УСТРОЙСТВО СВЯЗИ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН И СПОСОБ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ПЕРЕДАЧИ И ПЛОТНОСТЬЮ ПОТОКА МОЩНОСТИ Российский патент 2017 года по МПК H04B7/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты настоящего изобретения относятся к технологии радиосвязи. Некоторые варианты изобретения относятся к связи в миллиметровом диапазоне длин волн (mmW) и к формированию диаграммы направленности. Некоторые варианты изобретения относятся к беспроводным персональным сетям (WPAN) и беспроводным локальным сетям (WLAN), использующим для связи частоты миллиметрового диапазона длин волн. Некоторые варианты изобретения относятся к сетям миллиметрового диапазона, работающим в соответствии с техническими условиями Альянса WiGig и/или стандартом IEEE 802.11ad для достижения очень высокой пропускной способности. Некоторые варианты изобретения относятся к области сотовой связи в соответствии со стандартом 3GPP LTE.

Уровень техники

Работа многих сетей связи подчиняется нормам, устанавливаемым регулятивными органами. Эти нормы могут содержать ограничения мощности передачи и плотности потока мощности. В США одним из таких регулятивных, устанавливающих нормы органов является Федеральная комиссия по связи (FCC). Одна из проблем, связанных с организацией сетей радиосвязи, состоит в необходимости удовлетворить этим ограничениям мощности передачи и плотности потока мощности, обеспечив в то же время достаточные пропускную способность и зону охвата связи, чтобы обслуживать большое число пользователей при минимальной задержке связи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 иллюстрирует функциональную блок-схему базовой станции миллиметрового диапазона длин волн в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 2А иллюстрирует спектральную плотность мощности (PSD) сигнала и спектральную плотность мощности шумов для пользовательского устройства (UE), который может использовать полную полосу частот канала связи;

Фиг. 2В иллюстрирует спектральную плотность мощности сигнала и спектральную плотность мощности шумов (PSD) для пользовательского устройства (UE), который может использовать полосу частот меньше полной полосы канала для связи в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 2С иллюстрирует увеличение дальности связи, которое может быть достигнуто при уменьшении полосы сигнала в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 3А иллюстрирует использование неинтерферирующих участков спектра согласно технологии многостанционного доступа с частотным уплотнением (FDMA) в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 3B иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 3C иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE с наложением некоторых лучей и различными мощностями передачи в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 4А иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE в физических ресурсных блоках (PRB) согласно технологии FDMA в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 4В иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE в блоках PRB согласно Фиг. 4А при различных мощностях передачи в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 4С иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE в блоках PRB согласно Фиг. 4А при различных мощностях передачи, как на Фиг. 4 В, в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 5А иллюстрирует прерывистые передачи устройствам UE в соответствии с технологией многостанционного доступа с временным уплотнением (TDMA);

Фиг. 5В иллюстрирует непрерывные передачи устройствам UE согласно технологии FDMA в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 6А иллюстрирует назначение групп устройств UE по многопользовательской технологии с большим числом входов и выходов (MU-MIMO) блокам PRB в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 6В иллюстрирует одновременные передачи устройствам UE в группах по технологии MU-MIMO согласно фиг. 6А в индивидуальных антенных лучах в соответствии с некоторыми вариантами изобретения; и

Фиг. 6С иллюстрирует одновременные передачи устройствам UE в группах по технологии MU-MIMO согласно Фиг. 6А в индивидуальных антенных лучах, где некоторые лучи накладываются один на другой, в соответствии с некоторыми вариантами изобретения.

Осуществление изобретения

Последующее описание и чертежи иллюстрируют конкретные варианты изобретения в достаточной степени, чтобы специалисты могли применить его на практике. Другие варианты реализации изобретения могут содержать структурные, логические, электрические, технологические и другие изменения. Части и признаки некоторых вариантов изобретения могут быть введены в другие варианты или заменены компонентами других вариантов изобретения. Варианты изобретения, описанные в формуле изобретения, охватывают все возможные эквиваленты этой формулы.

На Фиг. 1 показана функциональная блок-схема базовой станции 102 миллиметрового диапазона длин волн в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. В некоторых вариантах базовая станция 102 миллиметрового диапазона может представлять собой развитый Узел В (enhanced Node В (eNB)). В некоторых других вариантах базовая станция 102 может быть точкой доступа. Базовая станция 102 миллиметрового диапазона может содержать широкоапертурную антенную решетку 104 и процессор 106 для формирования диаграммы направленности (beamforming (BF)) с целью конфигурирования широкоапертурной антенной решетки 104 для передач нескольких лучей в миллиметровом диапазоне большому числу устройств UE. Базовая станция 102 миллиметрового диапазона может также содержать схему 108 физического уровня для генерации передаваемых сигналов и обработки принимаемых сигналов. Базовая станция 102 миллиметрового диапазона волн может также иметь процессорную схему 112 выполнения различных операций, описанных здесь.

В соответствии с вариантами изобретения процессор 106 для формирования диаграммы направленности может выделять для каждого устройства UE неинтерферирующий участок спектра из полной ширины полосы канала, так что ширина этого участка значительно меньше полной полосы частот канала, назначать мощность передачи для каждого устройства UE и формировать многолучевую диаграмму направленности, чтобы одновременно направить несколько антенных лучей на устройства UE. Это множество антенных лучей может быть конфигурировано для параллельной передачи потоков данных устройствам UE в пределах выделенного каждому устройству участка спектра и в соответствии с назначенной каждому устройству мощности передач.

В некоторых вариантах изобретения неинтерферирующий участок спектра в составе полной полосы частот канала может быть узким неинтерферирующим участком спектра, ширина которого значительно меньше полной полосы канала. В некоторых вариантах изобретения такой узкий неинтерферирующий участок спектра может быть намного уже полной полосы частот канала (например, не больше четверти полной ширины полосы канала, но предпочтительно меньше 1/10 полной полосы частот канала). В некоторых вариантах в системе связи по техническим условиям WiGig с полосой канала 2 ГГц, неинтерферирующий участок спектра может быть существенно уже (например, в 50 и 100 раз) полной полосы канала.

В некоторых вариантах изобретения для многолучевых передач может быть использована технология многостанционного доступа с пространственным уплотнением (SDMA) с применением технологии (MU-MIMO). В некоторых вариантах изобретения для многолучевых передач может быть также использована технология FDMA. Эти варианты изобретения более подробно описаны ниже.

В некоторых вариантах базовая станция 102 миллиметрового диапазона может работать в соответствии с техническими условиями WiGig. В некоторых вариантах изобретения базовая станция 102 миллиметрового диапазона может работать в соответствии со стандартом IEEE 802.11ad.

В некоторых вариантах изобретения процессор 106 для формирования диаграммы направленности выделяет неинтерферирующий участок спектра в полосе канала с целью уменьшения полосы сигнала для каждого устройства UE, чтобы увеличить спектральную плотность мощности сигнала (PSD) для каждого устройства UE без превышения предельного значения суммарной мощности передачи (Pmax), предельного значения плотности потока мощности сигнала (Smax) или предельного значения спектральной плотности мощности сигнала (PSD).

В некоторых вариантах изобретения длина и ширина широкоапертурной антенной решетки 104 могут быть по меньшей мере в 10 раз больше длины волны сигнала миллиметрового диапазона, используемого для связи. Это позволяет формировать очень узкие антенные лучи, а также одновременно передавать много антенных лучей.

В некоторых вариантах процессор может выделять из полной полосы канала для каждого устройства UE неинтерферирующий участок спектра, что позволит уменьшить полосу частот для каждого устройства UE и увеличить спектральную плотность PSD для каждого устройства UE без превышения ограничения суммарной мощности передачи, ограничения плотности потока мощности сигнала и ограничения спектральной плотности мощности PSD. В этих вариантах изобретения процессор для формирования диаграммы направленности может также выделять мощность передач для каждого устройства UE таким образом, чтобы суммарная мощность передач для устройств UE не превысила ограничения суммарной мощности передач для полной полосы частот канала. Процессор для формирования диаграммы направленности может также выделять мощность передач для каждого устройства UE так, чтобы плотность потока мощности сигнала ни в одном из антенных лучей не превышала ограничения плотности потока мощности сигнала. Процессор для формирования диаграммы направленности может также выделять мощности передачи каждому устройству UE так, чтобы спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

В этих вариантах изобретения ограничение суммарной мощности передачи может быть выражено заданным числом милливатт (мВт). Плотность потока мощности сигнала может быть выражена уровнем мощности на единицу площади поверхности на заданном расстоянии от антенны (например, микроватт на квадратный сантиметр (мкВт/см²)). Плотность потока мощности сигнала может быть указана как плотность мощности в пределах некоторого телесного угла в пространстве. Ограничение плотности потока мощности сигнала может быть нарушено при передаче большой мощности в очень остром луче. Технология MU-MIMO с передачей множества лучей позволяет уменьшить плотность потока мощности в любом заданном направлении. Ограничение спектральной плотности PSD может быть выражено плотностью энергии в функции частоты. Ограничение спектральной плотности PSD может быть нарушено, если передавать большую мощность в узкой полосе частот.

