СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА КОНФИГУРАЦИИ MIMO Российский патент 2017 года по МПК H04B7/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данная заявка относится к системам беспроводной связи и, в частности, к передатчикам в таких системах и, в еще более частном случае, к передатчикам, имеющим конфигурации множественных входов и множественных выходов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Во многих системах беспроводной связи, связь в режиме множественных входов и множественных выходов (MIMO) является передовой антенной техникой, которая используется для повышения спектральной эффективности и увеличения емкости системы. Системы сотовой радиотелефонной связи, например, системы усовершенствованного универсального наземного доступа (E-UTRA) или проекта долгосрочного развития систем связи (LTE), и системы UTRA, например, системы широкополосного множественного доступа с кодовым разделением (WCDMA) и высокоскоростного пакетного доступа (HSPA), которые согласуются со спецификациями проекта партнерства третьего поколения (3GPP), и системы беспроводной локальной сети (WLAN), например, системы Wi-Fi и другие системы, которые согласуются с IEEE 802.11 и 802.16, являются примерами систем связи, которые в разной степени используют связь MIMO.

Связь MIMO, в общем случае, предполагает множественные антенны, как на стороне передатчика, так и на стороне приемника передачи. Конфигурация антенн в системе связи MIMO обычно представляется обозначением (MxN), где М - количество передающих антенн, и N - количество приемных антенн. Конфигурации антенн

MIMO, широко используемые в настоящее время, включают в себя (2×1), (1×2), (2×2), (4×2), (8×2) и (8×4). Конфигурации (2×1) и (1×2) являются особыми случаями, которые иногда называются разнесенной передачей и разнесенным приемом, соответственно, и которые, помимо прочего, представляют особый интерес для систем сотовой радиотелефонной связи.

Связь MIMO позволяет осуществлять пространственную обработку переданных и принятых сигналов, которая, в общем случае, повышает спектральную эффективность, расширяет сотовое покрытие, повышает скорость передачи пользовательских данных, ослабляет многопользовательскую помеху и т.д. Различные конфигурации MIMO имеют разные преимущества. Например, конфигурация разнесенного приема (1×2) может улучшать сотовое покрытие. В порядке другого примера, конфигурация (2×2) может увеличивать пиковую битовую скорость пользователя, даже удваивать битовую скорость. Такая повышенная скорость передачи данных зависит от того, в достаточной ли степени два канала связи между передатчиком и приемником раскоррелированы, из-за чего, ранг матрицы 2×2 каналов MIMO равен 2. Рангом матрицы называется количество независимых строк или столбцов матрицы. В общем случае, средняя скорость передачи данных по двум линиям связи будет менее чем вдвое превышать скорость передачи данных, достижимую для единичной линии связи вследствие корреляции между линиями связи.

Например, в сотовой радиотелефонной связи, методы MIMO широко изучаются и применяются для передачи по нисходящей линии связи, т.е. передачи от базовых станций или эквивалентных узлов сети на экземпляры пользовательского оборудования (UE). Например, конфигурация (2×2) используется в WCDMA, выпуск 7, и системы E-UTRA поддерживают несколько конфигураций MIMO на нисходящей линии связи, включая однопользовательскую конфигурацию MIMO (SU-MIMO) и многопользовательскую конфигурацию MIMO (MU-MIMO).

Методы MIMO обычно используются только для передачи по нисходящей линии связи, поскольку они увеличивают сложность, как передатчика, так и приемника, по сравнению со связью в режиме единственного входа и единственного выхода (SISO). Например, на радиочастотной (РЧ) стороне, передатчику необходимо несколько РЧ усилителей мощности (УМ) и несколько передающих антенн, в зависимости от конфигурации MIMO, и приемнику необходимо несколько приемных антенн и несколько цепей компонентов обработки РЧ-сигнала, в зависимости от конфигурации MIMO. Кроме того, каждая конфигурация MIMO усложняет обработку сигналов основного диапазона передатчика и приемника. Тем не менее, MIMO нисходящей линии связи с множественными УМ и антеннами считается целесообразной на базовой станции, поскольку базовая станция имеет меньше ограничений на форм-фактор и время работы батареи.

Множественные передающие антенны в конфигурации MIMO можно использовать несколькими различными способами, например, в режиме коммутации антенн и формирования диаграммы направленности. В общем случае, коммутация антенн в меньшей степени повышает производительность передачи, по сравнению с формированием диаграммы направленности, но конфигурации с коммутацией антенн легче реализуемы. Если передатчик, например UE, располагает информацией о своем канале связи восходящей линии связи, то передатчик может использовать эту информацию, чтобы ориентировать передачу своего сигнала в направлении приемника посредством формирования диаграммы направленности с помощью множественных антенн. Приемник будет возвращать информация канала на передатчик, и поэтому такая операция является многоантенной техникой с обратной связью. Многоантенные техники без обратной связи основаны на предположении, что передатчик, например UE, не располагает информацией о канале восходящей линии связи, и поэтому передатчик не может использовать такую информацию для формирования диаграммы направленности.

На Фиг. 1 показана блок-схема передатчика 100, который сконфигурирован для MIMO посредством коммутации антенн. Как показано на фиг. 1, передатчик 100 включает в себя пригодный модулятор 102, который осуществляет преобразование с повышением частоты или иным образом накладывает входной сигнал на несущий сигнал, соответствующий системе связи. Модулированный несущий сигнал, генерируемый модулятором 102, поступает на УМ 104, который увеличивает мощность модулированного несущего сигнала. Усиленный сигнал, генерируемый УМ 104, направляется на одну из двух антенн 106, 108 с помощью подходящего коммутатора 110, действующего под управлением сигнала, генерируемого блоком 112 выбора антенны. Поскольку антенна(ы) во многих устройствах связи используются как для передачи, так и для приема, фиг. 1 демонстрирует дуплексоры 114, 116, которые отделяют сигналы, принятые антеннами 106, 108 от сигнала, подлежащего передаче, и направляют эти принятые сигналы на приемную часть (не показана) устройства связи.

