СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕЖСОТОВОГО ПРИРОСТА МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ В БЕСПРОВОДНЫХ СОТОВЫХ СИСТЕМАХ ПОСРЕДСТВОМ ТЕХНОЛОГИИ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВХОДА - РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВЫХОДА Российский патент 2022 года по МПК H04L25/03 

Смежные заявки

Настоящая заявка может относиться к представленным ниже патентам США или заявкам на патенты США, находящимся на одновременном рассмотрении.

Заявка на патент США с сер. № 13/633,702, озаглавленная «Системы и способы организации беспроводной транспортной сети связи в беспроводных системах с распределенным входом — распределенным выходом».

Заявка на патент США с сер. № 13/475,598, озаглавленная «Системы и способы увеличения пространственного разнесения в беспроводных системах с распределенным входом - распределенным выходом».

Заявка на патент США с сер. № 13/233,006, озаглавленная «Система и способы планового развития и устаревания многопользовательского спектра».

Заявка на патент США с сер. № 13/232,996, озаглавленная «Системы и способы использования областей когерентности в беспроводных системах».

Заявка на патент США с сер. № 13/464,648, озаглавленная «Система и способы компенсации эффектов Доплера в системах с распределенным входом — распределенным выходом».

Заявка на патент США с сер. № 12/917,257, озаглавленная «Системы и способы координации передач в распределенных беспроводных системах посредством кластеризации пользователей».

Заявка на патент США с сер. № 12/802,988, озаглавленная «Контроль помех, эстафетная передача, управление мощностью и адаптация линий связи в системах связи с распределенным входом — распределенным выходом (DIDO)».

Заявка на патент США с сер. № 12/802,974, озаглавленная «Система и способ управления межкластерной эстафетной передачей клиентов, проходящих через множество кластеров DIDO».

Заявка на патент США с сер. № 12/802,989, озаглавленная «Система и способ управления эстафетной передачей клиента между разными сетями с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO) на основе определения скорости клиента».

Заявка на патент США с сер. № 12/802,958, озаглавленная «Система и способ управления мощностью и группировки антенн в сети с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO)».

Заявка на патент США с сер. № 12/802,975, озаглавленная «Система и способ адаптации линий связи в системах DIDO с несколькими несущими».

Заявка на патент США с сер. № 12/802,938, озаглавленная «Система и способ интерполяции предварительного кодирования в системах DIDO с несколькими несущими».

Заявка на патент США с сер. № 12/630,627, озаглавленная «Система и способ беспроводной связи с распределенными антеннами».

Патент США № 8,170,081, выданный 1 мая 2012 г., озаглавленный «Система и способ регулирования подавления помех в системах DIDO на основе измерений мощности сигнала».

Патент США № 8,160,121, выданный 17 апреля 2012 г., озаглавленный «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом — распределенным выходом».

Патент США № 7,885,354, выданный 8 февраля 2011 г., озаглавленный «Система и способ повышения качества связи за счет волн с почти вертикальным ионосферным отражением (NVIS) с применением пространственно-временного кодирования».

Патент США № 7,711,030, выданный 4 мая 2010 г., озаглавленный «Система и способ связи с пространственно-мультиплексированным тропосферным рассеянием».

Патент США № 7,636,381, выданный 22 декабря 2009 г., озаглавленный «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом».

Патент США № 7,633,994, выданный 15 декабря 2009 г., озаглавленный «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом».

Патент США № 7,599,420, выданный 6 октября 2009 г., озаглавленный «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом — распределенным выходом».

Патент США № 7,418,053, выданный 26 августа 2008 г., озаглавленный «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом — распределенным выходом».

Уровень техники

За последние три десятка лет во всем мире на рынке беспроводной сотовой связи наблюдается рост числа абонентов, который сопровождается ростом спроса на более качественные услуги, со смещением от голосовых данных к навигации по веб-страницам и потоковому видео HD в реальном времени. Этот растущий спрос на услуги, требующие более высокой скорости передачи данных, более низкой задержки и повышенной надежности, стимулировал радикальное развитие беспроводных технологий за счет разных стандартов, начиная с аналоговых стандартов AMPS и TACS первого поколения (для голосовых услуг) в начале 1980-х, затем цифровых стандартов GSM 2G и 2.5G, IS-95 и GPRS (для голосовых услуг и услуг передачи данных) в 1990-х, 3G с поддержкой технологий UMTS и CDMA2000 (для навигации по веб-страницам) в начале 2000-х и, наконец, стандарта LTE (для высокоскоростного интернет-соединения), который в настоящее время развертывается в разных странах по всему миру.

Стандарт долгосрочного развития (LTE) представляет собой стандарт, разработанный в рамках Партнерского проекта по системам 3-го поколения (3GPP) для беспроводных сотовых систем четвертого поколения (4G). С помощью технологии LTE теоретически можно добиться 4-кратного повышения спектральной эффективности нисходящих линий связи в сравнении с предыдущими стандартами 3G и HSPA+, благодаря использованию пространственных компонент беспроводных каналов посредством технологии множественного входа - множественного выхода (MIMO). Стандарт LTE-Advanced представляет собой развитие стандарта LTE и в настоящее время проходит стандартизацию. Теоретически он позволит добиться 8-кратного повышения спектральной эффективности в сравнении с системами стандарта 3G.

Несмотря на такое развитие технологий, высока вероятность того, что в последующие три года операторы беспроводных систем связи не смогут удовлетворить растущую потребность в скорости передачи данных вследствие роста рынка смартфонов и планшетов, использующих приложения, обрабатывающие большие объемы данных, такие как потоковое видео высокой четкости (HD) в реальном времени, видеоконференции и игры. По оценкам, в Европе с 2011 до 2015 г. пропускная способность беспроводных сетей возрастет в 5 раз благодаря усовершенствованным технологиям, таким как LTE, а также выделению правительством дополнительного диапазона частот [25]. Например, Федеральная комиссия по связи (FCC) в рамках Национального плана развития широкополосного доступа к 2020 г. планирует высвободить диапазон 500 МГц (из которых 300 МГц будут доступны к 2015 г.) для обеспечения возможности беспроводного подключения к сети интернет на территории США [24]. К сожалению, по прогнозам для Европы [25], к 2015 г. использование пропускной способности в сравнении с 2011 г. возрастет в 23 раза, а аналогичный дефицит диапазона в США ожидается к 2014 г. [26–27]. В связи с необходимостью в такой обработке данных доходы операторов беспроводной связи могут оказаться ниже их капитальных (CAPEX) и операционных (OPEX) затрат, что потенциально может оказать разрушительное влияние на рынок беспроводной связи [28].

Поскольку прирост пропускной способности, обеспечиваемый размещением технологии LTE и расширением спектра частот, недостаточен, единственное предполагаемое решение для предотвращения надвигающегося кризиса, связанного с дефицитом спектра частот, заключается во внедрении новых беспроводных технологий [29]. Ожидается, что стандарт LTE-Advanced (развитие стандарта LTE) позволит получить дополнительный прирост в сравнении с LTE за счет использования передовых методик MIMO, а также путем повышения плотности «малых сот» [30]. Тем не менее, существуют ограничения на число сот, которые можно разместить на определенной площади без возникновения проблем, связанных с интерференцией, или без повышения сложности транспортной сети, обеспечивающей координацию между сотами.

Одну из многообещающих технологий, которая сможет на порядок повысить спектральную эффективность беспроводных линий связи, но при этом свободна от ограничений, присущих обычным сотовым системам, представляет собой технология распределенного входа - распределенного выхода (DIDO) (см. смежные патенты и заявки, перечисленные выше в [0002–0020]). В настоящем изобретении описана технология DIDO, использованная в контексте сотовых систем (таких как LTE или LTE-Advanced) как в условиях ограничений, налагаемых стандартами сотовой связи, так в их отсутствие, для обеспечения значительных преимуществ по производительности в сравнении с обычными беспроводными системами. Сначала будет представлен краткий обзор технологии MIMO и анализ разных пространственных методик обработки сигнала, которые используются в стандартах LTE и LTE-Advanced. Затем будет продемонстрировано, каким образом настоящее изобретение обеспечивает значительный прирост пропускной способности в беспроводных системах следующего поколения в сравнении с подходами предшествующего уровня техники.

В технологии MIMO используют множество антенн на сторонах передатчика и приемника беспроводной линии связи и применяют пространственную обработку для повышения надежности линии связи посредством методик разнесения (т.е. прирост за счет разнесения) или обеспечения более высокой скорости передачи данных посредством схем мультиплексирования (т.е. прирост за счет мультиплексирования) [1–2]. Коэффициент усиления при разнесенном приеме - это мера повышения устойчивости сигнала к замиранию, в результате чего повышается отношение сигнал-шум (SNR) для фиксированной скорости передачи данных. В схемах мультиплексирования прирост обеспечивается за счет использования дополнительных пространственных степеней свободы беспроводного канала для повышения скорости передачи данных с фиксированной вероятностью ошибки. Базовые условия согласования разнесенного приема и мультиплексирования в системах MIMO были описаны в [3–4].