В некоторых вариантах предельное значение спектральной плотности PSD может быть основано на спектральной маске передачи, которая может быть задана для передаваемого спектра. В некоторых вариантах эта спектральная маска передачи может определять передаваемый спектр в дБ относительно максимальной спектральной плотности сигнала.

В некоторых вариантах при использовании технических условий WiGig спектр передаваемых сигналов по уровню 0 dBr (дБ относительно уровня максимальной спектральной плотности сигнала) может иметь ширину не более 1.88 ГГц, а также спектр может иметь уровень -20 дБ при расстройке на 1.2 ГГц, уровень -25 дБ при расстройке на 1.8 ГГц и уровень -30 дБ при расстройке на 2.2 ГТц и более в каналах, в которых устройство является передающим. В этих вариантах разрешающая способность по частоте может составлять 1 МГц, а маска передачи может быть основана на пакетах данных продолжительностью больше 10 мкс без полей настройки.

В некоторых вариантах базовая станция 102 миллиметрового диапазона может осуществлять связь с использованием технологии многостанционного доступа с ортогональным частотным уплотнением (OFDMA) на частотах миллиметрового диапазона. Сигналы OFDMA могут иметь множество близко расположенных поднесущих и могут быть сформированы с использованием конкретной схемы модуляции и кодирования (MCS).

На Фиг. 2А показаны спектральные плотности PSD сигнала и шумов для устройства UE, которое может использовать для связи полную полосу 212 частот канала. Так как энергия сигнала распределена по всей полосе 212 канала, спектральная плотность PSD сигнала может оказаться не намного больше спектральной плотности PSD шумов.

На Фиг. 2В показаны спектральные плотности PSD сигнала и шумов для устройства UE, которое может использовать для связи полосу меньше полной полосы 212 частот канала в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. Как проиллюстрировано, на Фиг. 2В при выделении в полосе 212 канала неинтерферирующего участка 202 спектра меньшей ширины, чем полоса 212 канала (т.е. использование только части полосы канала), выделенная устройству UE полоса частот сигнала уменьшается, чтобы увеличить спектральную плотность PSD сигнала без увеличения спектральной плотности PSD шумов. Так как энергия сигнала распределена по более узкому участку спектра (неинтерферирующий участок 202 спектра) спектральная плотность PSD сигнала может быть намного больше спектральной плотности PSD шумов.

На Фиг. 2С показано увеличение дальности связи, которое может быть достигнуто при уменьшении полосы частот сигнала в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. Как показано на Фиг. 2С, при использовании полной полосы 212 частот канала можно получить максимальную дальность 220, однако сужение полосы канала может дать увеличение максимальной дальности до уровня 222.

Фиг. 3А иллюстрирует использование неинтерферирующих участков спектра в соответствии с технологией FDMA согласно некоторым вариантам изобретения. Как показано на Фиг. 3А, каждому устройству UE может быть выделен неинтерферирующий участок 302 спектра в пределах полной полосы 312 частот канала для связи по технологии FDMA. Фиг. 3В иллюстрирует параллельную передачу множества антенных лучей 304 устройствам UE 304 в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. На Фиг. 3C показана параллельная передача большого числа антенных лучей устройствам UE 304, так что некоторые лучи 350 накладываются один на другой, а также при выделении лучам различных уровней мощности передач в соответствии с некоторыми вариантами изобретения.

В вариантах изобретения, иллюстрируемых на Фиг. 3А и 3В, процессор 106 для формирования диаграммы направленности (Фиг. 1) может выделять каждому устройству UE в полосе 312 канала неинтерферирующий участок 302 спектра, который существенно уже этой полосы 312 канала. Процессор 106 для формирования диаграммы направленности может также формировать многолучевую диаграмму направленности, чтобы одновременно направить множество антенных лучей 320 в системе MU-MIMO на устройства UE 304 для параллельной передачи потоков данных этим устройствам UE 304 в пределах выделенного каждому устройству участка спектра и с назначенной для него мощностью передач.

В некоторых вариантах изобретения процессор 106 для формирования диаграммы направленности может также назначать мощности передач для каждого устройства UE так, чтобы сумма выделенных мощностей передач не превышала ограничения мощности передачи (Pmax) для полосы частот канала, а плотность потока мощности передаваемого сигнала в любом из антенных лучей 320 была ниже предельного значения плотности потока мощности сигнала. Для антенных лучей, которые накладываются один на другой, (например, антенные лучи 350 (Фиг. 3C)) мощности передач для устройств UE могут быть выбраны так, чтобы ни в одном из этих накладывающихся антенных лучей 350 плотность потока мощности сигнала не превышала предельного значения плотности потока мощности сигнала. В этих вариантах изобретения мощности передач для каждого устройства могут быть назначены так, чтобы сумма этих назначенных мощностей не превысила доступную мощность передачи (Po) антенной решетки 104. Процессор 106 для формирования диаграммы направленности может также определить мощность передач для каждого устройства UE так, чтобы спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

В некоторых вариантах изобретения процессор 106 для формирования диаграммы направленности может так назначать мощности передач для каждого устройства UE, чтобы максимизировать суммарную пропускную способность для большого числа устройств UE. В некоторых вариантах изобретения множество устройств UE могут находиться в ячейке базовой станции 102 миллиметрового диапазона длин волн. В этих вариантах процессор 106 для формирования диаграммы направленности может так выделять мощность передач каждому устройству UE, чтобы максимизировать пропускную способность ячейки. В некоторых вариантах изобретения выделение мощности передач может также предусматривать задание мощности передач, используемой для связи с каждым устройством UE.

В некоторых вариантах изобретения ограничение мощности передач регламентируется правительственным или иным регулирующим органом, таким как FCC. В некоторых вариантах изобретения ограничение плотности потока мощности сигнала регламентируется FCC в качестве максимального разрешенного предельного значения плотности потока мощности сигнала.

Соответственно, при сужении полосы частот сигнала в несколько раз (то есть при переходе к узкому неинтерферирующему участку 302 спектра от всей ширины полосы канала) за счет передачи энергии в различных направлениях (то есть, в разных антенных лучах), можно увеличить спектральную плотность PSD в конкретном направлении без превышения установленных комиссией FCC ограничений мощности передач или ограничений плотности потока мощности сигнала. Это позволяет улучшить связь на больших расстояниях и улучшить связь при неблагоприятных условиях в канале. В некоторых вариантах изобретения установленное комиссией FCC предельное значение мощности передачи (Pmax) может составлять 500 мВт, а установленное комиссией FCC предельное значение плотности потока мощности сигнала (Smax) может быть 18 мкВт/см, хотя в других случаях это не является нормативным требованием, поскольку варианты настоящего изобретения одинаково применимы и для других значений мощности передачи и плотности потока мощности сигнала.

В некоторых примерах вариантов изобретения неинтерферирующий участок 302 спектра может содержать от одного до трех физических ресурсных блоков (PRB), а полоса частот канала содержит по меньшей мере пятьдесят блоков PRB. Каждый блок PRB может занимать полосу приблизительно 40 МГц, хотя варианты изобретения не ограничиваются этим параметром. Полоса частот канала может составлять до 2 ГГц. В некоторых вариантах неинтерферирующий участок 302 спектра может содержать множество поднесущих OFDM. Каждый блок PRB, например, может иметь заданное количество поднесущих. В некоторых вариантах для передачи сигналов OFDM, которые могут иметь примерно 20 поднесущих на один блок PRB, может быть использовано быстрое преобразование Фурье (FFT) по 1024 точкам.