С помощью архитектуры коммутации антенн, изображенной на фиг. 1, передатчик, например UE, в системе сотовой телефонной связи имеет один-единственный УМ, но может обеспечивать разнесение передачи благодаря коммутации выхода УМ 104 между множественными антеннами 106, 108. Можно показать, что каналы восходящей линии связи с замиранием, принимаемые соответствующими антеннами, отличаются друг от друга, и это означает, что антенны частично раскоррелированы, что позволяет передатчику, посредством коммутации антенн, использовать разнесение каналов.

На Фиг. 2 показана блок-схема передающей части 200, которая сконфигурирована для формирования диаграммы направленности антенн, с использованием двух антенн. Модулятор исключен из фиг. 2 просто для наглядности, и, таким образом, фиг. 2 демонстрирует два модулированных сигнала 1, 2, которые поступают на процессор 202 формирования диаграммы направленности, который объединяет модулированные сигналы 1, 2 согласно подходящему алгоритму формирования диаграммы направленности. Сигналы формирования диаграммы направленности, генерируемые процессором 202, поступают на УМ 204, 206 и соответствующие антенны 208, 210.

Процессор 202 формирования диаграммы направленности применяет вектор или матрицу W формирования диаграммы направленности к модулированным сигналам 1, 2, подлежащим передаче, до того, как эти сигналы поступят на УМ 204, 206, которые, например, могут быть сконфигурированы либо как два УМ с полной мощностью, либо как один УМ с полной мощностью и один УМ с половиной мощности, или как два УМ с половиной мощности. УМ с полной мощностью позволяет передатчику достигать номинальной максимальной мощности передачи, например, 23 дБм.

Как показано на фиг. 2, процессор 202 формирования диаграммы направленности реализует вектор или матрицу формирования диаграммы направленности в виде схемы умножения и суммирования, в которой мультипликативные весовые коэффициенты w1, w2, ..., w4 применяются к модулированным сигналам, и взвешенные модулированные сигналы суммируются для формирования сигналов формирования диаграммы направленности, поступающих на УМ. Весовые коэффициенты w1, w2, ..., w4 матрицы формирования диаграммы направленности, то есть значения элементов вектора W, могут либо быть предварительно заданными и подаваться на передатчик приемником посредством подходящей сигнализации в разнесении передачи с обратной связью (CLTD), либо оптимизироваться передатчиком в разнесении передачи без обратной связи (OLTD) с использованием информации, уже имеющейся, например, на UE. В качестве результата матрицы W, мощность сигнала, передаваемая антеннами, может ориентироваться в выбранном направлении для достижения максимальной вероятности правильного приема.

Недавно 3GPP начал работать над спецификациями, которые требуют MIMO (2x1) с разнесением передачи на восходящей линии связи для систем UTRA, выпуск 11, и MIMO восходящей линии связи для систем E-UTRA, выпуск 11. Например, в системах связи UTRA, UE может реализовать разнесение передачи на восходящей линии связи (ULTD) как посредством коммутации антенн, так и посредством формирования диаграммы направленности. CLTD в таких системах является "управляемым через сеть", то есть, сеть отдает команды UE использовать ту или иную конфигурацию MIMO посредством передаваемого индикатора предварительного кодирования (TPI), который передается от базовой станции на UE по дробному каналу нисходящей линии связи (F-TPICH).

Теоретически, CLTD дает преимущество в отношении пропускной способности, тогда как преимущество OLTD в большей степени зависит от условий канала и от алгоритма выбора антенны, используемого передатчиком. Кроме того, сложность заключается в том, что выгода от OLTD, в общем случае, может быть меньше, чем выгода от формирования диаграммы направленности, но в ряде случаев, может быть гораздо выгоднее использовать коммутацию антенн.

3GPP недавно определил, что в режиме CLTD базовая станция или узел В (NodeB) решает, как сконфигурирован UE, и поэтому базовая станция указывает UE, какой из нескольких предварительно определенных векторов W формирования диаграммы направленности должен использовать UE, для оптимизации своей производительности передачи. Предварительно определенные векторы являются только векторами фаз, и поэтому не используют возможные степени свободы, связанные с амплитудами элементов векторов. Другая возможная проблема сетевого управления состоит в том, что базовая станция может принимать решение по конфигурации передатчика UE, которая не является оптимальной с точки зрения UE.

Фиг. 3 иллюстрирует, что передатчик, имеющий архитектуру формирования диаграммы направленности, как на фиг. 2, может оказаться неэффективным с точки зрения потребления тока передатчиком. На Фиг. 3 показан пример кривой КПД в зависимости от выходной мощности для типичного УМ, которая имеет центральный линейный участок, который обычно используется для работы между минимальным и максимальным уровнями мощности. Следует отметить, что соотношение является нелинейным, и на низких уровнях мощности, УМ имеет меньший КПД. Таким образом, ток, потребляемый УМ, неэффективно преобразуется в выходную мощность. Разные УМ могут, конечно, иметь разные кривые зависимости КПД от мощности, но подобные кривые обычно являются нелинейными при достаточно низких уровнях мощности. Вследствие нелинейного поведения УМ при низкой мощности, как показано на фиг. 3, по сути, существует минимальный уровень мощности, ниже которого ULTD или любая многоантенная техника, использующая множественные УМ, уже не является эффективной.

Для решения этой проблемы, существующие решения для CLTD могут быть основаны на том, что UE сигнализирует сети о неэффективности УМ UE и просит сеть отключить режим ULTD. Недостаток подобного решения состоит в том, что сети обычно не требуется руководствоваться информацией от UE, и поэтому сети не требуется отключать ULTD, даже когда UE просит об этом. Кроме того, сигнализация между UE и базовой станцией расходует полезные системные ресурсы, особенно если сигнализация должна соответствовать уровню передаваемой мощности UE и, таким образом, максимизировать использование ULTD.