В реализованных на практике системах MIMO могут применять методики адаптации линии связи для динамического переключения между схемами разнесения и мультиплексирования в зависимости от условий распространения сигнала [20–23]. Например, на схемах адаптации линии связи, описанных в [22–23], показано, что в режиме с низким SNR или при наличии каналов, характеризующихся низкой пространственной селективностью, предпочтительно использовать формирование луча или ортогональные пространственно-временные блочные коды (OSTBC). Напротив, пространственное мультиплексирование может обеспечить значительный прирост скорости передачи данных по каналам с высоким SNR и высокой пространственной селективностью. Например, на Фиг. 1 показано, что соты можно разделить на две зоны: i) зону 101 мультиплексирования, характеризующуюся высоким отношением SNR (вследствие близости к вышке сотовой связи или базовой станции), в которой для повышения скорости передачи данных можно использовать пространственные степени свободы канала посредством пространственного мультиплексирования; ii) зону 102 разнесенного приема или границу соты, где методики пространственного мультиплексирования не столь эффективны, а для повышения отношения SNR и улучшения покрытия можно использовать способы разнесения (приводящие лишь к незначительному повышению скорости передачи данных). Обратите внимание, что на Фиг. 1, на круге, изображающем макросоту 103, заштрихованная центральная часть круга обозначает «зону мультиплексирования», а незаштрихованная внешняя часть круга — «зону разнесенного приема». Это обозначение зон использовано на Фиг. 1, 3–5, где заштрихованная область представляет собой «зону мультиплексирования», а незаштрихованная область — «зону разнесенного приема», даже если на них отсутствуют обозначения. Например, такое обозначение использовано для малой соты 104 на Фиг. 1.

Стандарты LTE (версия 8) и LTE-Advanced (версия 10) определяют множество из десяти режимов передачи (TM), включающих либо схемы разнесения, либо схемы мультиплексирования [35, 85–86]:

• Режим 1: одноантенный порт, порт 0

• Режим 2: разнесенная передача

• Режим 3: разнесение с большой величиной циклической задержки (CDD), расширение пространственного мультиплексирования без обратной связи для однопользовательской MIMO (SU-MIMO)

• Режим 4: пространственное мультиплексирование с обратной связью для SU-MIMO

• Режим 5: многопользовательская MIMO (MU-MIMO)

• Режим 6: пространственное мультиплексирование с обратной связью с применением одного уровня передачи

• Режим 7: одноантенный порт, опорные сигналы (RS), характерные для UE (порт 5)

• Режим 8: одно- или двухуровневая передача с RS, характерными для UE (порты 7 и/или 8)

• Режим 9: SU-MIMO с обратной связью с использованием от одного до максимум восьми уровней (добавлен в версии 10)

• Режим 10: многоуровневая SU-MIMO с обратной связью с использованием максимум восьми уровней (добавлен в версии 10)

Ниже описаны схемы разнесения и мультиплексирования, обычно применяемые в сотовых системах, а также конкретные способы, используемые в стандарте LTE, как указано выше, и сравнение схем с методиками, уникальными для систем связи DIDO. Прежде всего, определены два типа способов передачи: i) внутрисотовые способы (с использованием микроразнесения в сотовых системах) с применением множества антенн для повышения надежности линии связи или увеличения скорости передачи данных внутри одной соты; ii) межсотовые способы (с использованием макроразнесения), обеспечивающие взаимодействие между сотами и получение дополнительного прироста при разнесении или мультиплексировании. После этого описано, каким образом настоящее изобретение обеспечивает значительные преимущества (включая прирост пропускной способности диапазона) в сравнении с предшествующим уровнем техники.

1. Внутрисотовые способы разнесения

Внутрисотовые способы разнесения действуют внутри одной соты и выполнены с возможностью повышения отношения SNR в сценариях с низким качеством линии связи (например, в случае с пользователями на границе соты, получающими сигнал от центральной вышки или базовой станции с высокими потерями в среде распространения). В системах связи MIMO используются такие типичные схемы разнесенного приема, как формирование луча [5–11] и ортогональные пространственно-временные блоковые коды (OSTBC) [12–15].

Стандарт LTE поддерживает такие методики разнесения, как разнесенная передача, предварительное кодирование ранга 1 с обратной связью и выделенное формирование луча [31–35]. Схема разнесенной передачи поддерживает две или четыре передающих антенны для нисходящей линии связи (DL) и лишь две антенны для восходящей линии связи (UL). В канале DL она реализована посредством пространственно-частотных блоковых кодов (SFBC), объединенных с разнесенной передачей с переключением частоты (FSTD) для использования пространственной и частотной селективности [31]. Предварительное кодирование ранга 1 позволяет создать выделенный луч к одному пользователю на основе квантованных весовых коэффициентов, выбираемых из кодовой книги (предварительно созданной с применением методик ограниченной обратной связи [36–42]), с целью сокращения затрат, связанных с обеспечением обратной связи от пользовательского оборудования (UE) к базовой приемопередающей станции (BTS 105 на Фиг. 1 или eNodeB в терминологии LTE). Альтернативно весовые коэффициенты при формировании выделенного луча также могут быть рассчитаны на основе опорного сигнала для конкретного UE.

2. Внутрисотовые способы мультиплексирования

Схемы мультиплексирования MIMO [1, 19] обеспечивают прирост скорости передачи данных в режиме высокого отношения SNR и в сценариях с достаточным числом пространственных степеней свободы в канале (например, в случае сред с высокими уровнями многолучевого распространения и пространственной избирательности [16–18]) для поддержания множества параллельных потоков данных по беспроводным линиям связи.

Стандарт LTE поддерживает разные методики мультиплексирования для однопользовательских схем MIMO (SU-MIMO) и многопользовательских схем MIMO (MU-MIMO) [31]. У схем SU-MIMO есть два режима работы: i) режим с обратной связью, в котором используется ответная информация от абонентского оборудования (UE) для выбора весовых коэффициентов предварительного кодирования DL; ii) режим без обратной связи, применяемый, когда обратная связь от UE недоступна или когда UE перемещается слишком быстро для того, чтобы поддерживать схемы с обратной связью. В схемах с обратной связью применяется множество предварительно рассчитанных весовых коэффициентов, выбранных из кодовой книги. Эти весовые коэффициенты могут поддерживать две или четыре передающих антенны и от одного до четырех параллельных потоков данных (определяемых по числу слоев матрицы предварительного кодирования) в зависимости от запроса UE и решения, принимаемого планировщиком на BTS. В LTE-Advanced будут включены новые режимы передачи вплоть до MIMO 8x8 с возможностью обеспечивать максимальное повышение спектральной эффективности в 8 раз посредством пространственной обработки сигнала [62].

Схемы MU-MIMO определены как для каналов UL, так и для каналов DL [31, 50]. Что касается UL, то каждое UE направляет на BTS опорный сигнал, состоящий из циклически смещенной версии последовательности Задова-Чу [33]. Эти опорные сигналы ортогональны, так что BTS может оценить канал от всех UE и демодулировать потоки данных от множества UE одновременно посредством пространственной обработки. На линии DL весовые коэффициенты предварительного кодирования для разных UE выбираются из кодовых книг на основе обратной связи от UE и планировщика (аналогично схемам SU-MIMO с обратной связью), и для каждого UE разрешено только предварительное кодирование 1 ранга (например, каждое UE принимает только один поток данных).

Методики внутрисотового мультиплексирования, в которых применяется пространственная обработка, обеспечивают удовлетворительную производительность только в сценариях распространения, характеризующихся высоким значением отношения SNR (или отношения сигнал-смесь помехи с шумом (SINR)) и высокой пространственной избирательностью (среды с высоким уровнем многолучевого распространения). В обычных макросотах эти условия могут быть труднодостижимы, так как BTS, как правило, расположены далеко от UE, а распределение SINR, как правило, центрировано при низких значениях [43]. В этих сценариях схемы MU-MIMO или методики разнесения могут быть лучшим выбором, чем SU-MIMO с пространственным мультиплексированием.

Другие методики и сетевые решения, предполагаемые к использованию в стандарте LTE-Advanced для получения дополнительного прироста за счет мультиплексирования (не требующего пространственной обработки по MIMO), представляют собой агрегирование несущих (CA) и малые соты. CA [30, 44–47] объединяет разные части диапазона радиочастот (РЧ) для расширения полосы пропускания сигнала до 100 МГц [85], таким образом давая более высокие скорости передачи данных. Внутриполосная CA объединяет разные полосы в пределах одной и той же части диапазона. Таким образом, она может использовать одну и ту же цепь РЧ для множества каналов, и множество потоков данных рекомбинируются с помощью программного обеспечения. При межполосной CA для работы в разных частях диапазона требуются разные цепи РЧ и обработка сигнала для рекомбинации множества потоков данных из разных полос.