В некоторых вариантах изобретения процессорная схема 112 (Фиг. 1) базовой станции 102 миллиметрового диапазона может генерировать команды для информирования каждого устройства UE о выделенном ему неинтерферирующем участке 302 спектра. В этих вариантах приемник (т.е. приемник устройства UE) может применять фильтрацию, установив полосу фильтрации для обработки нисходящих сигналов с уменьшенной полосой, принимаемых от базовой станции 102 миллиметрового диапазона. Это позволяет увеличить отношение сигнал/шум (SNR) в устройстве UE. Полоса фильтрации может быть равна уменьшенной полосе частот сигнала (узкий неинтерферирующий участок 302 спектра). В некоторых вариантах, в системе использующей стандарт LTE, нисходящие сигналы могут передаваться по физическому совместно используемому нисходящему каналу (PDSCH), а команды могут передаваться в сообщениях протокола управления радио ресурсами (RRC) по физическому нисходящему каналу управления (PDCCH).

В некоторых вариантах процессор 106 для формирования диаграммы направленности может конфигурировать антенную решетку 104, чтобы нацеливать по одному антенному лучу 320 на каждое устройство UE в соответствии с текущим направлением на это устройство UE (Фиг. 3В). На устройства UE, расположенные в одном и том же направлении, могут быть направлены накладывающиеся один на другой антенные лучи 350. Для таких накладывающихся антенных лучей (например, антенные лучи 350 на Фиг. 3С) мощности передач для устройств UE определяются так, чтобы суммарная плотность потока мощности сигнала в результате наложения антенных лучей 350 была ниже предельного значения плотности потока мощности сигнала. Как показано на Фиг. 3C, для устройств UE 304, расположенных в одном и том же направлении от антенной решетки, можно формировать накладывающиеся антенные лучи 350, поскольку каждому устройству UE 304 выделяют свой неинтерферирующий участок 302, что позволяет осуществлять связь в соответствии с технологией FDMA. Например, накладывающиеся антенные лучи 350 на Фиг. 3C могут использовать неинтерферирующие участки спектра для устройств UE 4, 5 и 6, показанных на Фиг. 3A. В примере, изображенном на Фиг. 3В, антенным лучам для всех устройств UE (№1-6) может быть назначена одинаковая мощность передач. Как показано на Фиг. 3C, устройства UE №4, №5 и №6 могут располагаться в одном и том же общем направлении относительно широкоапертурной антенной решетки 104. В этом примере устройство UE №4 может находиться ближе, так что его антенна может быть конфигурирована для работы с меньшей заданной мощностью, чем для устройства UE №6, который может находиться дальше. На Фиг. 3С размер антенного луча 350 отражает заданный в этом луче уровень мощности передач (например, чем больше антенный луч, тем больше мощность передач в этом луче).

В некоторых вариантах распределение мощности передачи может быть выбрано на основании передаточной функции канала к конкретному устройству UE, достижимого коэффициента усиления антенны в направлении этого устройства UE и доступной мощности передачи, а также для того чтобы максимизировать суммарную пропускную способность для всех устройств UE. Как описано выше, назначение мощности передач каждому устройству UE может быть выбрано так, чтобы сумма мощностей передач не превышала ограничения мощности передач для полосы частот канала, чтобы плотность потока мощности сигнала в любом из антенных лучей 320 была ниже предельного значения плотности потока мощности сигнала и чтобы спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

Фиг. 4А иллюстрирует одновременную передачу нескольким устройствам UE в блоках PRB согласно технологии FDMA в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. В этих вариантах процессор 106 для формирования диаграммы направленности конфигурирует несколько лучей для передачи в соответствии с технологией FDMA, где один или более блоков PRB 402 выделяют каждому устройству UE. В этих вариантах узкий участок спектра полосы 412 частот канала, выделяемый устройству UE, может содержать один или более блоков PRB 402. Каждый блок PRB 402 может, например, содержат некоторое количество поднесущих OFDM. В некоторых вариантах с использованием технологии FDMA/OFDMA один блок PRB 402 может быть выделен группе из двух или больше устройств UE.

Фиг. 4В иллюстрирует параллельную передачу нескольких лучей устройствам UE в блоках PRB согласно Фиг. 4А при различных мощностях передач в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. В этих вариантах уровень мощности 440, выделенный для устройства UE, может базироваться по меньшей мере частично на одном или нескольких факторах: потерях в тракте передачи, уровне помех, расстоянии до устройства UE и необходимом или желательном уровне качества обслуживания (QoS) для потока данных. Например, конкретному устройству UE может быть выделена большая мощность для достижения более высокого уровня QoS, а другому устройству UE может быть выделена меньшая мощность, чтобы получить меньший уровень QoS. Например, большую мощность можно выделить конкретному устройству UE, расположенному дальше от антенной решетки, имеющему более высокие потери в тракте передачи сигнала или подверженному воздействию более сильных помех, чем устройству UE, находящемуся ближе, имеющему меньшие потери в тракте или подверженному влиянию менее сильных помех.

Фиг. 4С иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE в блоках PRB согласно Фиг. 4А при различных распределениях мощности передачи на Фиг. 4В в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. Как показано на Фиг. 4В для устройства UE №1 может быть выделена большая мощность, чем для устройства UE №2, для устройств UE №3-UE №(k-1) может быть выделена меньшая мощность, а также другой уровень мощности 440 может быть назначен для устройства UE №k. Соответствующие заданные уровни мощности для антенных лучей 450 показаны на Фиг. 4С.

Фиг. 5А иллюстрирует прерывистые передачи устройствам UE в соответствии со стандартной технологией TDMA. Передачи разным устройствам UE обычно разносят по времени. В случае большого количества пользователей (например, несколько сотен) такая технология TDMA приводит к трафику с передачей данных пачками и значительным задержкам для любого индивидуального пользователя. Как показано на Фиг. 5А физическая задержка 501 может зависеть от количества пользователей.

Фиг. 5В иллюстрирует непрерывную передачу устройствам UE согласно технологии FDMA в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. В этих вариантах процессорная схема 112 (Фиг. 1) может одновременно планировать передачи по расписанию большому числу устройств UE через схему 108 физического уровня в неинтерферирующих участках 502 спектра в полосе канала согласно технологии FDMA. В некоторых вариантах процессорная схема 112 может планировать непрерывные передачи большому числу устройств UE через схему 108 физического уровня в неинтерферирующих участках 502 спектра в полосе канала согласно технологии FDMA. Без использования технологии FDMA передачи разным устройствам UE пришлось бы разносить по времени, как показано на Фиг. 5А. Использование технологии FDMA направлено на решение проблем ожидания и задержек путем распределения спектра между устройствами UE так, чтобы каждое устройство UE могло получать данные непрерывно и с минимальной задержкой, вносимой схемами физического уровня в передающем или приемном устройстве. Хотя сужение полосы частот может привести к снижению пропускной способности для конкретного устройства UE, можно выбрать достаточную пропускную способность для поддержания требуемого уровня QoS.

Фиг. 6А иллюстрирует назначение групп устройств UE в системе MU-MIMO разным блокам PRB в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. Фиг. 6В иллюстрирует параллельную передачу устройствам UE в группах системы MU-MIMO согласно Фиг. 6А в индивидуальных антенных лучах в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. Фиг. 6С иллюстрирует параллельную передачу устройствам UE в группах системы MU-MIMO согласно Фиг. 6А в индивидуальных антенных лучах, где некоторые из этих лучей накладываются один на другой в соответствии с некоторыми вариантами.

В этих вариантах изобретения процессор 106 для формирования диаграммы направленности (Фиг. 1) может конфигурировать многолучевые передачи в соответствии с технологией MU-MIMO. Процессор 106 для формирования диаграммы направленности может назначить группы устройств UE в системе MU-MIMO соответствующим блокам PRB 602 (Фиг. 6А) и генерировать передачи в формате OFDMA каждой такой MU-MIMO группе. Этот процессор 106 для формирования диаграммы направленности может также конфигурировать широкоапертурную антенную решетку 104, чтобы нацелить антенный луч 620 на каждое устройство UE в соответствии с направлением от антенной решетки на это устройство UE (Фиг. 6В и Фиг. 6С). Устройствам UE, расположенным в одном направлении от антенной решетки, могут быть назначены разные блоки PRB.