Хотя UE или другой передатчик, в котором реализована архитектура, представленная на фиг. 1, может не страдать недостатками увеличенного потребления тока в архитектуре, представленной на фиг. 2, передатчик, подобный передатчику, показанному на фиг. 1, также не поддерживает формирование диаграммы направленности, которое может обеспечивать более высокие показатели. Другим способом решения проблемы потребления тока UE является полное отключение разнесения передачи, но это не позволяет UE использовать ни одно из преимуществ разнесения передачи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с аспектами этого изобретения, предусмотрен способ управления конфигурацией множественных входов и множественных выходов (MIMO) в передатчике для системы связи, имеющей, по меньшей мере, две антенны, по меньшей мере, два усилителя, коммутационную схему, сконфигурированную для подключения упомянутых, по меньшей мере, двух усилителей к упомянутым, по меньшей мере, двум антеннам, и процессор конфигурации, сконфигурированный для применения выбранной одной из, по меньшей мере, двух матриц конфигурации к модулированным сигналам, подлежащим передаче до поступления модулированных сигналов на упомянутые, по меньшей мере, два усилителя, причем каждая из упомянутых, по меньшей мере, двух матриц конфигурации соответствует соответствующей конфигурации MIMO. Способ включает в себя контроль параметра, который соответствует потреблению тока передатчиком; определение, возникло ли предварительно определенное условие параметра; и если определено, что предварительно определенное условие возникло, автономный выбор конфигурации MIMO на основании упомянутого параметра.

Кроме того, в соответствии с аспектами этого изобретения, предусмотрено устройство для управления конфигурацией MIMO в передатчике для системы связи, имеющей, по меньшей мере, две антенны, по меньшей мере, два усилителя, коммутационную схему, сконфигурированную для подключения упомянутых, по меньшей мере, двух усилителей к упомянутым, по меньшей мере, двум антеннам, и процессор конфигурации, сконфигурированный для применения выбранной одной из, по меньшей мере, двух матриц конфигурации к модулированным сигналам, подлежащим передаче до поступления модулированных сигналов на упомянутые, по меньшей мере, два усилителя, причем каждая из упомянутых, по меньшей мере, двух матриц конфигурации соответствует соответствующей конфигурации MIMO. Устройство включает в себя электронную процессорную схему, сконфигурированную для контроля параметра, который соответствует потреблению тока передатчиком; для определения, возникло ли предварительно определенное условие параметра; и если определено, что предварительно определенное условие возникло, для автономного выбора конфигурации MIMO на основании упомянутого параметра.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Некоторые признаки, задачи и преимущества этого изобретения будут понятны по ознакомлении с этим описанием совместно с чертежами, на которых:

Фиг. 1 - блок-схема передатчика, сконфигурированного для MIMO посредством коммутации антенн в системе связи;

Фиг. 2 - блок-схема части передатчика, сконфигурированного для MIMO посредством формирования диаграммы направленности в системе связи;

Фиг. 3 - график зависимости КПД от выходной мощности усилителя мощности;

Фиг. 4 - блок-схема усовершенствованного передатчика, сконфигурированного для MIMO либо в режиме коммутации антенн, либо в режиме формирования диаграммы направленности в системе связи;

Фиг. 5 - блок-схема операций иллюстративного способа управления конфигурацией MIMO передатчика для системы связи; и

Фиг. 6 - блок-схема операций иллюстративного способа определения, возникло ли предварительно определенное условие параметра.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Данная заявка описывает конфигурации MIMO передатчиков для систем связи, например систем сотовой радиотелефонной связи, но следует понимать, что это изобретение не ограничивается подобными системами связи.

MIMO с множественными УМ и антеннами в мобильном передатчике, например, UE в системе сотовой телефонной связи, оказывает настолько большое влияние на время работы батареи, форм-фактор и сложность передатчика, что ее не следует использовать, пока ее преимущества значимо не перевесят ее недостатки. Авторы изобретения установили, что преимуществ MIMO в режимах формирования диаграммы направленности и коммутации антенн можно добиться, не приводя к недостаткам увеличенного потребления тока вследствие наличия множественных усилителей мощности.

На Фиг. 4 показана блок-схема передатчика 400, который включает в себя устройство для управления конфигурацией MIMO, например, коммутацией антенн и формированием диаграммы направленности. Аналогично фиг. 2, модулятор исключен из фиг. 4 просто для наглядности, и, таким образом, фиг. 4 демонстрирует два модулированных сигнала 1, 2, которые поступают на процессор 402 конфигурации. Сигналы, генерируемые процессором 402, поступают на УМ 404, 406, которые, например, могут быть сконфигурированы либо как два УМ с полной мощностью либо как один УМ с полной мощностью и один УМ с половиной мощности, как описано выше в связи с фиг. 2. Сигналы, генерируемые УМ, поступают на антенны 408, 410 через коммутационную схему 412.

Работа процессора 402 конфигурации, УМ 404, 406 и коммутационной схемы 412 зависит от сигналов управления, генерируемых блоком 414 управления, который может быть надлежащим образом запрограммированной электронной процессорной схемой, логической/ими схемой или схемами надлежащем конфигурации и т.д. Сигналы управления, поступающие на блок 414 управления и/или генерируемые им, указаны на фиг. 4 пунктирными линиями. Сигналы управления, выдаваемые блоком 414 управления на коммутационную схему 412, УМ 404, 406 и процессор 402 конфигурации, основаны на параметре, который соответствует потреблению тока передатчиком 400. Параметр может представлять собой собственно потребление тока, уровень передаваемой мощности передатчика или другие параметры, более подробно рассмотренные ниже, в том числе параметры, полученные из сигналов, принятых в передатчике.

Процессор 402 конфигурации, который может представлять собой надлежащим образом запрограммированную электронную процессорную схему, применяет матрицу A конфигурации к модулированным сигналам 1, 2, подлежащим передаче, до того, как эти сигналы поступят на УМ 404, 406. Например, процессор 402 может реализовать схему умножения и суммирования, в которой мультипликативные весовые коэффициенты a1, a2, a4 применяются к модулированным сигналам 1, 2, и взвешенные модулированные сигналы суммируются для формирования сигналов, поступающих на УМ. Подобная реализация полезна для модулированных сигналов 1, 2, которые можно комбинировать посредством простого суммирования, например, одного или более из сигналов выделенного канала управления пакетами (DPCCH) и выделенного канала передачи пакетных данных (DPDCH), которые UE передает в системе связи UTRA или E-UTRA.