Основная идея малых сот [30, 47] заключается в уменьшении размера обычных макросот, что обеспечивает более высокие плотность сот и пропускную способность на площадь покрытия. Как правило, малые соты размещают с использованием недорогих точек 106 доступа с малой мощностью передачи (как показано на Фиг. 1) в отличие от дорогих высоких вышек сотовой связи, применяемых в макросотах. В LTE-Advanced определены два типа малых сот: i) метросоты для установки снаружи зданий в городских зонах, которые поддерживают от 32 до 64 пользователей одновременно, и ii) фемтосоты для использования внутри зданий, которые обслуживают не более 4 активных пользователей. Одним из преимуществ малых сот является то, что плотность UE, находящихся близко к BTS, статистически выше, что дает лучшее значение SNR, чем можно получить посредством пространственного мультиплексирования для повышения скорости передачи данных. Тем не менее, многие вопросы по практическому развертыванию малых сот, в особенности вопросы, связанные с транспортной сетью, все еще требуют решения. В действительности доступ к BTS каждой малой соты посредством высокоскоростных проводных соединений может быть сложной задачей, в особенности если учитывать высокую плотность метросот и фемтосот на заданной площади покрытия. Хотя транспортную сеть с прямой видимостью (LOS) для малых сот часто можно реализовать экономично в сравнении с проводной транспортной сетью, зачастую отсутствуют практичные способы создания транспортной сети LOS в предпочтительных местах размещения BTS малых сот, а также общее решение беспроводной транспортной сети без прямой видимости (NLOS) для BTS малых сот. Кроме того, требуются сложная координация в реальном времени между станциями BTS малых сот, чтобы избежать интерференции, как в самоорганизованных сетях (SON) [30, 51–52], и сложные инструменты планирования сот (даже более сложные, чем в обычных сотовых системах, из-за более высокой плотности малых сот) для проектирования их оптимального размещения [48, 49]. Наконец, ограничивающим фактором при размещении малых сот является эстафетная передача, особенно в сценариях с одновременным переходом групп абонентов из одной соты в другую, что приводит к большим затратам на эстафетную передачу по транспортной сети связи и, как следствие, к высокой задержке и неминуемым обрывам вызовов.

Легко показать, что не существует общего практического решения, обеспечивающего сосуществование малых сот с макросотами и позволяющего достичь оптимальной или хотя бы повышенной пропускной способности. Множество подобных неразрешимых ситуаций включает и такую, когда малую соту размещают таким образом, что устройства UE в ней неизбежно перекрываются с передачей в макросоте, а малая сота и макросота используют одни частоты, чтобы обратиться к соответствующим устройствам UE. В этой ситуации очевидно, что передача в макросотах будет интерферировать с передачей в малых сотах. Хотя может существовать подход, ограничивающий такую интерференцию в конкретных условиях для конкретной макросоты, конкретной малой соты, конкретных задействованных UE макросоты и малой соты, требований к пропускной способности этих UE, а также условий среды распространения, любой из таких подходов будет высокоспецифичным не только для статичного плана макросоты и малой соты, но и для динамических условий конкретного интервала времени. Как правило, невозможно достичь полной пропускной способности канала до каждого UE.

3. Межсотовые способы разнесения

В неоднородной сети (HetNet) [90], в которой макросоты сосуществуют с малыми сотами (например, метросотами, пикосотами и фемтосотами), необходимо использовать различные методики устранения межсотовой интерференции. Хотя сети HetNet благодаря наличию малых сот обеспечивают лучшее покрытие, прирост скорости передачи данных незначителен, поскольку они требуют совместного использования спектра с помощью различных схем повторного использования частот или применения пространственной обработки для устранения интерференции, а не для получения прироста мультиплексирования. В стандартах LTE схемы координации межсотовой интерференции (ICIC) используют для устранения интерференции главным образом на границе соты. Существуют два типа способов ICIC: с автономными сотами и с координацией между станциями BTS.

Схемы ICIC с автономными сотами позволяют избежать межсотовой интерференции с помощью различных схем повторного использования частот, изображенных на Фиг. 2, где шестиугольники представляют соты, а разные цвета относятся к разным несущим частотам. В стандарте LTE рассматривают три типа схем: i) полное повторное использование (или повторное использование 1), при котором соты используют всю доступную полосу пропускания, как показано на Фиг. 2a, таким образом создавая высокий уровень интерференции на границе соты; ii) жесткое повторное использование (HFR), при котором каждой соте назначается отдельная полоса частот, как показано на Фиг. 2b (в этом случае коэффициент повторного использования обычно равен 3), для устранения интерференции между смежными сотами; iii) частичное повторное использование (FFR), при котором центру соты назначается вся доступная полоса пропускания, как в случае повторного использования 1, в то время как граница соты работает в режиме HFR для снижения межсотовой интерференции, как показано на Фиг. 2c.

Способы ICIC с координацией обеспечивают взаимодействие между станциями BTS для повышения производительности беспроводных сетей. Данные методики представляют собой особый случай способов, перечисленных в смежных патентах и заявках [0002-0022], обеспечивающих взаимодействие между беспроводными приемопередатчиками в общем случае распределенных антенных сетей для множества UE, все из которых используют одну и ту же частоту одновременно. Взаимодействие между BTS для устранения межсотовой интерференции в конкретном случае сотовых систем для одного UE в заданное время при заданной частоте было описано в [53]. В системе, описанной в [53], каждую макросоту подразделяли на множество подсот и обеспечивали мягкую эстафетную передачу между подсотами с использованием формирования выделенного луча от скоординированных BTS для повышения надежности линии связи на одном UE и на одной частоте по мере его перемещения вдоль границ подсоты.

Недавно этот класс взаимодействующих беспроводных сотовых сетей определили в литературе о MIMO как системы «сетевой MIMO» или «скоординированную многоточку» (CoMP). Теоретический анализ и моделирование результатов преимуществами, полученными в сетевом MIMO путем устранения межсотовой интерференции, представлены в [54–61]. Ключевым преимуществом систем сетевой MIMO и CoMP является устранение межсотовой интерференции в перекрывающихся зонах сот, обозначенных как «зона 301 интерференции» на Фиг. 3 в случае макросот 302.

Сети CoMP активно вводят в стандарт LTE-Advanced как решение, позволяющее ограничить межсотовую интерференцию в сотовых сетях следующего поколения [62–64]. К настоящему времени для включения в стандарт предложили три решения CoMP для устранения межсотовой интерференции: i) скоординированное планирование/формирование луча (CS/CB), при которых устройство UE принимает свой поток данных только от одной станции BTS посредством формирования луча, а между станциями BTS разрешена координация для устранения интерференции посредством методик формирования луча или планирования; ii) динамический выбор соты (DCS), при котором сота выбирается динамически для каждого устройства UE на основе подкадров, явным для устройства UE образом; iii) совместная передача (JT), при которой данные для конкретного устройства UE совместно передаются от множества станций BTS для повышения качества полученного сигнала и устранения межсотовой интерференции. CoMP-JP дает больший прирост, чем CoMP-CS/CB, при более высоких затратах в транспортной сети связи на обеспечение координации между станциями BTS.

4. Межсотовые способы мультиплексирования

Многопользовательские беспроводные системы предшествующего уровня техники усложняют и налагают ограничения на беспроводные сети, в результате чего на работу конкретного пользователя (например, в отношении доступной пропускной способности, задержки, предсказуемости, надежности) влияет факт использования спектра другими пользователями в пределах зоны. Учитывая растущий спрос на совокупную пропускную способность в пределах диапазона беспроводной связи, совместно используемого множеством пользователей, а также растущее число приложений, основанных на надежности, предсказуемости и низкой задержке многопользовательской беспроводной сети для заданного пользователя, очевидно, что многопользовательская технология беспроводной связи предшествующего уровня техники имеет множество ограничений. Действительно, при ограниченной доступности спектра, пригодного для определенных типов беспроводной связи (например, длины волн, которые могут эффективно проникать через стены здания), беспроводных способов предшествующего уровня техники будет недостаточно для удовлетворения растущего спроса на пропускную способность, которая надежна, предсказуема и обладает низкой задержкой.

Способы разнесения и мультиплексирования предшествующего уровня техники могут теоретически обеспечить 4-кратное повышение пропускной способности в текущих сотовых сетях для технологии LTE (за счет MIMO 4x4) или теоретически 8-кратное повышение для технологии LTE-Advanced (за счет MIMO 8x8), хотя более высокие порядки MIMO дают меньшее повышение пропускной способности в конкретной среде с многолучевым распространением, в особенности учитывая, что устройства UE (например, смартфоны) становятся меньше и более ограниченными в отношении возможности размещения антенны. Другие незначительные показатели прироста пропускной способности в сотовых системах следующего поколения могут быть получены за счет выделения дополнительного диапазона (например, в рамках Национального плана развития широкополосного доступа FCC), используемого посредством методик агрегирования несущих, и более плотного распределения BTS посредством сетей с малыми сотами и SON [30, 46]. Однако все вышеупомянутые методики по-прежнему сильно зависят от методик совместного использования диапазона или времени при многопользовательских передачах, так как показатели прироста спектральной эффективности, обеспечиваемые за счет пространственной обработки сигнала, ограничены.