В примере, показанном на Фиг. 6А, устройством UE группы №1 (т.е. устройствам UE 1, 4 и 7) может быть назначен первый блок PRB, устройствам UE группы UE №2 (т.е. устройствам UE 2, 5 и 8) может быть назначен второй блок PRB и устройствам UE группы UE №3 (т.е. устройствам UE 3, 6 и 9) может быть назначен третий блок PRB. Как показано на Фиг. 6В, процессор 106 для формирования диаграммы направленности может конфигурировать широкоапертурную антенную решетку 104, чтобы направить свой антенный луч 620 на каждое устройство UE. Как показано на Фиг. 6С, устройства UE 4, 5 и 6 могут быть расположены в одном и том же направлении и им могут быть назначены разные блоки PRB так, чтобы исключить помехи между частотами соответствующих антенных лучей 650.

В этих вариантах передача по технологии OFDMA для группы оконечных устройств MU-MIMO UE может использовать один и тот же набор поднесущих OFDM и быть конфигурирована в соответствии с технологией MU-MIMO. Другими словами, поток данных для каждого UE может быть передан в формате OFDMA для группы устройств UE в системе MU-MIMO, совместно использующей блок PRB. Устройства UE группы MU-MIMO могут использовать обработку стандарта MU-MIMO для декодирования предназначенного для них потока данных.

В примере, показанном на Фиг. 6В, заданные мощности для антенных лучей могут быть одинаковыми для всех устройств UE (UE 1-9). В примере, показанном на Фиг. 6С, могут быть заданы одинаковые мощности для антенных лучей для некоторых устройств UE (устройства UE 1-3, 5 и 7-9), для устройства UE №6 может быть задана повышенная мощность и для устройства UE №4 - пониженная мощность.

В этом примере показано, что устройство UE №4 расположено ближе к широкоапертурной антенной решетке 104, а следовательно, для него задана меньшая мощность, чем для устройства UE №6, однако, как описано выше, на выбор заданной мощности антенного луча для конкретного устройства UE могут влиять различные факторы.

В некоторых вариантах широкоапертурная антенная решетка 104 может иметь множество антенных модулей. Каждый модуль может содержать подрешетку и ВЧ модуль формирования луча, связанный с процессором 106 для формирования диаграммы направленности. В этих вариантах антенная решетка 104 может представлять собой модульную антенную решетку с очень большой апертурой (МАА). В этих вариантах в процессоре 106 формирования диаграммы направленности используется ВЧ модуль для формирования луча, позволяющий генерировать множество антенных лучей, как описано здесь. Физический размер антенной решетки может быть очень большим по сравнению с длиной волны (т.е. больше 10-кратной длины волны), что позволяет формировать очень узкие лучи и/или множество узких лучей одновременно.

В некоторых вариантах, согласно техническим условиям WiGig базовая станция 102 миллиметрового диапазона может осуществлять связь в диапазоне 60 ГГц с отдельными устройствами UE с использованием полной полосы частот канала. В этих вариантах полная полоса канала может составлять 2 ГГц. В этих вариантах базовая станция миллиметрового диапазона передает устройствам UE команду запрета использовать полную полосу канала шириной 2 ГГц, если устройству UE выделен неинтерферирующий участок спектра в этой полной полосе, и осуществлять связь с устройством UE в этой более узкой полосе.

В этих вариантах ограничение суммарной мощности передач и максимальная плотность потока мощности сигнала на заданном расстоянии могут соответствовать требованиям комиссии FCC (например, для миллиметрового диапазона 59.05-64 ГГц, это максимум 500 мВт и 18 мкВт/см², измеренные на расстоянии 3 м от антенны). В некоторых вариантах частоты миллиметрового диапазона, используемые базовой станцией 102 миллиметрового диапазона волн для связи с устройствами UE, могут находиться в диапазоне около 60 ГГц (V-диапазон), но могут быть также в пределах от 30 ГГц до 70 ГГц или выше.

В некоторых вариантах схема физического уровня 108 (Фиг. 1) может получать сигналы 109 видеодиапазона от процессора видеодиапазона. Сигналы видеодиапазона могут представлять собой поток данных каждому устройству UE. Передаваемые потоки данных, могут содержать индивидуально адресуемые пакеты данных.

В некоторых вариантах осуществления изобретения при связи по стандарту LTE блок PRB может иметь размер 12 поднесущих в частотной области и 0.5 мс во временной области. Блоки PRB могут быть выделены парами (во временной области). В этих вариантах блок PRB может содержать множество ресурсных элементов (RE). Элемент RE может содержать одну поднесущую на один символ.

В некоторых вариантах интеллектуальная технология управления мощностью луча MU-MIMO используется для оптимизации пропускной способности станции системы MU-MIMO, оборудованной широкоапертурной антенной решеткой и подпадающей под действие регламентируемых (например, комиссией FCC) ограничений суммарной мощности передачи и пиковой плотности потока мощности излучения. В этих вариантах используются технологии пространственного уплотнения (SDMA или MU-MIMO) и частотного уплотнения (FDMA или OFDMA), с помощью которых создается очень гибкая и мощная система связи в миллиметровом диапазоне. Варианты изобретения включают несколько способов использования частотного уплотнения (в дополнение к MU-MIMO или SDMA), чтобы улучшить различные характеристики системы, такие как агрегированная пропускная способность, зона охвата, количество пользователей, одновременно обслуживаемых точкой доступа или базовой станцией, и т.д. Например, количество пользователей, одновременно обслуживаемых базовой станцией 102 миллиметрового диапазона, может достигать нескольких сотен и больше, тогда как каждое устройство UE может принимать поток данных со скоростью более 10 Мбит/с с задержкой около 1 мс. Это может быть достигнуто в пределах ограничений суммарной мощности передач и плотности потока мощности сигнала, излучаемого базовой станцией, в соответствии с требованиями комиссии FCC.

Как описано выше, некоторые варианты изобретения могут совместно использовать технологию SDMA (MU-MIMO) и технологию FDMA в миллиметровом диапазоне. В этих вариантах изобретения FDMA-спектр сигнала может быть разделен на участки и различные участки могут быть выделены одним и тем же или разным пользователям. В некоторых вариантах спектр делится на несколько участков равной ширины. Например, при модуляции OFDM весь набор поднесущих OFDM может быть разделен на несколько подмножеств равного размера, и эти подмножества могут быть выделены для одного и того же или разных устройств UE. Минимальное подмножество поднесущих, которое может быть выделено одному пользователю, может составлять один PRB.

В некоторых вариантах технологий FDMA и OFDMA одно устройство UE может обслуживаться с использованием только части спектра. Это свойство можно эффективно использовать разными способами; один способ состоит в осуществлении связи с очень удаленными пользователями, которые иначе остались бы вне зоны радиопокрытия базовой станции из-за ограничений на полную мощность передач или плотность потока мощности сигнала базовой станции. В отсутствие помех возможность связи между двумя абонентскими станциями может быть определена возможностью одной абонентской станции обеспечить в приемнике другой абонентской станции отношение SNR (сигнал/шум) выше пороговой величины (которая зависит от схемы модуляции и кодирования (MCS), используемой пользователем для связи). Отношение SNR для принимаемого сигнала, в свою очередь, зависит от мощности передач, потерь в тракте передачи сигнала (уменьшения мощности сигнала при увеличении расстояния) и мощности шумов в приемнике. Другое наблюдение состоит в том, что мощность шумов в приемнике пропорциональна полосе частот сигнала станции, используемой для связи. Поэтому при сужении полосы частот сигнала в несколько раз и при сохранении суммарной мощности передач подобное увеличение SNR в приемнике может быть достигнуто без изменения мощности передачи или настроек формирования диаграммы направленности в передатчике - исключительно из-за уменьшения принимаемой мощности шумов.