Следует понимать, что модулированные сигналы 1, 2, в общем случае, пригодны для конкретной системы связи, в которой используется передатчик 400. Как упомянуто выше, компоновка блоков умножения и суммирования, которая реализована посредством процессора 402 конфигурации, как показано на фиг. 4, является примером, пригодным для модулированных сигналов в системах связи WCDMA и LTE. Процессор 402 конфигурации может быть сконфигурирован посредством программирования, пригодного для реализации других компоновок. Например, альтернативно объединению модулированных сигналов 1, 2, весовые коэффициенты могут быть сконфигурированы таким образом, что один из модулированных сигналов 1, 2, по сути, игнорируется, например, путем задания значений подходящей/его пары или набора весовых коэффициентов, равными нулю. Такая компоновка пригодна для модулированных сигналов 1, 2, которые невозможно объединять путем сложения (например, сигналов, которые не являются цифровыми сигналами расширенного спектра). Кроме того, следует отметить, что процессор 402 конфигурации может быть, в общем случае, сконфигурирован посредством программирования, для генерации отдельных сигналов, которые поступают на соответствующие УМ 404, 406 и передаются посредством соответствующих антенн 408, 410.

Матрица A конфигурации, реализованная посредством процессора 402, выбирается с помощью подходящего/их сигнала или сигналов управления от блока 414 управления, и выбранная матрица A может быть либо вектором или матрицей коммутации антенн, либо вектором или матрицей формирования диаграммы направленности. Таким образом, процессор 402 конфигурации выполнен с возможностью применять выбранную одну из, по меньшей мере, двух матриц A конфигурации к модулированным сигналам 1, 2, подлежащим передаче, до того, как модулированные сигналы поступят на упомянутые, по меньшей мере, два УМ 404, 406.

Управляя весовыми коэффициентами a1, a2, ..., a4, которые соответствуют элементам в матрице A=[a1, a2; a3, a4], блок 414 управления может управлять конфигурацией MIMO передатчика 400, например, переводить передатчик в режим MIMO с коммутацией антенн, направляя оба модулированных сигнала 1, 2 на один и тот же УМ, или в режим MIMO с формированием диаграммы направленности, направляя каждый из модулированных сигналов 1, 2 на соответствующий УМ. В компоновке, изображенной на фиг. 4, коммутация антенн может быть сконфигурирована путем задания a1=a3=1, в результате чего, модулированные сигналы поступают на УМ 404, или путем задания a2=a4=1, в результате чего, модулированные сигналы поступают на УМ 406. В любом случае, два других весовых коэффициента можно задать равными нулю, но это не нужно, так как другой УМ может просто отключаться или отсоединяться от антенн, что описано ниже. Формирование диаграммы направленности может быть сконфигурировано путем задания a1=a3=1, в результате чего, модулированные сигналы поступают на УМ 404, и также путем задания a2=a4=1, в результате чего, модулированные сигналы поступают на УМ 406.

Как указано на фиг. 4, передатчик 400 может быть сконфигурирован таким образом, чтобы УМ можно было управлять по отдельности, и чтобы любой из УМ 404 и УМ 406 можно было подключать к выбранной антенне с помощью операции коммутационной схемы 412. Следует понимать, что подобная конфигурация не является обязательной. В альтернативной компоновке, блок 414 управления может быть сконфигурирован для включения или отключения питания только одного конкретного УМ из УМ 404, 406, и коммутационная схема может управлять подключением другого УМ к выбранной антенне.

Например, в зависимости от, потребления тока передатчиком 400, передатчик может автономно отключать один из УМ 404, 406 и/или изменять весовые коэффициенты матрицы A и, таким образом, обеспечивать разнесение передачи посредством коммутации антенн. Как показано на фиг. 4, потребление тока может определяться блоком 414 управления любым пригодным способом, например, путем обнаружения уровня мощности передаваемых сигналов, электрических токов, потребляемых УМ, и других параметров передатчика, которые соответствуют энергопотреблению передатчика. Коммутация УМ и антенн и изменение весовых коэффициентов можно реализовать посредством надлежащего программирования блока 414 управления, который реализует способы управления конфигурацией MIMO передатчика, описанные в данной заявке.

Специалисту понятно, что в нижеследующем описании способа управления конфигурацией MIMO передатчика рассмотрен пример, в котором весовые коэффициенты матрицы a1=a3=1, и что пример, в общем случае, представляет другие компоновки, например, примеры, в которых весовые коэффициенты матрицы a2=a4=1, и примеры, в которых существует более двух УМ, более двух антенн и более четырех весовых коэффициента матрицы. Следует отметить, что конфигурация коммутационной схемы 412 соответствует антенне(ам) и УМ, выбранной(ым) согласно матрице A. Одним из преимуществ способа управления конфигурацией MIMO передатчика является тот факт, что передатчик может поддерживать разнесение передачи и демонстрировать коэффициенты усиления покрытия с приемлемым потреблением тока, что способствует увеличению времени работы батареи.

На Фиг. 5 показана блок-схема операций иллюстративного способа управления конфигурацией MIMO передатчика в системе связи, который может быть реализован, например, посредством компоновки, изображенной на фиг. 4. На этапе 502, блок 414 управления контролирует потребление тока или другой пригодный параметр передатчика 400 в его первоначальной конфигурации MIMO, и на этапе 504, блок управления определяет, возникло ли предварительно определенное условие параметра, например, увеличенное потребление тока, увеличенный уровень передаваемой мощности, получение предоставления планирования и т.д. Если условие не обнаружено ("нет" на этапе 504), последовательность операций процесса возвращается к контролю потребления тока или другого параметра. Если возникновение условия обнаружено ("да" на этапе 504), блок 414 управления автономно выбирает (этап 506), т.е. без команды от другого узла в системе связи, конфигурацию MIMO на основании этого параметра.