Хотя межсотовые способы предшествующего уровня техники (например, системы сетевой MIMO и CoMP [53–64]) могут повышать надежность сотовых сетей путем устранения межсотовой интерференции, они обеспечивают лишь незначительный прирост пропускной способности. Фактически в этих системах передача мощности от каждой BTS ограничена в пределах границ соты, поэтому в связи со снижением мощности между сотами они эффективны лишь для устранения межсотовой интерференции. На Фиг. 3 показан один пример сотовых сетей с тремя станциями BTS, каждую из которых характеризует собственная площадь покрытия или сота. Мощность, передаваемая от каждой станции BTS, сдерживается областями перекрывания сот для ограничения величины интерференции между сотами, показанными на Фиг. 3. Поскольку эти системы в зоне интерференции функционируют в режиме низкого SINR, они дают лишь незначительные показатели прироста спектральной эффективности аналогично внутрисотовым схемам для SU-MIMO. Чтобы действительно получить значительные показатели прироста пропускной способности в сетях с межсотовым взаимодействием, необходимо смягчить условие ограничения мощности границами соты и обеспечить применение методик пространственного мультиплексирования по всей площади сот с высоким SINR (не только на краю соты с низким SINR, как в подходах предшествующего уровня техники).

На Фиг. 4 показан случай повышения мощности, передаваемой от трех станций BTS 401 одновременно на одной частоте, что приводит к увеличению приемлемого уровня интерференции во всей соте 402. В системах предшествующего уровня техники такая интерференция привела бы к некогерентной интерференции (нарушающей прием сигнала на устройстве UE) в зонах интерференции станций BTS, но такую интерференцию фактически используют в настоящем изобретении путем применения инновационных межсотовых способов мультиплексирования с пространственной обработкой для создания зон когерентной интерференции (усиливающей прием сигнала на устройстве UE) вокруг каждого устройства UE, таким образом обеспечивая одновременные неинтерферирующие потоки данных к каждому устройству UE и повышая их отношение SINR по всей соте.

Сценарий, изображенный на Фиг. 4, описывают в [89] для частного случая сотовых систем. Система в [89] состоит из нескольких станций BTS, определяющих разные соты, сгруппированные в кластеры. Взаимодействие разрешено только между станциями BTS смежных сот внутри одних и тех же кластеров. В этом случае показано, что в связи с возрастанием передаваемой от станций BTS мощности существует предел пропускной способности (или спектральной эффективности), достижимой с помощью способов межсотового мультиплексирования. Фактически при возрастании мощности передачи внекластерная интерференция возрастает пропорционально, создавая режим насыщения для отношения SINR и, следовательно, для пропускной способности. Вследствие этого эффекта система в [89] теоретически может обеспечить не более чем 3-кратный прирост пропускной способности (т. е. не более трех сот внутри кластера), и любая дополнительная сота, включенная в кластер, снизит пропускную способность вследствие возрастания внекластерной интерференции (например, в случае с 21 сотой на кластер пропускная способность ниже, чем в случае с 3 сотами на кластер). Можно видеть, что основной предел пропускной способности в [89] существует в связи с тем, что размещение станций BTS ограничено предопределенными местоположениями, как в сотовых системах, и прирост за счет мультиплексирования достигается путем повышением мощности, передаваемой от станций BTS. Для того чтобы получить теоретически неограниченный прирост пропускной способности посредством способов межсотового мультиплексирования, необходимо устранить ограничение на размещение станций BTS, чтобы станции BTS можно было расположить в любом удобном месте.

Таким образом, требуется реализовать систему, которая бы обеспечила повышение спектральной эффективности на порядки, используя межсотовый прирост мультиплексирования посредством пространственной обработки путем устранения любых ограничений на мощность, передаваемую от распределенных станций BTS 501, а также ограничений на их размещение. На Фиг. 5 показан один пример, в котором добавили множество дополнительных точек 502 доступа для преднамеренного повышения уровня некогерентной интерференции во всей соте 503, которая используется в настоящем изобретении для создания зон когерентной интерференции вокруг устройств UE и таким образом дает теоретически неограниченный межсотовый прирост мультиплексирования. Дополнительные точки доступа размещают интуитивно там, где это удобно, и не ограничивают каким-либо конкретным планом размещения сот, как в сотовых системах предшествующего уровня техники. В одном примере осуществления изобретения интуитивные точки доступа представляют собой точки доступа системы с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO), и межсотовый прирост мультиплексирования достигают посредством способов DIDO, описанных в [0014–0020] и [77–78]. В другом варианте осуществления интуитивные точки доступа представляют собой маломощные приемопередатчики, аналогичные недорогим точкам доступа Wi-Fi либо малым сотам [30, 47], таким образом обеспечивая меньшие площади покрытия, перекрывающиеся по всей макросоте, как показано на Фиг. 5.

Можно видеть, что в межсотовых способах предшествующего уровня техники [53–64] некогерентную интерференцию предотвращают путем намеренного ограничения мощности передачи от каждой станции BTS, как показано на Фиг. 3, а остаточную межсотовую интерференцию (в перекрывающихся областях между сотами) устраняют посредством пространственной обработки, таким образом обеспечивая повышение отношения SINR и коэффициента усиления при межсотовом разнесении. Можно также видеть, что в [89] ограничивают размещение станций BTS планом соты и повышают передаваемую мощность, таким образом ограничивая достижимую величину пропускной способности из-за наличия внекластерной интерференции, а значит, возрастание пропускной способности и далее ограничивается интерференцией. Напротив, в настоящем изобретении некогерентную интерференцию используют для создания когерентной интерференции вокруг устройств UE путем передачи большей мощности от каждой станции BTS, размещенной интуитивно. Это позволяет повысить качество сигнала на устройстве UE, что является необходимым условием получения межсотового прироста мультиплексирования по всей соте посредством пространственной обработки. Таким образом, системы, описанные на предшествующем уровне техники, нельзя применять для достижения неограниченного межсотового прироста мультиплексирования посредством пространственной обработки, поскольку величина отношения SINR на всей площади соты является недостаточной (вследствие ограничения мощности передачи от станций BTS или внекластерной интерференции при возрастании мощности передачи) для использования способов межсотового мультиплексирования, применяемых в настоящем изобретении. Более того, с помощью систем, описанных на предшествующем уровне техники, было бы невозможно достичь прироста мультиплексирования, получаемого в настоящем изобретении, как показано на Фиг. 4–5, учитывая, что системы предшествующего уровня техники разработали с целью предотвращения межсотовой интерференции внутри зон разнесения, показанных в заштрихованной области на Фиг. 1 и Фиг. 3–5, а не с целью использования межсотовой интерференции в зонах мультиплексирования для получения межсотового прироста мультиплексирования, достигаемого в настоящем изобретении.

Краткое описание чертежей

Для наилучшего понимания настоящего изобретения последующее подробное описание необходимо рассматривать в сочетании с описанными ниже чертежами.

На Фиг. 1 представлены зоны мультиплексирования и разнесенного приема для макросоты и малой соты.

На Фиг. 2A представлена схема полного повторного использования частоты в традиционных сотовых системах.

На Фиг. 2b представлена схема жесткого повторного использования частоты (HFR) в традиционных сотовых системах.

На Фиг. 2c представлена схема частичного повторного использования частоты (FFR) в традиционных сотовых системах.

На Фиг. 3 представлена зона интерференции между смежными макросотами.

На Фиг. 4 представлено множество станций BTS, ведущих передачу на более высокой мощности с целью повышения уровня интерференции между сотами.

На Фиг. 5 представлен один пример, в котором добавляют множество точек доступа для преднамеренного повышения уровня интерференции некогерентных сигналов во всей соте.

На Фиг. 6 представлены сетевые элементы в сетях LTE.

На Фиг. 7a представлена структура кадра LTE для работы в режиме FDD.

На Фиг. 7b представлена структура кадра LTE для работы в режиме TDD.

На Фиг. 8a представлены «ресурсные элементы» и «ресурсные блоки» LTE в канале DL OFDM.

На Фиг. 8b представлены «ресурсные элементы» и «ресурсные блоки» LTE в канале UL SC-FDMA.

На Фиг. 9 представлен один вариант осуществления многопользовательской (MU) многоантенной системы (MAS), или MU-MAS, состоящей из кластеров антенн и кластеров пользователей.

На Фиг. 10 представлен один вариант осуществления системы MU-MAS, в котором с каждым подкластером антенн связан отдельный идентификатор соты.

На Фиг. 11 представлен один вариант осуществления системы MU-MAS, в котором один и тот же набор идентификаторов соты связан с подкластерами антенн с конкретной схемой повторения.

На Фиг. 12 представлено распределение отношения SNR для практической реализации систем MU-MAS в центральной части г. Сан-Франциско, штат Калифорния, США с редко- и густонаселенными зонами.