Это может быть также объяснено в терминах спектральной плотности мощности (PSD), которая представляет собой отношение мощности сигнала (шумов) к полосе частот сигнала (шума). Так как приемник фильтрует сигнал, полоса частот фильтрации становится равной полосе частот сигнала (чтобы позволяет фильтровать все нежелательные сигналы, находящиеся вне эффективной полосы частот передачи сигнала), отношение SNR можно рассматривать как отношение спектральной плотности PSD сигнала к спектральной плотности PSD шумов. Для систем OFDM и OFDMA это значение, измеренное для одной поднесущей, может быть обозначено как отношение SNR на поднесущую. Например, если весь спектр 2 ГГц используется для связи только с одним пользователем, максимально допустимая спектральная плотность PSD сигнала определяется максимально допустимой мощностью, которая, в свою очередь, определяется предельным значением максимально допустимой мощности передачи или предельным значением плотности потока мощности сигнала (показано на Фиг. 2А). При частичном использовании спектра можно при той же суммарной мощности передач получить большую спектральную плотность PSD (показано на Фиг. 2В). Следовательно, фильтр в приемнике (например, устройства UE) может быть настроен для обработки сигналов в уменьшенной полосе. Отношение SNR (равное отношению спектральной плотности PSD сигнала к спектральной плотности PSD шума) также увеличивается, и поэтому связь может быть установлена на большей дальности (показано на Фиг. 2С) без нарушения требований комиссии FCC.

Как уже упоминалось, технологии FDMA или OFDMA позволяют базовой станции 102 выделять различные участки спектра разным пользователям (показано на Фиг. 3А). В некоторых вариантах изобретения для разных участков спектра сигнала могут быть применены различные настройки формирования диаграммы направленности (BF). Например, в модульной антенной решетке процессор 106 формирования диаграммы направленности может применять различные настройки точного формирования диаграммы. Здесь можно сформировать несколько лучей, нацеленных в разных направлениях, и обслуживать большое число пользователей одновременно, даже если процессор для формирования диаграммы направленности не поддерживает стандарт MU-МГМО (показано на Фиг. 3В).

Когда множество лучей формируются так, как описано выше, энергия, излучаемая антенной, распределяется в пределах большего угла, чем если бы вся полоса частот была выделена одному пользователю (т.е. с единственным вариантом настройки формирования диаграммы направленности для всего спектра). Таким образом, схема передачи может уменьшить плотность потока мощности, так что у базовой станции 102 миллиметрового диапазона остается больший запас для увеличения мощности, чтобы обслуживать пользователей, не нарушая нормативов комиссии FCC по плотности потока мощности сигнала. Поэтому базовая станция 102 миллиметрового диапазона может реализовать увеличенные дальности или большие пропускные способности в рамках требований комиссии FCC (например, Pmax=500 мВт и Smax=18 мкВт/cm²). В других случаях множество лучей, передаваемых в разных участках спектра, могут быть направлены в одну сторону, чтобы одновременно обслуживать множество пользователей, расположенных по существу в одном направлении от базовой станции 102 миллиметрового диапазона (показано на Фиг. 3C). Это не создает помех между передачами для различных пользователей, поскольку они разделены (ортогонально) по частоте.

Отметим, что различные пользователи могут получать различные уровни мощности в частотной области (например, чтобы компенсировать различные потери в трактах передачи сигнала между ними и базовой станцией 102 миллиметрового диапазона). Это иллюстрируют Фиг. 4А, 4В и 4С.

Некоторые системы связи миллиметрового диапазона могут использовать весь спектр сразу для связи с очень высокой пропускной способностью. Например, полоса частот одного канала связи согласно техническим условиям WiGig может иметь ширину 2 ГГц и обеспечивать скорость передачи данных, достигающую 7 Гбит/с. Однако, для реального использования (включая стандарт сжатия потокового видео) такая пропускная способность часто не требуется и может использоваться станцией 102 миллиметрового диапазона волн для обслуживания множества пользователей одновременно. Если не используется формат FDMA в соответствии с некоторыми вариантами изобретения, то передачи различным пользователям должны быть разнесены во временной области для связи в режиме TDMA. Для большого количества пользователей (например, несколько сотен) использование режима TDMA приводит к трафику в виде пачек данных и значительным задержкам трафика для каждого отдельного пользователя. Варианты изобретения с использованием технологии FDMA, приведенные в этом описании, решают эти проблемы путем распределения спектра между пользователями так, чтобы каждому пользователю досталась уменьшенная пропускная способность (достаточная, тем не менее, для поддержания требуемого уровня QoS), но данные он бы получал непрерывно с минимальной задержкой, вносимой физическим уровнем системы радиосвязи. Характеристики задержки системы связи для случаев с и без FDMA приведены на Фиг. 5А и 5В.

Технологии FDMA и/или OFDMA могут использоваться в сочетании с технологией SDMA (MU-MIMO), чтобы существенно увеличить число пользователей, одновременно обслуживаемых базовой станцией 102 миллиметрового диапазона. Это может быть сделано путем назначения групп пользователей разным PRB с обслуживанием каждой группы в режиме (MU-MIMO) (то есть множеством лучей). Например, если антенная решетка 104 может создать три луча MU-MIMO, сигнал может быть распределен между тремя блоками PRBs, общее количество пользователей, обслуживаемых базовой станцией 102 миллиметрового диапазона, может быть равно девяти, как это показано на Фиг. 6А, 6В и 6С. В некоторых вариантах количество блоков PRB и количество лучей системы MU-MIMO может быть намного больше (например, 50 PRB в системах по стандарту LTE и 16 лучей MU-MIMO); поэтому количество одновременно обслуживаемых пользователей может доходить до 800 или больше. Нужно отметить, что лучи системы MU-MIMO, создаваемые в различных блоках PRB, могут быть направлены в разные стороны, как это показано на Фиг. 6В, или по меньшей мере некоторые из лучей могут накладываться один на другой, как это изображено на Фиг. 6С. В этой схеме наложение лучей, передаваемых в разных блоках PRB (например, лучи 4, 5, 6), не создает помех между передачами для соответствующих пользователей, так как они разнесены по частоте. Например, лучи 4, 5 и 6 могут быть ориентированы в одинаковом направлении при обслуживании различных пользователей без проблем возникновения помех между лучами.

В некоторых вариантах устройство UE может быть мобильным или портативным устройством радиосвязи, таким как персональный цифровой помощник (PDA), ноутбук или портативный компьютер с возможностью радиосвязи, веб-планшет, радиотелефон, смартфон, беспроводная головная гарнитура, пейджер, устройство мгновенного обмена сообщениями, цифровая видеокамера, точка доступа, телевидение, медицинское устройство (например, монитор сердечного ритма, тонометр для измерения артериального давления и т.д.) или другие устройства, которое могут получать и/или передавать информацию по радио. В некоторых вариантах устройство UE может содержать одну или несколько клавиатур, устройство отображения, порт для подключения энергонезависимой памяти, множество антенн, графический процессор, процессор приложений, громкоговорители и другие элементы мобильных устройств. Устройство отображения может иметь жидкокристаллический экран, включая сенсорный экран.

Хотя показано, что базовая станция 102 миллиметрового диапазона имеет несколько отдельных функциональных элементов, один или более этих функциональных элементов могут быть объединены и могут быть реализованы в виде сочетания программно-конфигурируемых элементов, таких как процессорные элементы, включая цифровые процессоры сигналы (DSP) и/или другие элементы оборудования. Например, некоторые элементы могут содержать один или более микропроцессоров, процессоров DSP, программируемых вентильных матриц (FPGA), специализированных интегральных схем (ASIC), высокочастотных интегральных схем (RFTC) и сочетания разного рода аппаратуры и логических схем для выполнения по меньшей мере описанных здесь функций. В некоторых вариантах функциональные элементы базовой станции 102 миллиметрового диапазона могут обозначать процессы, осуществляемые одним или более процессорными элементами.

Варианты изобретения могут быть реализованы в одном или более сочетаниях аппаратных, микропрограммных и программных средств. Варианты изобретения могут также быть реализованы в виде команд, сохраняющихся в машиночитаемом запоминающем устройстве, которые могут считываться и выполняться по меньшей мере одним процессором для осуществления описанных здесь функций. Компьютерный носитель информации может иметь механизм для длительного энергонезависимого хранения информации в машиночитаемой форме. Например, такой компьютерный носитель может представлять собой постоянное запоминающее устройство (ROM), запоминающее устройство с произвольной выборкой (RAM), магнитные дисковые носители данных, оптические носители данных, устройства флэш-памяти и другие запоминающие устройства и носители. В некоторых вариантах базовая станция 102 миллиметрового диапазона может содержать один или более процессоров и может быть конфигурирована с помощью команд, хранящихся на компьютерном носителе.