Если обнаруженное условие состоит в том, что блок управления определяет необходимость использования конфигурации MIMO, имеющей увеличенное потребление тока (этап 508), например, с формированием диаграммы направленности, блок управления настраивается на применение (этап 510) матрицы A в качестве матрицы формирования диаграммы направленности для сигналов, подлежащих передаче. Таким образом, передатчик 400 автономно оптимизирует весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности, которые можно рассматривать в качестве реализации управления, независимого от OLTD, посредством системы связи. Блок 414 управления также конфигурирует (этап 512) коммутационную схему 412 таким образом, что матрично-обработанные сигналы, генерируемые операцией матрицы A, направляются на обе антенны 408, 410. Блок управления также включает питание (этап 514) двух усилителей УМ 404, 406.

Если обнаруженное условие состоит в том, что блок управления определяет необходимость использования конфигурации MIMO, имеющей сниженное потребление тока (этап 516), например, с коммутацией антенн, блок управления настраивается на применение (этап 518) матрицы A в качестве матрицы коммутации антенн (например, путем задания матрицы элементов a1=a3=1 и a2=a4=0). Таким образом, передатчик 400 автономно выбирает коммутацию антенн, которую также можно рассматривать в качестве реализации управления, независимого от OLTD, посредством системы связи. Блок 414 управления также конфигурирует (этап 520) коммутационную схему 412 таким образом, что матрично-обработанные сигналы, например, сигналы, генерируемые процессором 402 конфигурации, в результате операции матрицы A направляются на антенну 408, либо на антенну 410 согласно любому пригодному алгоритму коммутации антенн, реализованному блоком 414 управления или другим устройством в передатчике 400, и блок управления также отключает (этап 522) другой(ие) УМ.

По завершении конфигурирования передатчика (т.е. после этапов 514, 522), последовательность операций процесса возвращается к контролю потребления тока передатчиком или другого параметра, представляющего интерес (этап 502), и периодическому или иного определения, возникло ли условие, представляющее интерес (этап 504).

Согласно способу, изображенному на фиг. 5, передатчик может изменять свою конфигурацию MIMO, например, переходить от формирования диаграммы направленности к коммутации антенн и обратно, и таким образом, избегать проблем, вызванных обычно высоким потреблением тока, необходимым для формирования диаграммы направленности и, в то же время, обеспечивать преимущества разнесения передачи. Необходимость в изменении конфигурации MIMO передатчика может быть обусловлена необходимостью снижения потребления тока передатчиком, которая может возникнуть вследствие того, что соотношение КПД и выходной мощности УМ обычно является нелинейным, что показано на вышеописанном фиг. 3.

Следует отметить, что алгоритмы для коммутации антенн и для выбора, какую антенну использовать, широко освещены в литературе, и могут быть легко реализованы посредством надлежащего программирования или иного конфигурирования блока 414 управления и процессора 402 конфигурации.

Также следует отметить, что вышеприведенное описание фиг. 5 можно рассматривать как реализацию OLTD, например, OLTD под управлением UE в системе сотовой радиотелефонной связи. Способ, проиллюстрированный на фиг. 5, также легко применять разными путями в передатчике, который допускает CLTD под управлением UE с помощью сети в подобной системе связи. Для CLTD с помощью сети, базовая станция или другой сетевой узел передает информацию о канале UE или другого передатчика от передатчика в сеть, и блок 414 управления использует подобную информацию при автономном выборе передатчика своей конфигурации MIMO.

Как упомянуто выше, пригодным условием увеличенного потребления тока является увеличенная передаваемая мощность, которую легко обнаружить любым пригодным способом. Уровень передаваемой мощности известен в передатчике, и во многих современных системах связи, уровень передаваемой мощности изменяется время от времени в ответ на команды управления мощностью передачи. Например, в системах связи UTRA и E-UTRA, уровень передаваемой мощности изменяется на основе интервалов времени, и поэтому изменения уровня передаваемой мощности могут происходить по одной или более причин, а именно, медленного замирания канала, изменений в относительном расстоянии между передатчиком и приемником, изменений транспортного формата канала, изменений состояния передатчика и т.д.

Авторы изобретения установили, что нужно выбирать конфигурацию MIMO, которая действительно обеспечивает преимущества как передатчика, например UE в системе сотовой радиотелефонной связи, так и приемника, например базовой станции в системе. Таким образом, определение, возникло ли условие, представляющее интерес (т.е. этап 504 на фиг. 5), может быть основано на сравнении фактического уровня передаваемой мощности или принятой команды для уровня передаваемой мощности с пригодным пороговым значением, для определения, работает ли или будет ли работать УМ вблизи или ниже уровня мощности, обозначенного Pmin, при котором УМ уже не является эффективным. Уровень Pmin передатчика 400 может быть известен передатчику из подробной спецификации УМ 404, 406 или он может определяться передатчиком посредством процедуры самостоятельной калибровки на основании измерений УМ. Пригодные методы определения спецификаций УМ и пригодные процедуры самостоятельной калибровки широко известны в литературе.

Для того, чтобы иметь надежный способ управления конфигурацией MIMO передатчика и во избежание эффектов переключения направлений передачи, которые могут ухудшать качество передаваемых сигналов вследствие быстрого изменения конфигурации, предпочтительно выбирать конфигурацию MIMO (т.е. этап 506 на фиг. 5) с гистерезисом. Таким образом, пусть P обозначает уровень передаваемой мощности передатчика, и пусть Pmin1 обозначает уровень передаваемой мощности, ниже которого считается, что УМ 404, 406 приводят к увеличению потребления тока по сравнению с единичным УМ, т.е. работают неэффективно, причем неэффективность не компенсируется преимуществом формирования диаграммы направленности. Уровень Pmin1 мощности можно именовать точкой коммутации УМ. Кроме того, пусть Pmin2 обозначает уровень передаваемой мощности, выше которого считается, что УМ 404, 406 имеют приемлемое энергопотребление по сравнению с единичным УМ, т.е. работают с увеличенным потреблением тока, которое компенсируется преимуществом формирования диаграммы направленности. Можно видеть, что Pmin1 можно регулировать как более или менее консервативно: чем ниже Pmin1, тем ниже вероятность деактивации одного из УМ и снижения энергопотребления передатчика, и наоборот. Аналогично Pmin1, Pmin2 можно регулировать для обеспечения более быстрой или более медленной активации УМ 404, 406, что позволяет быстрее или медленнее пользоваться коэффициентами усиления, обусловленными формированием диаграммы направленности.