На Фиг. 13 представлен один вариант осуществления системы MU-MAS, который состоит из ЦП, распределенных станций BTS и множества устройств UE.

На Фиг. 14 представлен один вариант осуществления системы MU-MAS, который состоит из ЦП, распределенных станций BTS, множества устройств и одного устройства UE, подключенного к устройствам и к станции BTS посредством сетевых интерфейсов.

На Фиг. 15 представлен один вариант осуществления системы MU-MAS, в котором устройство UE находится в корпусе, физически присоединенном к пользовательскому устройству.

Осуществление изобретения

Одно из решений для преодоления многих из упомянутых выше ограничений предшествующего уровня техники представляет собой вариант осуществления технологии распределенного входа — распределенного выхода (DIDO). Технология DIDO описана в следующих патентах и патентных заявках, которые все переуступлены правопреемнику настоящего патента и включены сюда посредством ссылки: Данные патенты и заявки в настоящем документе иногда в совокупности называют «смежными патентами и заявками».

Заявка на патент США с сер. № 13/633,702, озаглавленная «Системы и способы организации беспроводной транспортной сети связи в беспроводных системах с распределенным входом - распределенным выходом».

Заявка на патент США с сер. № 13/475,598, озаглавленная «Системы и способы увеличения пространственного разнесения в беспроводных системах с распределенным входом - распределенным выходом».

Заявка на патент США с сер. № 13/233,006, озаглавленная «Система и способы планового развития и устаревания многопользовательского спектра».

Заявка на патент США с сер. № 13/232,996, озаглавленная «Системы и способы использования областей когерентности в беспроводных системах».

Заявка на патент США с сер. № 13/464,648, озаглавленная «Система и способы компенсации эффектов Доплера в системах с распределенным входом — распределенным выходом».

Заявка на патент США с сер. № 12/917,257, озаглавленная «Системы и способы координации передач в распределенных беспроводных системах посредством кластеризации пользователей».

Заявка на патент США с сер. № 12/802,988, озаглавленная «Контроль помех, эстафетная передача, управление мощностью и адаптация линий связи в системах связи с распределенным входом — распределенным выходом (DIDO)».

Заявка на патент США с сер. № 12/802 974, озаглавленная «Система и способ

управления межкластерной эстафетной передачей клиентов, проходящих через множество кластеров DIDO»

Заявка на патент США с сер. № 12/802,989, озаглавленная «Система и способ управления эстафетной передачей клиента между разными сетями с распределенным входом — распределенным выходом (DIDO) на основе определения скорости клиента».

Заявка на патент США с сер. № 12/802,958, озаглавленная «Система и способ управления мощностью и группировки антенн в сети с распределенным входом — распределенным выходом (DIDO)».

Заявка на патент США с сер. № 12/802,975, озаглавленная «Система и способ адаптации линий связи в системах DIDO с несколькими несущими».

Заявка на патент США с сер. № 12/802,938, озаглавленная «Система и способ интерполяции предварительного кодирования в системах DIDO с несколькими несущими».

Заявка на патент США с сер. № 12/630,627, озаглавленная «Система и способ беспроводной связи с распределенными антеннами».

Патент США № 8,170,081, выданный 1 мая 2012 г., озаглавленный «Система и способ регулирования подавления помех в системах DIDO на основе измерений мощности сигнала».

Патент США № 8,160,121, выданный 17 апреля 2012 г., озаглавленный «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом — распределенным выходом».

Патент США № 7,885,354, выданный 8 февраля 2011 г., озаглавленный «Система и способ повышения качества связи за счет волн с почти вертикальным ионосферным отражением (NVIS) с применением пространственно-временного кодирования».

Патент США № 7,711,030, выданный 4 мая 2010 г., озаглавленный «Система и способ связи с пространственно-мультиплексированным тропосферным рассеянием».

Патент США № 7,636,381, выданный 22 декабря 2009 г., озаглавленный «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом — распределенным выходом».

Патент США № 7,633,994, выданный 15 декабря 2009 г., озаглавленный «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом — распределенным выходом».

Патент США № 7,599,420, выданный 6 октября 2009 г., озаглавленный «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом — распределенным выходом».

Патент США № 7,418,053, выданный 26 августа 2008 г., озаглавленный «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом».

Для сокращения размера и уменьшения сложности настоящей заявки на патент описание некоторых смежных патентов и заявок в явном виде ниже не представлено. Для получения полного текста описания обратитесь к смежным патентам и заявкам.

Настоящее изобретение описывает систему и способы использования межсотового прироста мультиплексирования в беспроводных сетях связи посредством пространственной обработки, в которых применяется многоантенная система (MAS) с многопользовательскими (MU) передачами (многопользовательская многоантенная система, или MU-MAS), в которой множество антенн размещают интуитивно. В одном варианте осуществления настоящего изобретения мощность, передаваемая со множества антенн, ограничена с целью сведения к минимуму интерференции на границах соты (как в обычных сотовых системах), а способы пространственной обработки используются только для устранения межсотовой интерференции. В другом варианте осуществления изобретения мощность, передаваемая с множества антенн, не ограничена каким-либо конкретным уровнем мощности (если уровень излучения мощности не выходит за рамки установленных законодательством норм, норм безопасности или фактических возможностей (таких как доступная мощность, спецификации передатчика и/или антенны)), таким образом, преднамеренно создаются более высокие уровни межсотовой интерференции во всей соте, используемые для достижения межсотового прироста мультиплексирования и повышения пропускной способности беспроводной сети связи.

В одном варианте осуществления беспроводная сеть связи представляет собой сотовую сеть, как показано на Фиг. 1 и 3, такую как сотовая сеть на основе стандартов LTE, а множество интуитивно размещенных антенн представляют собой приемопередатчики макросот или малых сот. В другом варианте осуществления изобретения беспроводная сеть связи не ограничена какой-либо конкретной схемой расположения сот, а границы соты могут охватывать более крупные зоны, как показано на Фиг. 4–5. Например, беспроводная сеть связи может представлять собой беспроводную локальную сеть (WLAN) с множеством антенн в качестве точек доступа WiFi или ячеистую децентрализованную или сенсорную сеть, распределенную систему антенн или систему DIDO с точками доступа, размещенными интуитивно, без каких-либо ограничений на передачу мощности. Но общая применимость настоящего изобретения с беспроводными сетями связи не ограничена такими примерами сетевых структур. Настоящее изобретение применимо к любой беспроводной сети, в которой прирост за счет мультиплексирования достигается путем передачи сигналов со множества антенн, интерферирующих при приеме множеством UE, с созданием одновременных неинтерферирующих потоков данных к множеству UE.

Система MU-MAS состоит из централизованного процессора, сети и M приемопередающих станций (или распределенных антенн), связанных беспроводным образом с N клиентскими устройствами или устройствами UE. Централизованный процессорный блок получает N потоков информации с различным сетевым контентом, предназначенным для различных клиентских устройств (например, видео, веб-страницы, видеоигры, текст, голосовые сообщения и т. д., направленные с веб-серверов или других сетевых источников). В дальнейшем под термином «поток информации» подразумевают любой поток данных, направляемых по сети, содержащий информацию, которую можно демодулировать или декодировать как отдельный поток в соответствии с определенной схемой или протоколом модуляции/кодирования для формирования любых данных, включая, без ограничений, аудио-, веб- и видеоконтент. В одном варианте осуществления поток информации представляет собой последовательность битов, передающих сетевой контент, которую можно демодулировать или декодировать, как отдельный поток.

Централизованный процессор использует предварительное кодирование с преобразованием для объединения (в соответствии с алгоритмами, такими как описанные в смежных патентах и заявках) N потоков информации сетевого контента в M потоков битов. Для примера, но не в качестве ограничения, предварительное кодирование с преобразованием может быть линейным (например, обращение в нуль незначимых коэффициентов [65], блочная диагонализация [66–67], инверсия матрицы и т.д.) или нелинейным (например, кодирование «dirty paper» [68–70] или предварительное кодирование Томлинсона-Харашимы [71–72], методики решетчатого кодирования или треллис-модуляции [73-74], методики векторного кодирования [75–76]). В дальнейшем под термином «поток битов» подразумевается любая последовательность битов, которая необязательно содержит полезные биты данных и которую по этой причине нельзя демодулировать или декодировать как отдельный поток для восстановления сетевого контента. В одном варианте осуществления изобретения поток битов представляет собой сложный сигнал основной полосы частот, который формируется централизованным процессором и квантуется заданным числом битов для передачи на одну из M приемопередающих станций.

Предварительное кодирование выполняется централизованным процессором с применением информации о состоянии канала (CSI) и применяется в каналах DL или UL для мультиплексирования потоков данных, передаваемых множеству пользователей или получаемых от них. В одном варианте осуществления изобретения централизованный процессор располагает данными CSI между распределенными антеннами и клиентскими устройствами и использует CSI для предварительного кодирования данных, отправляемых по каналам DL или UL. В этом же варианте осуществления клиентские устройства выполняют оценку информации CSI и отправляют ее на распределенные антенны. В другом варианте осуществления DL-CSI получается на распределенных антеннах из UL-CSI с применением радиочастотной (РЧ) калибровки и с использованием принципа взаимности каналов UL/DL.

