер базовой станции по п.7, в котором кластер подходящих сот меняется в зависимости от доступности ресурсов внутри сети.

12. Система согласованной многоточечной беспроводной сети связи, включающей множество сот, содержащая:
по крайней мере, одну базовую станцию, обслуживающую соответствующую соту внутри сот сети и
контроллер базовой станции в сети беспроводной связи, по крайней мере, с одной базовой станцией, при этом контроллер базовой станции сконфигурирован с возможностью:
приема от мобильного устройства внутри сети идентификатора кластера предпочтительных сот, выбранного из кластера подходящих сот, причем кластер подходящих сот представляет собой подмножество из множества сот, включенных в сеть, при этом соты в кластере подходящих сот включаются на основе рабочей полосы частот мобильного устройства;

13. Система по п.12, в которой кластер подходящих сот меняется со временем.

14. Система по п.12, в которой кластер подходящих сот меняется в соответствии с помехами внутри каждой рабочей полосы частот.

15. Система по п.12, в которой кластер предпочтительных сот определяется на основе уровня мощности, принятой из каждой базовой станции внутри кластера предпочтительных сот.

16. Система по п.12, в которой кластер подходящих сот меняется в зависимости от доступности ресурсов внутри сети.

17. Система по п.12, в которой контроллер базовой станции дополнительно сконфигурирован с возможностью согласования диспетчеризации беспроводного соединения между выбранной, по крайней мере, одной базовой станцией и мобильным устройством, если сота внутри кластера предпочтительных сот для данного мобильного устройства идентична соте внутри кластера предпочтительных сот другого мобильного устройства.