На Фиг. 6 показана блок-схема операций иллюстративного способа выбора конфигурации MIMO передатчика с гистерезисом. На этапе 602, блок 414 управления определяет уровень P передаваемой мощности, или соответствующий параметр, и сравнивает (этап 604) P с Pmin1, который можно рассматривать в качестве первого порога. Если уровень P передаваемой мощности меньше Pmin1 ("да" на этапе 604), потребление тока передатчика снижается посредством выбора конфигурации MIMO с пониженным потреблением тока (этап 606), например, коммутации антенн (этапы 516-518).

Если уровень P передаваемой мощности не меньше Pmin1 ("нет" на этапе 604), блок 414 управления сравнивает (этап 608) уровень мощности P с Pmin2, который можно рассматривать в качестве второго порога. Если уровень P передаваемой мощности не превышает Pmin2 ("нет" на этапе 608), выбирается конфигурация MIMO с пониженным потреблением тока.

Если уровень P передаваемой мощности превышает Pmin2 ("да" на этапе 608), потребление тока передатчика увеличивается посредством выбора конфигурации MIMO с увеличенным потреблением тока (этап 610), например, формирования диаграммы направленности (этапы 508-514).

После осуществления выбора конфигурации MIMO, последовательность операций программы возвращается к этапу 602. Очевидно, при условии, что параметр P меньше второго порога Pmin2, передатчик будет реализовывать конфигурацию MIMO с пониженным потреблением тока.

Способ, проиллюстрированный на фиг. 6, можно дополнительно модифицировать для снижения вероятности многократного переключения между конфигурациями MIMO (например, между коммутацией антенн и формированием диаграммы направленности) посредством сглаживания (этап 612) измерений уровня передаваемой мощности, например с помощью регулируемого фильтра низких частот, например фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ), имеющего программируемую длину L, или фильтра с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ), имеющего программируемый коэффициент α забывания. Подобный фильтр легко реализовать, надлежащим образом программируя блок 414 управления или иное пригодное устройство в передатчике. Затем фильтрованный уровень передаваемой мощности сравнивается с порогами Pmin1, Pmin2, при определении, какую конфигурацию MIMO использовать.

Следует отметить, что способы, изображенные на фиг. 5 и 6, можно использовать, когда условием увеличенного потребления тока является прием предоставления планирования, назначенного сетью для UE в системе связи E-UTRA. Такая сеть использует улучшенные каналы абсолютного и относительного предоставления (E-AGCH и E-RGCH) для снабжения UE абсолютным или относительным пределом уровня передаваемой мощности, который UE может использовать. Эти каналы используются для того, чтобы сообщать UE, какую скорость передачи данных оно должно использовать. Абсолютное предоставление обычно используется для больших изменений скорости передачи данных, и относительное предоставление обычно используется для небольших изменений скорости передачи данных в сторону увеличения или уменьшения или для сохранения текущей скорости передачи данных.

Потребление тока передатчиком непосредственно связано со скоростью передачи данных, которую UE использует для передачи данных, и скорость передачи данных, в свою очередь, связана с уровнем передаваемой мощности. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, UE может использовать способы, представленный на фиг. 5 и 6, на основании уровня абсолютного и относительного предоставления, полученного из сети, для принятия решения, включать или отключать свои УМ. Для предоставления планирования при низкой скорости передачи данных, UE должно отключить свой второй УМ и снизить свое потребление тока (т.е. выбрать конфигурацию коммутации антенн), и для предоставления планирования при высокой скорости передачи данных UE должно использовать оба УМ (т.е. выбрать конфигурацию формирования диаграммы направленности).

Следует, конечно, принимать во внимание, что на этапе 504 в качестве инициирующего условия можно альтернативно использовать комбинацию уровня передаваемой мощности и любого или двух принятых абсолютного и относительного предоставлений планирования. Например, UE может отключать питание одного из своих УМ (и использовать коммутацию антенн) для условия предоставления планирования при низкой скорости и/или низком уровне передаваемой мощности, и UE может включать питание всех своих УМ (и использовать формирование диаграммы направленности) для условия предоставления планирования при высокой скорости и/или высоком уровне передаваемой мощности.

В зависимости от обнаруженного условия, блок 414 управления предписывает передатчику 400 воспользоваться либо своей конфигурацией с полным потреблением тока (этапы 508-514), либо своей конфигурацией с пониженным потреблением тока (этапы 518-522). Для этапов 508-514, матрица A следует принципам формирования диаграммы направленности, либо согласно указанию матрицы предварительного кодирования, поступающему на передатчик из сети в CLTD, либо автономно оптимизируя весовые коэффициенты формирования диаграммы направленности в OLTD. Для этапов 518-522, матрица A следует методологии коммутации антенн, например, a1=a3=1 и a2=a4=0.

Преимуществом способов и устройства, отвечающих этому изобретению, помимо прочего, является возможность обеспечивать лучшие компромиссы между показателями пропускной способности при разнесении передачи на восходящей линии связи, и эффективным энергопотреблением, что позволяет увеличить время работы батареи. Кроме того, гистерезис представляет способы и устройства, устойчивые к наличию замирания канала распространения. Кроме того, изменения конфигураций передатчика (переключение направлений передачи) можно уменьшить, таким образом снизив искажение передаваемых сигналов.