В одном варианте осуществления система MU-MAS представляет собой систему с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO), описанную в смежных патентах и заявках. В другом варианте осуществления система MU-MAS, показанная на Фиг. 13, состоит из следующих компонентов.

• Пользовательское оборудование (UE) 1301: РЧ-приемопередатчик для неподвижных и/или мобильных клиентов, принимающих потоки данных через нисходящий (DL) канал транспортной сети связи и передающих данные в транспортную сеть связи через восходящий (UL) канал.

• Базовая приемопередающая станция (BTS) 1302: станции BTS взаимодействуют с транспортной сетью связи через беспроводной канал. Станции BTS в одном варианте осуществления представляют собой точки доступа, состоящие из цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)/аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и радиочастотной (РЧ) цепи для преобразования сигнала основной полосы частот в РЧ-сигнал. В некоторых случаях BTS представляет собой простой РЧ приемопередатчик, оснащенный усилителем мощности/антенной, а РЧ сигнал передается к BTS посредством технологии «РЧ канал по оптоволокну», описанной в смежных патентах и заявках.

• Контроллер (CTR) 1303: CTR представляет собой конкретный тип станции BTS, разработанный для выполнения специальных функций, таких как передача обучающих сигналов для синхронизации станций BTS и/или устройств UE по времени/частоте, получение/передача управляющей информации от устройств UE или к ним, получение информации о состоянии канала (CSI) или информации о качестве канала от устройств UE. В любую систему MU-MAS можно включить одну или множество станций CTR. Если доступно множество CTR, информацию, передаваемую этим станциям или принимаемую от них, можно объединить для увеличения разнесения и повышения качества линии связи. В одном варианте осуществления CSI принимается от множества CTR посредством методик объединения сигналов с максимальным отношением (MRC) для улучшения демодуляции CSI. В другом варианте осуществления управляющая информация отправляется от множества CTR посредством передачи сигналов с максимальным отношением (MRT) для повышения SNR на стороне приемника. Объем изобретения не ограничивается методиками MRC или MRT, и для повышения качества беспроводных линий связи между CTR и UE можно использовать любой другой способ разнесения (например, выбор антенн и т. д.).

• Централизованный процессор (ЦП) 1304: ЦП представляет собой сервер, взаимодействующий с сетью Интернет или внешними сетями 1306 других типов через транспортную сеть связи. В одном варианте осуществления ЦП производит расчеты при обработке сигнала основной полосы частот MU-MAS и отправляет сформированные сигналы распределенным станциям BTS для передачи через линию DL.

• Сеть базовых станций (BSN) 1305: BSN представляет собой сеть, которая соединяет CP и распределенные BTS и передает информацию либо в канал DL, либо в канал UL. BSN представляет собой проводную сеть, беспроводную сеть или их комбинацию. Например, BSN представляет собой сеть DSL, кабельную, оптоволоконную сеть или беспроводную линию связи с прямой видимостью или без прямой видимости. Более того, BSN представляет собой частную сеть, локальную вычислительную сеть или сеть интернет.

Далее описано, каким образом структура вышеуказанной системы MU-MAS встроена в стандарт LTE для сотовых систем (а также для несотовых систем, использующих протоколы LTE) для достижения дополнительного прироста спектральной эффективности. Сначала будет представлен общий обзор структуры LTE и методик модуляции, используемых в каналах DL и UL. Затем будет дано краткое описание структуры кадров на физическом уровне и выделение ресурсов в стандарте LTE. Наконец, определены способы предварительного кодирования в системе MU-MAS для нисходящих (DL) и восходящих (UL) каналов в многопользовательских сценариях, использующих структуру LTE. Для схем DL предложены два решения: схемы DIDO без обратной связи и с обратной связью.

Стандарт LTE разработан на основе плоской сетевой архитектуры (в противоположность иерархической архитектуре предшествующих сотовых стандартов) для обеспечения сокращения задержки, снижения потерь пакетов посредством ARQ, сокращения времени установления соединения, улучшения покрытия и повышения пропускной способности посредством макроразнесения. На Фиг. 6 представлены следующие сетевые элементы сетей LTE в соответствии с [79]:

• GW (шлюз) — маршрутизатор, соединяющий сеть LTE с внешними сетями (например, сетью Интернет). GW разделен на обслуживающий шлюз (S-GW) 601, завершающий взаимодействие E-UTRAN 608, и шлюз PDN (P-GW) 602, обеспечивающий взаимодействие с внешними сетями. S-GW и P-GW входят в так называемое усовершенствованное пакетное ядро (EPC) 609;

• MME (узел управления мобильностью) 603 управляет мобильностью, параметрами безопасности и идентичностью UE. MME также входит в состав EPC стандарта LTE;

• eNodeB (усовершенствованный Node-B) 604 — базовая станция, осуществляющая управление радиоресурсами, пользовательской мобильностью и планированием;

• UE (пользовательское оборудование) 605 — мобильная станция.

• S1 and X2 interfaces (606 и 607) — проводные или беспроводные транспортные сети связи между узлом MME и станциями eNodeB (S1-MME), шлюзом S-GW и станциями eNodeB (S1-U) и между множеством станций eNodeB (X2).

В одном варианте осуществления изобретения сеть MU-MAS представляет собой сеть LTE, в которой устройство UE представляет собой устройство UE стандарта LTE, станция BTS представляет собой станцию eNodeB стандарта LTE, контроллер CTR представляет собой станцию eNodeB или узел MME стандарта LTE, ЦП представляет собой шлюз GW стандарта LTE, станция BSN представляет собой интерфейс S1 или X1. Ниже термины «распределенные антенны», «BTS» и «eNodeB» употребляются как взаимозаменяемые и относятся к любой базовой станции в системах MU-MAS, DIDO или LTE.

Кадр LTE имеет длительность 10 мс и состоит из десяти подкадров, как показано на Фиг. 7 [33, 80]. Каждый подкадр разделен на два слота длительностью 0,5 мс каждый. В стандартах LTE определяют два типа кадров: i) тип 1 для работы в режиме FDD, как показано на Фиг. 7a, в котором все подкадры назначены либо нисходящим (DL), либо восходящим (UL) каналам; ii) тип 2 для работы в режиме TDD, как показано на Фиг. 7b, в котором часть подкадров назначена каналам DL, а часть — UL (в зависимости от выбранной конфигурации), тогда как несколько подкадров зарезервированы для «специального применения». Каждый кадр содержит по меньшей мере один специальный подкадр, состоящий из трех полей: i) нисходящий пилотный временной слот (DwPTS), зарезервированный для передачи по линии DL; ii) защитный интервал (GP); iii) восходящий пилотный временной слот (UpPTS) для передачи по линии UL.

В стандарте LTE используют мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и модуляцию на основе многостанционного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFMDA) для каналов DL и модуляцию на основе многостанционного доступа с частотным разделением каналов с одной несущей (SC-FDMA) для каналов UL. «Ресурсный элемент» (RE) представляет собой наименьшую структуру модуляции в стандарте LTE и состоит из одной поднесущей OFDM по частоте и одной длительности символа OFDM по времени, как показано на Фиг. 8a для канала DL и на Фиг. 8b для канала UL. «Ресурсный блок» (RB) состоит из 12 поднесущих по частоте и одного слота 0,5 мс по времени (который состоит из 3–7 символов OFDM в зависимости от соотношения каналов DL и UL и типа циклического префикса). Ресурсные блоки для каждого устройства UE назначаются на основе подкадров. Поскольку в системе MU-MAS в настоящем изобретении для отправки множества потоков данных разным устройствам UE используют пространственную обработку, то на каждом подкадре все ресурсные блоки можно назначить одному и тому же устройству UE. В одном варианте осуществления все или подмножество ресурсных блоков назначаются каждому устройству UE, и одновременные неинтерферирующие потоки данных отправляются устройству UE посредством предварительного кодирования.

Для установки линии связи между станцией BTS и устройствами UE в стандарте LTE определяют процедуру синхронизации. Станция BTS отправляет устройству UE два последовательных сигнала: первичный сигнал синхронизации (P-SS), отправляемый по первичному каналу синхронизации (PSCH), и вторичный сигнал синхронизации (S-SS), отправляемый по вторичному каналу синхронизации (SSCH). Оба сигнала устройство UE применяет для временной/частотной синхронизации, а также для извлечения идентификатора соты. Сигнал P-SS состоит из последовательности Задова–Чу длиной 63 элемента, из которой устройство UE получает идентификатор физического уровня (от 0 до 2). Сигнал S-SS представляет собой чередующуюся конкатенацию двух двоичных последовательностей длиной в 31 элемент и используется для получения номера группы идентификатора соты (от 0 до 167). Из двух вышеуказанных номеров идентификации устройство UE получает идентификатор физической соты (PCI, находящийся в диапазоне от 0 до 503).