В одном примере базовая станция миллиметрового диапазона содержит процессор для формирования диаграммы направленности, конфигурирующий антенную решетку с большой апертурой для многолучевых передач на частотах миллиметрового диапазона большому числу пользовательских устройств UE. Процессор для формирования диаграммы направленности используется для выделения каждому устройству UE неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы канала, так что этот участок существенно уже полной ширины полосы канала, определения мощности передач каждому устройству UE и формирования многолучевой диаграммы направленности, что позволяет одновременно направить по многопользовательской технологии с большим числом входов и выходов (MU-MIMO) несколько антенных лучей на устройства UE для параллельной передачи потоков данных устройствам UE в пределах выделенного каждому устройству неинтерферирующего участка спектра в соответствии с назначенной каждому устройству мощности передачи.

В другом примере базовая станция миллиметрового диапазона работает в соответствии с техническими условиями Альянса WiGig, согласно которым связь осуществляется в диапазоне частот 60 ГГц, причем каждое устройство UE использует полную полосу частот канала, где ширина этой полной полосы составляет 2ГГц и где базовая станция миллиметрового диапазона передает устройствам UE команды запрета использования полной полосы частот канала, когда соответствующему устройству выделен неинтерферирующий участок спектра, и осуществляет связь с этим устройством UE в пределах выделенного ему неинтерферирующего участка спектра вместо полной полосы канала.

В другом примере процессор для формирования диаграммы направленности используется для выделения неинтерферирующего участка спектра в пределах полной ширины полосы канала, что позволяет уменьшить полосу частот сигнала для каждого устройства UE с целью увеличения спектральной плотности мощности (PSD) для каждого устройства UE, не превышая предельного значения суммарной мощности передачи (Pmax), предельного значения плотности потока мощности сигнала (Smax) и предельного значения спектральной плотности PSD, при этом длина и ширина широкоапертурной антенной решетки по меньшей мере в 10 раз больше длины волны на частотах миллиметрового диапазона.

В другом примере процессор для формирования диаграммы направленности, кроме того, используется для выделения мощности передач каждому устройству UE так, чтобы суммарная мощность передач не превышала ограничения суммарной мощности передач для полной полосы частот канала, плотность потока мощности сигнала в любом из антенных лучей была ниже предельного значения плотности потока мощности сигнала и спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

В другом примере процессор для формирования диаграммы направленности, кроме того, выделяет мощности передач каждому устройству UE так, чтобы максимизировать суммарную пропускную способность для совокупности устройств UE.

В другом примере предельное значение мощности передачи и предельное значение плотности потока мощности сигнала определяются нормативами, установленными Федеральной комиссией по связи (FCC), а спектральная плотность PSD соответствует спектральной маске передачи, которая устанавливает максимальную спектральную плотность.

В другом примере неинтерферирующий участок спектра содержит от одного до трех физических ресурсных блоков (PRB), а полная полоса частот канала содержит по меньшей мере пятьдесят таких блоков PRB, где каждый PRB содержит одинаковое количество поднесущих системы с ортогональным частотным уплотнением (OFDM).

В другом примере процессорная схема может генерировать инструкции, чтобы информировать каждое устройство UE, какой именно неинтерферирующий участок спектра в пределах полной полосы канала ему выделен, инструкции передаются в сообщениях по протоколу управления радиоресурсами (RRC).

В другом примере процессор для формирования диаграммы направленности направляет один из антенных лучей системы MU-MIMO на каждое устройство UE в соответствии с текущим направлением на это устройство UE и направляет накладывающиеся антенные лучи на устройства UE, расположенные в одном и том же направлении от антенной решетки.

В другом примере процессор для формирования диаграммы направленности конфигурирует многолучевые передачи в соответствии с технологией многостанционного доступа с частотным уплотнением (FDMA), согласно которой каждому устройству UE выделяют один или более неинтерферирующих физических ресурсных блоков (PRB).

В другом примере процессор для формирования диаграммы направленности назначает группу устройств UE в системе MU-MIMO физическому ресурсному блоку (PRB), генерирует передачи в стандарте OFDMA для каждой группы устройств UE в системе MU-MIMO и конфигурирует широкоапертурную антенную решетку, чтобы нацелить какой-либо антенный луч на каждое устройство UE в соответствии с направлением от антенной решетки на это устройство UE. При этом устройствам UE, расположенным в одном и том же направлении, выделяются разные блоки PRB.

В другом примере выделение мощности передачи для каждого устройства UE базируется по меньшей мере частично на одном или более факторах из: значения потерь в тракте передачи, значения помех, расстояния до устройства UE и уровне качества обслуживания (QoS).

В другом примере способ многопользовательской связи в системе с множеством входов и выходов (MU-MIMO), применяемый базовой станцией миллиметрового диапазона, содержит конфигурирование широкоапертурной антенной решетки для многолучевых передач в миллиметровом диапазоне множеству устройств (UE), выделение каждому устройству UE неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы частот канала, так что ширина этого участка существенно меньше полной ширины полосы канала, и формирование многолучевой диаграммы направленности, чтобы одновременно направить множество антенных лучей в системе MU-MIMO на устройства UE для параллельной передачи потоков данных устройствам UE, так что каждому устройству поток передают в выделенном этому устройству участке спектра и с назначенной для этого устройства мощностью передач.

В другом примере базовая станция миллиметрового диапазона передает устройству UE команду запрета на использование полной полосы частот канала, если этому устройству выделен неинтерферирующий участок спектра, и осуществляет связь с устройством UE в пределах выделенного ему участка спектра вместо полной полосы канала.

В другом примере выделение каждому устройству UE неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы канала уменьшает полосу сигнала для каждого устройства UE, что позволяет увеличить спектральную плотность мощности сигнала (PSD) для каждого устройства UE, не превышая ограничения суммарной мощности передач (Pmax), ограничения плотности потока мощности сигнала (Smax) и ограничения спектральной плотности PSD, с использованием широкоапертурной антенной решетки, где длина и ширина решетки по меньшей мере в 10 раз больше длины волны в миллиметровом диапазоне.

В другом примере способ содержит определение мощностей передач для каждого устройства UE так, чтобы суммарная мощность передач не превышала ограничения суммарной мощности передач для полной полосы частот канала, плотность потока мощности сигнала для передачи любым из антенных лучей была бы ниже ограничения плотности потока мощности сигнала и спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

В другом примере базовая станция миллиметрового диапазона содержит широкоапертурную антенную решетку и процессор для формирования диаграммы направленности, чтобы конфигурировать широкоапертурную антенную решетку для многолучевой передачи в миллиметровом диапазоне на множество устройств UE; этот процессор для формирования диаграммы направленности выделяет каждому устройству UE неинтерферирующий участок спектра в пределах полной полосы частот канала, так что этот участок существенно уже полной полосы частот канала, передает устройству UE команду запрета использовать полную полосу частот канала, если этому устройству выделен неинтерферирующий участок спектра, назначает мощность передач для каждого устройства UE и формирует многолучевую диаграмму направленности для одновременного направления по многопользовательской технологии с множеством входов и выходов (MU-MIMO) антенных лучей на устройства UE для параллельной передачи потоков данных этим устройствам UE в пределах выделенного каждому устройству UE неинтерферирующего участка спектра и с назначенной этому устройству мощностью передачи.

В другом примере базовая станция миллиметрового диапазона работает в соответствии с техническими условиями Альянса WiGig для связи в диапазоне 60 ГГц, каждое устройство UE использует полную полосу частот канала, где ширина полной полосы частот канала составляет 2ГГц, а базовая станция миллиметрового диапазона осуществляет связь с устройством UE в выделенном неинтерферирующем участке спектра вместо полной полосы частот канала.

В другом примере процессор для формирования диаграммы направленности выделяет неинтерферирующий участок спектра в пределах полной полосы канала для уменьшения полосы частот сигнала для каждого устройства UE и увеличения спектральной плотности мощности сигнала (PSD) для каждого устройства UE, не превышая ограничения суммарной мощности передач (Pmax), ограничения плотности потока мощности сигнала (Smax) и ограничения спектральной плотности PSD, и выделяет мощность передач для каждого устройства UE так, чтобы не превысить ограничения суммарной мощности передач для полной ширины полосы канала и ограничения плотности потока мощности сигнала, передаваемого в каждом антенном луче, а также чтобы спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

В другом примере предложен энергонезависимый компьютерный носитель данных, который сохраняет команды для выполнения одним или более процессорами операций с целью формирования диаграммы направленности по многопользовательской технологии с множеством входов и выходов (MU-MIMO).