Специалисту понятно, что способы и устройства, описанные в данной заявке, можно реализовать во многих типах систем электронной связи, например, в системах сотовой радиотелефонной связи, включая UE и даже базовые станции в таких системах. Очевидно, что функциональные блоки, изображенные на фиг. 4, можно комбинировать и переупорядочить различными эквивалентными способами, и что многие из функций можно осуществлять с помощью одной или более надлежащим образом запрограммированных электронных цифровых сигнальных процессорных схем и других известных электронных схем. Кроме того, соединения между ними и информация, обеспеченная или передаваемая функциональными блоками, изображенными на фиг. 4, могут изменяться по-разному для обеспечения передатчика в реализации других способов, включенных в его работу.

Описанное здесь изобретение можно рассматривать как реализованное целиком в форме любого компьютерно-читаемого носителя данных, хранящего надлежащий набор инструкций для использования системой, устройством или приспособлением выполнения инструкций или совместно с ней/ним, например, компьютерной системой, системой, содержащей процессор, или другой системой, которая может считывать инструкции с носителя и выполнять инструкции. Используемой здесь термин "компьютерно-читаемый носитель" может быть любым устройством, которое может содержать, сохранять, или передавать программу для использования системой, устройством или приспособлением выполнения инструкций или совместно с ней/ним. Компьютерно-читаемый носитель может быть, например, но без ограничения, электронной(ым), магнитной(ым), оптической(им), электромагнитной(ым), инфракрасной(ым) или полупроводниковой системой, устройством или приспособлением. Более конкретные примеры (неполный список) компьютерно-читаемого носителя включают в себя электрическое соединение, имеющее один или более проводов, портативную компьютерную дискету, ОЗУ, ПЗУ, и стираемую программируемую постоянную память (СППЗУ или флэш-память).

Предполагается, что это изобретение можно реализовать в разнообразных средах, включая, например, мобильные устройства связи. Также следует иметь в виду, что процедуры, описанные выше, повторно осуществляются при необходимости. Для облегчения понимания, аспекты изобретения описаны применительно к последовательностям действий, которые можно осуществлять посредством, например, элементов программируемой компьютерной системы. Следует признать, что различные действия можно осуществлять с помощью специализированных схем (например, дискретных логических вентилей, соединенных между собой для осуществления специализированной функции, или специализированных интегральных схем), посредством программных инструкций, выполняемых одним или более процессорами, или их комбинацией.

Таким образом, изобретение можно реализовать в многочисленных различных формах, не все из которых описаны выше, и объем изобретения охватывает все подобные формы. Для каждого из различных аспектов изобретения, любая подобная форма может именоваться “логикой, сконфигурированной для” осуществления описанного действия, или, альтернативно, "логикой, которая" осуществляет описанное действие. Следует подчеркнуть, что термины "содержит" и "содержащий", используемые в данной заявке, указывают наличие изложенных признаков, целых чисел, этапов или компонентов и не исключают наличия или добавления одного или более других признаков, целых чисел, этапов, компонентов или их групп.

Вышеописанные конкретные варианты осуществления являются исключительно иллюстративными и не подлежат рассмотрению в порядке какого-либо ограничения.

Изобретение относится к беспроводной связи. Система с множественными входами и множественными выходами (MIMO) с множественными усилителями мощности и антеннами в мобильном передатчике, например, пользовательском оборудовании для системы сотовой телефонной связи, оказывает настолько большое влияние на время работы батареи, форм фактор и сложность передатчика, что ее не следует использовать, пока ее преимущества значимо не перевесят ее недостатки. Способы и устройства обеспечивают получение преимуществ MIMO за счет формирования диаграммы направленности и коммутации антенн, не приводя к недостаткам увеличенного потребления тока вследствие наличия множественных усилителей мощности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ управления конфигурацией множественных входов и множественных выходов (MIMO) в передатчике для системы связи, причем передатчик (400) содержит по меньшей мере две антенны (408, 410), по меньшей мере два усилителя (404, 406), коммутационную схему (412), сконфигурированную для подключения упомянутых по меньшей мере двух усилителей к упомянутым по меньшей мере двум антеннам, и процессор (402) конфигурации, сконфигурированный для применения выбранной одной из по меньшей мере двух матриц конфигурации к модулированным сигналам (1, 2), подлежащим передаче до поступления модулированных сигналов на упомянутые по меньшей мере два усилителя, причем каждая из упомянутых по меньшей мере двух матриц конфигурации соответствует соответствующей конфигурации MIMO, причем способ содержит этапы, на которых:

(a) контролируют (502) параметр, который соответствует потреблению тока передатчиком;

(b) определяют (504), возникло ли предварительно определенное условие параметра; и

(c) если определено, что предварительно определенное условие возникло, автономно выбирают (506) конфигурацию MIMO на основании упомянутого параметра, причем выбор конфигурации MIMO на основании упомянутого параметра включает в себя определение (516) снизить потребление тока, и, если определено снизить потребление тока, применения (518) матрицы коммутации антенн к модулированным сигналам, подлежащим передаче, и конфигурирования (520) коммутационной схемы таким образом, чтобы матрично-обработанные сигналы, подлежащие передаче, направлялись на один из упомянутых по меньшей мере двух усилителей и одну из упомянутых по меньшей мере двух антенн.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором:

когда коммутационная схема выполнена таким образом, что матрично-обработанные сигналы, подлежащие передаче, направляются на один из упомянутых по меньшей мере двух усилителей и одну из упомянутых по меньшей мере двух антенн, отключают (522) другие из упомянутых по меньшей мере двух усилителей.

3. Способ по п. 1, в котором автономный выбор конфигурации MIMO содержит выбор матрицы конфигурации, причем матрица конфигурации содержит вектор или матрицу коммутации антенн, или вектор или матрицу формирования диаграммы направленности.

4. Способ по п. 3, в котором выбор (506) конфигурации MIMO на основании упомянутого параметра включает в себя определение (508) использовать конфигурацию MIMO, имеющую увеличенное потребление тока, и, если определено использовать конфигурацию MIMO, имеющую увеличенное потребление тока, применения (510) матрицы формирования диаграммы направленности к сигналам, подлежащим передаче, и конфигурирования (512) коммутационной схемы таким образом, чтобы матрично-обработанные сигналы, подлежащие передаче, направлялись на все из упомянутых по меньшей мере двух усилителей и все из упомянутых по меньшей мере двух антенн.