В системе MU-MAS, описанной в настоящем изобретении, границы соты отсутствуют, поскольку передаваемую от станций BTS мощность преднамеренно повышают с целью создания интерференции, используемой для образования областей когерентности вокруг устройств UE. В настоящем изобретении различные станции BTS сгруппированы в «кластеры антенн» или «кластеры DIDO», как определено в смежном патенте США № 8,170,081, выданном 1 мая 2012 г., озаглавленном «Система и способ регулирования подавления помех в системах DIDO на основе измерений мощности сигнала». Например, на Фиг. 9 показан основной кластер 901 антенн и один смежный кластер 902 антенн. Каждый кластер антенн состоит из множества станций BTS 903.

Идентификатор соты можно применять в системах MU-MAS и DIDO для различения кластеров антенн. В одном варианте осуществления изобретения один и тот же идентификатор соты передается от всех станций BTS одного и того же кластера антенн посредством сигналов P-SS и S-SS. В этом же варианте осуществления разные кластеры антенн используют разные идентификаторы сот. В другом варианте осуществления изобретения все станции BTS внутри одного и того же кластера 1001 антенн сгруппированы в «подкластеры 1003 антенн», показанные на Фиг. 10 разными цветами, и с каждым подкластером антенн связан отдельный идентификатор 1004 соты. В одном варианте осуществления подкластеры антенн определяются статически в соответствии с предварительно определенным планированием кластера или на основе данных позиционирования GPS. В другом варианте осуществления подкластеры антенн определяются динамически на основе измерений относительной мощности сигнала между станциями BTS или данных позиционирования GPS. В другом варианте осуществления изобретения каждой области когерентности (описанной в смежной заявке на патент США с сер. № 13/232,996, озаглавленной «Системы и способы использования областей когерентности в беспроводных системах», находящейся на одновременном рассмотрении), связанной с устройством UE, назначается отдельный идентификатор соты.

Когда все станции BTS внутри одного кластера антенн или подкластера антенн осуществляют передачу радиовещательных каналов LTE (например, сигналов P-SS и S-SS) устройствам UE, ослабляющая интерференция может снизить производительность временной или частотной синхронизации, обеспечиваемой радиовещательным каналом. Ослабляющую интерференцию может вызывать многолучевое распространение, генерируемое пространственно распределенными станциями BTS, некогерентно рекомбинируемыми в местоположениях некоторых устройств UE. Для того чтобы устранить или снизить этот эффект, в одном варианте осуществления изобретения только одна станция BTS из всех станций BTS внутри одного кластера антенн или подкластера антенн осуществляет передачу радиовещательных каналов LTE (например, сигналов P-SS и S-SS) всем устройствам UE. В этом же варианте осуществления станция BTS, осуществляющая передачу радиовещательного канала LTE, выбирается с целью максимального повышения мощности, полученной устройствами UE по радиовещательным каналам. В другом варианте осуществления для одновременной передачи всем устройствам UE радиовещательных каналов LTE выбирается лишь ограниченное множество станций BTS, что позволяет избежать ослабляющей интерференции на устройстве UE. В другом варианте осуществления изобретения радиовещательные каналы LTE передаются на более высокой мощности, чем полезная нагрузка, для связи со всеми устройствами UE внутри одного кластера антенн или подкластера антенн.

Как описано выше, стандарт LTE-Advanced поддерживает схемы агрегирования несущих (CA) для повышения скорости передачи данных по каналу DL. В системах MU-MAS подход CA можно применять в комбинации с предварительным кодированием для повышения скорости передачи данных на одного пользователя. В одном варианте осуществления настоящего изобретения предварительное кодирование передачи применяют к разным частям РЧ-спектра (межполосное CA) или к разным полосам внутри одной и той же части спектра (внутриполосное CA) для повышения скорости передачи данных на одного пользователя. При применении межполосного CA уровень потерь в среде распространения для разных полос может существенно меняться, поскольку эти полосы имеют разные частоты несущей. В обычных сотовых системах LTE потери в среде распространения для полос частот с низкими частотами несущей могут быть меньше, чем для полос с более высокими частотами несущей. Таким образом, применение межполосного CA в сотовых системах может привести к нежелательной межсотовой интерференции при более низких частотах несущей. Напротив, система MU-MAS в настоящем изобретении не ограничена интерференцией на границе соты, поскольку станции BTS распределены и отсутствует понятие соты. Такой более гибкий план системы позволяет использовать различные методики межполосного CA в системе MU-MAS. В одном варианте осуществления настоящего изобретения система MU-MAS обеспечивает межполосное CA путем применения одного множества станций BTS для работы при более низких частотах несущей и другого множества станций BTS для работы при более высоких частотах несущей, так что два множества пересекаются или одно множество представляет собой подмножество другого. В другом варианте осуществления в системе MU-MAS с предварительным кодированием используют способы CA совместно со схемами скачкообразной перестройки частоты для повышения устойчивости к частотно-избирательному замиранию или к интерференции.

1. Способы предварительного кодирования для нисходящих линий связи в системе MU-MAS с обратной связью в стандарте LTE

Схемы MU-MAS с обратной связью можно применять либо в дуплексных системах с временным разделением каналов (TDD), либо в дуплексных системах с частотным разделением каналов (FDD). В системах FDD каналы DL и UL функционируют на разных частотах, поэтому оценка информации о состоянии канала (CSI) DL должна выполняться на стороне UE и передаваться обратно на CP через BTS или CTR посредством канала UL. В системах TDD каналы DL и UL настроены на одну и ту же частоту, и в системе могут использоваться либо методики с обратной связью, либо схемы без обратной связи, в которых используется принцип взаимности каналов (как описано в представленном ниже разделе). Основным недостатком схем с обратной связью является необходимость получения ими обратной связи, что приводит к повышению затрат на управляющую информацию по UL.

Общий механизм для схем с обратной связью в системах MU-MAS описывают следующим образом: i) станции BTS направляют сигнальную информацию на устройства UE по линии DL; ii) устройства UE использует эту сигнальную информацию для оценки информации CSI в линии DL от всех «активных станций BTS»; iii) устройства UE квантуют информацию CSI линии DL или применяют кодовые книги для выбора весовых коэффициентов предварительного кодирования, применяемых для следующей передачи; iv) устройства UE направляют квантованную информацию CSI или индекс кодовой книги станциям BTS или CTR посредством канала UL; v) станции BTS или CTR передают информацию CSI или индекс кодовой книги ЦП, который рассчитывает весовые коэффициенты предварительного кодирования для передачи данных по линии DL. «Активные BTS» определены как множество BTS, доступных для заданного UE. Например, в смежной, находящейся на одновременном рассмотрении заявке на патент США с сер. № 12/802,974, озаглавленной «Система и способ управления межкластерной эстафетной передачей клиентов, проходящих через множество кластеров DIDO», и смежной, находящейся на одновременном рассмотрении заявке на патент США с сер. № 12/917,257, озаглавленной «Системы и способы координации передач в распределенных беспроводных системах посредством кластеризации пользователей», «кластер 905 пользователей» определили как множество станций BTS, доступных для заданного устройства UE, как показано на Фиг. 9. Количество активных станций BTS ограничено кластером пользователей с целью сокращения объема информации CSI, передаваемой от станций BTS к заданному устройству UE для оценки, что, таким образом, сокращает затраты на обратную связь по линии UL и сложность расчетов предварительного кодирования в системе MU-MAS, выполняемых на ЦП.

Как описано в пункте, для предварительного кодирования в системе MU-MAS используют линейные или нелинейные способы. В случае нелинейных способов (например, кодирование dirty paper [68–70] или предварительное кодирование Томлинсона–Харашимы [71–72], методики решетчатого кодирования или треллис-модуляции [73–74], методики векторного кодирования [75–76]) на передатчике применяют последовательное подавление помех для устранения интерференции между пользователями. В этом случае матрица предварительного кодирования вычисляется с учетом информации CSI, передаваемой всем устройствам UE внутри кластера антенн. Альтернативно можно применять линейные способы предварительного кодирования (например, обращение в нуль незначащих коэффициентов [65], блочная диагонализация [66–67], инверсия матрицы и т. д.) на основе кластеров пользователей, поскольку весовые коэффициенты предварительного кодирования для каждого устройства UE вычисляются независимо от других устройств UE. В зависимости от количества устройств UE и станций eNodeB внутри кластера антенн и кластеров пользователей линейные способы предварительного кодирования в сравнении с нелинейными обеспечивают разную производительность вычислений. Например, если система MU-MAS состоит из K устройств UE на кластер антенн, M станций eNodeB на кластер антенн и C станций eNodeB на кластер пользователей, то коэффициент сложности для линейного предварительного кодирования будет равен O(K*C³), а для нелинейного предварительного кодирования — O(M*K²). Таким образом, требуется разработать способ динамического переключения между двумя типами методик предварительного кодирования в зависимости от количества устройств UE и станций eNodeB в системе MU-MAS для снижения вычислительной сложности на ЦП. В одном варианте осуществления изобретения в системе MU-MAS используют линейные способы предварительного кодирования. В другом варианте осуществления в системе MU-MAS используют нелинейные способы предварительного кодирования. В том же варианте осуществления изобретения система MU-MAS динамически переключается между линейными и нелинейными способами предварительного кодирования в зависимости от количества устройств UE и станций eNodeB в кластерах антенн и кластерах пользователей для снижения вычислительной сложности на ЦП. В другом варианте осуществления система MU-MAS переключается между способами мультиплексирования с предварительным кодированием для устройств UE с хорошим качеством канала (например, расположенных вблизи станций eNodeB) и способами формирования луча или разнесения для устройств UE с плохим качеством линии связи (например, расположенных вдали от станций eNodeB).