Совокупность операций содержит конфигурирование широкоапертурной антенной решетки для многолучевых передач в миллиметровом диапазоне большому числу устройств UE, выделение каждому устройству UE неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы частот канала, так что ширина этого участка существенно меньше полной полосы канала, и конфигурирование широкоапертурной антенной решетки для формирования многолучевой диаграммы направленности с целью одновременного направления множества антенных лучей системы MU-MIMO на устройства UE для параллельной передачи потоков данных устройствам UE в пределах выделенного каждому устройству участка спектра в соответствии с назначенными мощностями передачи.

В другом примере совокупность операций дополнительно содержит выделение неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы частот канала с целью уменьшения полосы сигнала для каждого устройства UE для увеличения спектральной плотности мощности (PSD) для каждого устройства UE, не превышая предельного значения суммарной мощности передач (Pmax), предельного значения плотности потока мощности сигнала (Smax) и предельного значения спектральной плотности PSD, и выделение мощности передач для каждого устройства UE так, чтобы суммарная мощность передачи не превышала ограничения суммарной мощности передач для полной полосы частот канала, плотность потока мощности сигнала, передаваемого в любом из антенных лучей, была ниже ограничения плотности потока мощности сигнала, и спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

Реферат выполнен с соблюдением правил 37 C.F.R. (Свод Федеральных правил) Раздел 1.72 (b), требующих, чтобы реферат позволил читателю уяснить характер и суть технического решения. Информация предоставляется с пониманием, что она не будет использоваться для ограничения или интерпретации объема или содержания формулы изобретения. Каждый независимый пункт подробного описания формулы изобретения в правовом значении рассматривается как отдельный вариант осуществления изобретения.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах беспроводной связи. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи информации. Для этого предложены варианты устройства связи миллиметрового диапазона длин волн (mmW) и способы интеллектуального управления мощностью передачи и плотностью потока мощности. В некоторых вариантах базовая станция миллиметрового диапазона содержит процессор для формирования диаграммы направленности, конфигурирующий широкоапертурную антенную решетку для многолучевой передачи сигналов в миллиметровом диапазоне множеству пользовательских устройств (UE). Процессор для формирования диаграммы направленности может выделить каждому UE неинтерферирующий участок спектра в составе полной полосы частот канала, так что ширина этого участка существенно меньше полной полосы частот канала, и сформировать многолучевую диаграмму направленности для одновременного направления множества антенных лучей по многопользовательской технологии с множеством входов и выходов (MU-MIMO) на UE для параллельной передачи потоков данных указанным UE в пределах выделенного каждому UE участка спектра в соответствии с назначенной мощностью передач. 7 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Процессор формирования диаграммы направленности, конфигурирующий широкоапертурную антенную решетку для связи базовой станции на частотах миллиметрового диапазона с множеством пользовательских устройств (UE), при этом процессор выполнен с возможностью:

выделения для каждого UE неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы частот канала;

определения выделяемой мощности передач для каждого UE, для использования в выделенном участке полосы частот для повышения спектральной плотности мощности (PSD) для каждого UE в указанном выделенном участке полосы частот, при этом выделение мощности передачи основано на ограничении общей мощности передачи (Pmax), ограничении плотности мощности сигнала (Smax) и ограничении PSD; и

формирования многолучевой диаграммы направленности для одновременного направления множества антенных лучей по многопользовательской технологии с множеством входов и выходов (MU-MIMO) на UE для параллельной передачи потоков данных на указанные UE в пределах выделенного неинтерферирующего участка спектра и в соответствии с выделенной мощностью передачи;

передачи на UE команды воздержания от использования полной полосы пропускания канала передачи, когда выделен неинтерферирующий участок спектра; и

осуществления связи с UE посредством неинтерферирующего участка спектра вместо полной полосы пропускания канала передачи.

2. Процессор формирования диаграммы направленности по п. 1, в котором базовая станция сконфигурирована для работы в соответствии с техническими условиями Альянса Беспроводной Гигабитной связи (WiGig), согласно которым связь осуществляется в диапазоне 60 ГГц, при этом каждое UE выполнено с возможностью использования полной полосы частот канала, а ширина полной полосы частот канала составляет 2 ГГц.

3. Процессор формирования диаграммы направленности, конфигурирующий широкоапертурную антенную решетку для связи базовой станции на частотах миллиметрового диапазона с множеством пользовательских устройств (UE), при этом процессор выполнен с возможностью:

выделения для каждого UE неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы частот канала;

определения выделяемой мощности передач для каждого UE;

формирования многолучевой диаграммы направленности для одновременного направления множества антенных лучей по многопользовательской технологии с множеством входов и выходов (MU-MIMO) на UE для параллельной передачи потоков данных на указанные UE в пределах выделенного неинтерферирующего участка спектра в соответствии с выделенной мощностью передачи; при этом

процессор формирования диаграммы направленности выполнен с возможностью выделения неинтерферирующего участка спектра из полной ширины полосы канала для уменьшения полосы сигнала для каждого из UE, с целью увеличения спектральной плотности мощности (PSD) для каждого UE, не превышая ограничения суммарной мощности передач (Pmax), ограничения плотности потока мощности сигнала (Smax) и ограничения PSD, а

широкоапертурная антенная решетка имеет длину и ширину по меньшей мере в 10 раз больше длины волны в миллиметровом диапазоне.

4. Процессор формирования диаграммы направленности по п. 3, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью определения выделения мощности передачи для каждого UE так, что:

суммарная выделенная мощность не превышает ограничение суммарной мощности передач для полной ширины полосы канала,

плотность потока мощности сигнала, передаваемого в любом из антенных лучей, была ниже ограничения плотности потока мощности сигнала, и

спектральная плотность PSD соответствует спектральной маске передачи.

5. Процессор формирования диаграммы направленности по п. 4, в котором мощность передач, выделяемую каждому UE, определяют так, чтобы максимизировать суммарную пропускную способность для указанного множества UE.

6. Процессор формирования диаграммы направленности по п. 4, в котором ограничение мощности передач установлено требованиями Федеральной комиссии по связи (FCC), при этом

ограничение плотности потока мощности сигнала представляет собой максимально допустимое значение плотности потока мощности сигнала, установленное комиссией FCC, а

спектральная плотность PSD соответствует спектральной маске передачи, устанавливающей максимальную спектральную плотность.

7. Процессор формирования диаграммы направленности по п. 4, в котором выделяемый неинтерферирующий участок спектра содержит от одного до трех физических ресурсных блоков (PRB), а полная полоса частот канала содержит по меньшей мере пятьдесят PRB, причем каждый PRB содержит одинаковое количество поднесущих в системе с ортогональным частотным уплотнением (OFDM).

8. Процессор формирования диаграммы направленности по п. 4, дополнительно содержащий процессорную схему, выполненную с возможностью генерирования команд для информирования каждого UE, какой именно неинтерферирующий участок спектра в пределах полной полосы частот канала ему выделен, при этом команды передаются в сообщениях по протоколу управления радиоресурсами (RRC).

9. Процессор формирования диаграммы направленности по п. 4, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью управления антенной решеткой для нацеливания на каждое UE одного из антенных лучей системы MU-MIMO по текущему направлению указанного UE, при этом

наложенные один на другой антенные лучи нацеливают на UE, расположенные в одном направлении.

10. Процессор формирования диаграммы направленности по п. 4, в котором многолучевые передачи сконфигурированы в соответствии с технологией многостанционного доступа с частотным уплотнением (FDMA), причем каждому UE выделяют один или более неинтерферирующих физических ресурсных блоков (PRB).

11. Процессор формирования диаграммы направленности по п. 4, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью:

назначения группы UE системы MU-MIMO физическому ресурсному блоку (PRB);

генерирования передачи в формате OFDMA для каждой группы UE в системе MU-MIMO; и

конфигурирования антенной решетки для нацеливания на каждое UE антенного луча в соответствии с направлением на указанное UE, при этом UE, расположенным в одном направлении, выделяют различные блоки PRB.

12. Процессор формирования диаграммы направленности по п. 5, в котором мощность передач для каждого UE выделена на основании по меньшей мере частично одного или более факторов из: потерь в тракте передачи, помех, расстояния до этого устройства UE и уровня качества обслуживания (QoS).