5. Способ по п. 1, в котором конфигурацию MIMO выбирают на основании информации о канале связи от передатчика, принятой передатчиком.

6. Способ по п. 3, в котором определение (504), возникло ли предварительно определенное условие параметра, содержит сравнение (604) принятой команды для уровня передаваемой мощности или фактического уровня (Р) передаваемой мощности с первым пороговым значением (Pmin1), и, если принятая команда для уровня передаваемой мощности или фактического уровня (Р) передаваемой мощности меньше первого порогового значения (Pmin1), применение (518) матрицы коммутации антенн к сигналам, подлежащим передаче.

7. Способ по п. 6, в котором определение (504), возникло ли предварительно определенное условие параметра, дополнительно включает в себя, если принятая команда для уровня передаваемой мощности или фактического уровня (Р) передаваемой мощности не меньше первого порогового значения, сравнение (608) принятой команды для уровня передаваемой мощности или фактического уровня (Р) передаваемой мощности со вторым пороговым значением (Pmin2), и когда принятая команда для уровня передаваемой мощности или фактического уровня (Р) передаваемой мощности превышает второе пороговое значение (Pmin2), применение (510) матрицы формирования диаграммы направленности к сигналам, подлежащим передаче, и конфигурирование (512) коммутационной схемы таким образом, чтобы матрично-обработанные сигналы, подлежащие передаче, направлялись на все из упомянутых по меньшей мере двух усилителей и все из упомянутых по меньшей мере двух антенн.

8. Способ по любому из пп. 6 или 7, в котором определение (504), возникло ли предварительно определенное условие параметра, обусловлено любым из изменения транспортного формата канала и изменения состояния передатчика.

9. Устройство (414) для управления конфигурацией множественных входов и множественных выходов (MIMO) в передатчике (400) для системы связи, причем передатчик содержит по меньшей мере две антенны (408, 410), по меньшей мере два усилителя (404, 406), коммутационную схему (412), сконфигурированную для подключения упомянутых по меньшей мере двух усилителей к упомянутым по меньшей мере двум антеннам, и процессор (402) конфигурации, сконфигурированный для применения выбранной одной из по меньшей мере двух матриц конфигурации к модулированным сигналам (1, 2), подлежащим передаче до поступления модулированных сигналов на упомянутые по меньшей мере два усилителя, причем каждая из упомянутых по меньшей мере двух матриц конфигурации соответствует соответствующей конфигурации MIMO, причем устройство содержит:

электронную процессорную схему, сконфигурированную для контроля параметра, который соответствует потреблению тока передатчиком; для определения, возникло ли предварительно определенное условие параметра; и если определено, что предварительно определенное условие возникло, для автономного выбора конфигурации MIMO на основании упомянутого параметра, причем электронная процессорная схема сконфигурирована для выбора конфигурации MIMO на основании упомянутого параметра посредством, по меньшей мере, определения для снижения потребления тока, применения матрицы коммутации антенн к сигналам, подлежащим передаче, и конфигурирования коммутационной схемы таким образом, чтобы матрично-обработанные сигналы, подлежащие передаче, направлялись на один из упомянутых по меньшей мере двух усилителей и одну из упомянутых по меньшей мере двух антенн.

10. Устройство по п. 9, в котором электронная процессорная схема конфигурирует коммутационную схему таким образом, чтобы один из упомянутых по меньшей мере двух усилителей подключался к выбранной одной из упомянутых по меньшей мере двух антенн, а другие из упомянутых по меньшей мере двух усилителей отключались.

11. Устройство по п. 9, в котором автономный выбор конфигурации MIMO содержит выбор матрицы конфигурации, причем матрица конфигурации содержит вектор или матрицу коммутации антенн, или вектор или матрицу формирования диаграммы направленности.

12. Устройство по п. 11, в котором электронная процессорная схема сконфигурирована для выбора конфигурации MIMO на основании упомянутого параметра посредством, по меньшей мере, определения для использования конфигурации MIMO, имеющей увеличенное потребление тока, применения матрицы формирования диаграммы направленности к сигналам, подлежащим передаче, и конфигурирования коммутационной схемы таким образом, чтобы матрично-обработанные сигналы, подлежащие передаче, направлялись на все из упомянутых по меньшей мере двух усилителей и все из упомянутых по меньшей мере двух антенн.

13. Устройство по п. 9, в котором электронная процессорная схема сконфигурирована для выбора конфигурации MIMO на основании информации о канале связи от передатчика, принятой передатчиком.

14. Устройство по п. 11, в котором электронная процессорная схема сконфигурирована для определения, возникло ли предварительно определенное условие параметра, посредством, по меньшей мере, сравнения принятой команды для уровня передаваемой мощности или фактического уровня передаваемой мощности с первым пороговым значением, и, когда принятая команда для уровня передаваемой мощности или фактического уровня передаваемой мощности меньше первого порогового значения, применения матрицы коммутации антенн к сигналам, подлежащим передаче.

15. Устройство по п. 14, в котором определение, возникло ли предварительно определенное условие параметра, дополнительно включает в себя, если принятая команда для уровня передаваемой мощности или фактического уровня передаваемой мощности не меньше первого порогового значения, сравнение принятой команды для уровня передаваемой мощности или фактического уровня передаваемой мощности со вторым пороговым значением, и когда принятая команда для уровня передаваемой мощности или фактического уровня передаваемой мощности превышает второе пороговое значение, применение матрицы формирования диаграммы направленности к сигналам, подлежащим передаче, и конфигурирование коммутационной схемы таким образом, чтобы матрично-обработанные сигналы, подлежащие передаче, направлялись на все из упомянутых по меньшей мере двух усилителей и все из упомянутых по меньшей мере двух антенн.

16. Устройство по любому из пп. 14 или 15, в котором определение, возникло ли предварительно определенное условие параметра, обусловлено любым из изменения транспортного формата канала и изменения состояния передатчика.