13. Способ передачи по многопользовательской технологии с множеством входов и выходов (MU-MIMO), применяемый базовой станцией миллиметрового диапазона длин волн, содержащий этапы, на которых:

конфигурируют широкоапертурную антенную решетку для многолучевой передачи в миллиметровом диапазоне длин волн множеству пользовательских устройств (UE);

выделяют для каждого UE неинтерферирующий участок спектра в пределах полной полосы частот канала, при этом ширина указанного участка существенно меньше полной ширины полосы канала;

определяют выделяемую мощность передач для каждого UE, для использования в выделенном участке полосы частот для повышения спектральной плотности мощности (PSD) для каждого UE в указанном выделенном участке полосы частот, при этом выделение мощности передачи основано на ограничении общей мощности передачи (Pmax), ограничении плотности мощности сигнала (Smax) и ограничении PSD; и

формируют многолучевую диаграмму направленности для одновременного направления множества антенных лучей системы MU-MIMO на UE для параллельной передачи потоков данных указанным UE в пределах выделенного участка спектра в соответствии с назначенной мощностью передач;

передают на UE команду воздержаться от использования полной полосы пропускания канала передачи, когда выделен неинтерферирующий участок спектра;

осуществляют связь с UE посредством неинтерферирующего участка спектра вместо полной полосы пропускания канала передачи.

14. Способ по п. 13, в котором этап выделения неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы частот канала уменьшает полосу частот сигнала для каждого устройства UE для увеличения спектральной PSD для каждого, без увеличения Pmax, Smax и PSD; при этом широкоапертурная решетка антенны имеет длину и ширину по меньшей мере в 10 раз больше длины волны в миллиметровом диапазоне частот.

15. Способ по п. 14, в котором мощность передач для каждого UE назначена так, чтобы:

суммарная мощность передач не превышала ограничение суммарной мощности передач для полной полосы частот канала; а

плотность потока мощности сигнала, передаваемого в любом из антенных лучей, была ниже предельного значения плотности потока мощности сигнала; и

спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

16. Базовая станция миллиметрового диапазона длин волн, содержащая:

широкоапертурную антенную решетку, и

процессор формирования диаграммы направленности, выполненный с возможностью конфигурирования широкоапертурной антенной решетки для многолучевых передач в миллиметровом диапазоне множеству пользовательских устройств (UE); при этом

процессор формирования диаграммы направленности выполнен с возможностью:

выделения каждому UE неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы частот канала, существенно меньшего полной полосы частот канала;

передачи на UE команды воздержания от использования полной полосы частот канала, если выделен неинтерферирующий участок спектра;

определения мощности передач для каждого UE, для использования в выделенном участке полосы частот для повышения спектральной плотности мощности (PSD) для каждого UE в указанном выделенном участке полосы частот, при этом выделение мощности передачи основано на ограничении общей мощности передачи (Pmax), ограничении плотности мощности сигнала (Smax) и ограничении PSD; и

формирования многолучевой диаграммы направленности для одновременного направления множества антенных лучей по многопользовательской технологии с множеством входов и выходов (MU-MIMO) на UE для параллельной передачи потоков данных указанных UE в пределах выделенного каждому UE неинтерферирующего участка спектра в соответствии с назначенной мощностью передач; при этом

базовая станция миллиметрового диапазона длин волн выполнена с возможностью связи с UE посредством неинтерферирующего участка спектра вместо полной полосы пропускания канала передачи.

17. Базовая станция миллиметрового диапазона длин волн по п. 16, характеризующаяся тем, что может быть конфигурирована для работы в соответствии с техническими условиями Альянса Беспроводной Гигабайтной связи (WiGig), при этом связь подлежит осуществлению в диапазоне 60 ГГц, и каждое UE выполнено с возможностью использования полной полосы частот канала, так что ширина полной полосы частот канала составляет 2 ГГц.

18. Базовая станция миллиметрового диапазона длин волн содержащая:

широкоапертурную антенную решетку, и

процессор формирования диаграммы направленности, выполненный с возможностью конфигурирования широкоапертурной антенной решетки для многолучевых передач в миллиметровом диапазоне множеству пользовательских устройств (UE); при этом

процессор формирования диаграммы направленности выполнен с возможностью:

выделения каждому UE неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы частот канала, существенно меньшего полной полосы частот канала;

передачи на UE команды воздержания от использования полной полосы частот канала, если выделен неинтерферирующий участок спектра;

определения мощности передач для каждого UE; и

формирования многолучевой диаграммы направленности для одновременного направления множества антенных лучей по многопользовательской технологии с множеством входов и выходов (MU-MIMO) на UE для параллельной передачи потоков данных указанных UE в пределах выделенного каждому UE неинтерферирующего участка спектра в соответствии с назначенной мощностью передач; при этом

процессор формирования диаграммы направленности, выполнен с возможностью:

выделения неинтерферирующего участка спектра в пределах полной полосы частот канала для уменьшения полосы частот сигнала каждого UE с целью увеличить спектральную плотность мощности сигнала (PSD) для каждого UE, не превышая ограничения суммарной мощности передач (Pmax), ограничения плотности потока мощности сигнала (Smax) и ограничения PSD, и

определения выделяемой мощности передач для каждого UE так, что:

полная мощность передач не превышает ограничения полной мощности передач для полной ширины полосы канала,

плотность потока мощности сигнала, передаваемого в любом антенном луче, ниже ограничения плотности потока мощности сигнала, а

PSD соответствует спектральной маске передачи.

19. Энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, хранящий команды, вызывающие, при выполнении одним или более процессором, осуществление операций для формирования диаграммы направленности по многопользовательской технологии с множеством входов и выходов (MU-MIMO), содержащих этапы, на которых:

конфигурируют широкоапертурную антенную решетку для осуществления многолучевых передач в миллиметровом диапазоне множеству пользовательских устройств (UE);

выделяют для каждого UE неинтерферирующий участок спектра в пределах полной полосы частот канала, существенно меньшего полной ширины полосы канала;

определяют выделяемую мощность передач для каждого UE, для использования в выделенном участке полосы частот для повышения спектральной плотности мощности (PSD) для каждого UE в указанном выделенном участке полосы частот, при этом выделение мощности передачи основано на ограничении общей мощности передачи (Pmax), ограничении плотности мощности сигнала (Smax) и ограничении PSD;

конфигурируют широкоапертурную антенную решетку для выполнения многолучевого формирования многолучевой диаграммы направленности для одновременного направления множества антенных лучей системы (MU-MIMO) на UE для параллельной передачи потоков данных указанным UE в пределах выделенного каждому UE участка спектра в соответствии с назначенной мощностью передач;

передают на UE команду воздержания от использования полной полосы пропускания канала передачи, когда выделен неинтерферирующий участок спектра;

осуществляют связь с UE посредством неинтерферирующего участка спектра вместо полной полосы пропускания канала передачи.

20. Энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, хранящий команды, вызывающие, при выполнении одним или более процессором, осуществление операций для формирования диаграммы направленности по многопользовательской технологии с множеством входов и выходов (MU-MIMO), содержащих этапы, на которых:

конфигурируют широкоапертурную антенную решетку для осуществления многолучевых передач в миллиметровом диапазоне множеству пользовательских устройств (UE);

выделяют для каждого UE неинтерферирующий участок спектра в пределах полной полосы частот канала, существенно меньшего полной ширины полосы канала;

конфигурируют широкоапертурную антенную решетку для выполнения многолучевого формирования многолучевой диаграммы направленности для одновременного направления множества антенных лучей системы (MU-MIMO) на UE для параллельной передачи потоков данных указанным UE в пределах выделенного каждому UE участка спектра в соответствии с назначенной мощностью передач;

выделяют неинтерферирующий участок спектра в пределах полной полосы частот канала для уменьшения ширины полосы сигнала, выделенной каждому UE, для увеличения спектральной плотности мощности (PSD) для каждого UE без превышения ограничения суммарной мощности передач (Pmax), ограничения плотности потока мощности сигнала (Smax) и ограничения PSD; и

определяют выделяемую мощность передач для каждого UE так, чтобы:

суммарная мощность передач не превышала ограничения суммарной мощности передач для полной ширины полосы канала,

плотность потока мощности сигнала, передаваемого в любом антенном луче, была ниже ограничения плотности потока мощности сигнала, и

PSD соответствовала спектральной маске передачи.