1.1 Способы передачи сигналов по нисходящей линии связи в системе MU-MAS в рамках стандарта LTE

В стандарте LTE определяют два типа опорных сигналов (RS), которые можно применять для передачи сигналов по линии DL в схемах с обратной связью [33, 50, 82–83]: i) опорный сигнал конкретной соты (CRS); ii) опорный сигнал конкретного устройства UE, например опорный сигнал информации о состоянии канала (CSI-RS) и сигнал RS демодуляции (DM-RS). RS конкретной соты предварительно не кодируется, тогда как RS конкретного UE предварительно кодируется [50]. CRS применяется в LTE версии 8, в которой используются методики SU/MU-MIMO на основе кодовых книг, и каждая сота содержит максимум четыре антенны. В LTE-Advanced версии 10 поддерживаются схемы SU/MU-MIMO, не основанные на кодовых книгах, включающие максимум восемь передающих антенн, а также схемы CoMP с антеннами, распределенными по разным сотам. Таким образом, версия 10 позволяет обеспечить более высокую гибкость схем передачи сигнала посредством CSI-RS. В настоящем изобретении описано, каким образом каждый из типов схем передачи сигналов можно применять в системах MU-MAS для обеспечения предварительного кодирования.

1.1.1 Передача сигналов в системе MU-MAS с применением сигнала CRS

Сигнал CRS используют в системах LTE (версия 8) для оценки информации CSI, передаваемой от всех передающих антенн станции BTS на устройство UE [80, 84]. CRS получают как произведение двухмерной ортогональной последовательности и двухмерной псевдослучайной числовой (PRN) последовательности. Существуют 3 ортогональные последовательности (т. е. размещенные на ортогональных множествах поднесущих OFDM) и 168 возможных последовательностей PRN, образующие всего 504 различные последовательности CRS. Каждая последовательность уникальным образом идентифицирует одну соту. Каждый из трех ортогональных сигналов CRS связан с одним из трех идентификаторов физического уровня (от 0 до 2), генерирующих отдельный идентификатор соты, как разъяснено в предыдущем подразделе. Сигнал CRS передается вместе с первым и третьим с конца символами OFDM каждого слота, а также с каждой шестой поднесущей. Для каждой передающей антенны станции BTS разработаны ортогональные по времени и частоте схемы для уникальной оценки информации CSI от каждой из передающих антенн на устройстве UE. В версии 8 определяют до четырех ортогональных схем на сигнал CRS, по одной для каждой из четырех передающих антенн, используемых в MIMO 4x4. Данная высокая плотность CRS по времени и частоте (т.е. направление сигнала в каждом слоте 0,5 мс и с каждой шестой поднесущей), обеспечивающая 5% затрат, была разработана преднамеренно с целью поддержки сценариев с быстрыми изменениями каналов по времени и частоте [83].

Поскольку в версии 8 существует до 3 ортогональных сигналов CRS с 4 ортогональными схемами каждый для многоантенных режимов (или 6 ортогональных сигналов CRS для одноантенного режима), то возможно выделить до 12 передающих антенн внутри одной и той же области покрытия без возникновения интерференции сигнала CRS. В одном варианте осуществления изобретения кластер 1001 антенн подразделяют на три подкластера 1005 антенн, как показано на Фиг. 10. С каждым из подкластеров антенн связаны разные идентификаторы физического уровня (или идентификаторы сот), так что каждому подкластеру антенн назначается один из трех ортогональных сигналов CRS с четырьмя ортогональными схемами (т.е. каждый подкластер антенн может поддерживать до четырех станций BTS без создания интерференции сигнала CRS со стороны других станций BTS). В этом варианте осуществления каждый кластер может поддерживать до 12 станций BTS без создания интерференции сигнала CRS.

В сценариях, в которых внутри одного кластера размещают более двенадцати станций BTS, желательно увеличить количество доступных ортогональных сигналов CRS для поддержки большего количества активных станций BTS (т. е. станций BTS, одновременно передающих устройствам UE сигналы с предварительным кодированием). Один из способов реализации этого требования представляет собой определение более чем трех подкластеров 1003 антенн на кластер 1001 антенн и назначение трех одинаковых идентификаторов физического уровня (или идентификатора 1104 соты от 0 до 2) подкластерам 1103 антенн со схемой повторения, как показано на Фиг. 11. Можно видеть, что подкластеры антенн могут обладать различными формами и определены таким образом, что ни один кластер 1102 пользователей не может взаимодействовать с двумя подкластерами антенн с одинаковым идентификатором физического уровня, что, таким образом, позволяет избежать интерференции сигнала CRS. Например, один из способов реализации этого требования представляет собой определение для подкластера 1103 антенн большей области, чем для кластера 1102 пользователей, и предотвращение использования смежными подкластерами антенн одинакового идентификатора физического уровня. В одном варианте осуществления изобретения подкластеры с множеством антенн размещают внутри одного и того же кластера антенн с такими схемами повторения, что соответствующие сигналы CRS не интерферируют, что, таким образом, обеспечивает одновременные неинтерферирующие передачи от более чем двенадцати станций BTS.

В реализуемых на практике системах MU-MAS может быть так, что каждое устройство UE «увидит» более четырех станций BTS внутри своего кластера пользователей. Например, на Фиг. 12 показано распределение отношения SNR для размещения систем DIDO или MU-MAS на практике в центральной части г. Сан-Франциско, штат Калифорния, США. Модель распространения основана на модели 3GPP для потерь в среде распространения/затенения [81], и в ней предполагается частота несущей 900 МГц. Точками на карте указано расположение DIDO-BTS, тогда как темный круг представляет собой кластер пользователей (в котором UE размещен в центре круга). В малонаселенных областях 1201 устройство UE «видит» лишь несколько станций BTS внутри своего кластера пользователей (например, всего три станции BTS в примере на Фиг. 12), тогда как в густонаселенных областях 1202 каждый кластер пользователей может содержать до 26 станций BTS, как показано на Фиг. 12.

Высокую избыточность сигнала CRS можно использовать в системах MU-MAS для обеспечения оценки информации CSI от любого количества передающих антенн, превышающего четыре. Например, если канал является фиксированным и беспроводным или характеризуется низким уровнем эффектов Доплера, нет необходимости рассчитывать CSI от всех четырех передающих антенн каждые 0,5 мс (длительность слота). Аналогичным образом, если канал обладает равномерной частотой, оценка CSI с каждой шестой поднесущей избыточна. В этом случае ресурсные элементы (RE), занятые избыточным сигналом CRS, можно повторно выделить для других передающих антенн или станций BTS в системе MU-MAS. В одном варианте осуществления изобретения система выделяет ресурсные элементы избыточного сигнала CRS дополнительным антеннам или станциям BTS в системе MU-MAS. В другом варианте осуществления система оценивает временную и частотную селективность канала и динамически выделяет CRS для разных BTS или только для BTS в пределах кластера пользователей для разных ресурсных элементов.

Количество станций BTS, включенных в каждый кластер пользователей, зависит от уровня мощности сигнала, измеряемого на устройстве UE, от всех станций BTS в кластере пользователей по отношению к уровню мощности шума, или от отношения SNR. В одном варианте осуществления устройство UE оценивает отношение SNR от всех станций BTS в своем окружении и на основании данных отношения SNR выбирает станции BTS, принадлежащие к его кластеру пользователей. В другом варианте осуществления ЦП располагает данными SNR от станций BTS к каждому устройству UE (на основании данных обратной связи от устройств UE или данных, полученных от канала UL, с учетом принципа взаимности каналов UL/DL) и выбирает множество станций BTS для включения в каждый кластер пользователей.

Количество станций BTS, включенных в каждый кластер пользователей, определяет производительность способов MU-MAS, описанных в настоящем изобретении. Например, если количество станций BTS на кластер пользователей невелико, то устройство UE испытывает влияние более высокого уровня внекластерной интерференции, что приводит к увеличению отношения SINR и к уменьшению скорости передачи данных. Аналогично, если для каждого кластера пользователей выбрано большое количество станций BTS, то измеряемое на устройстве UE отношение SNR от станций BTS на границе кластера пользователей будет низким и над ним может преобладать внекластерная интерференция от смежных станций BTS вне кластера пользователей. Существует оптимальное количество станций BTS на кластер пользователей, обеспечивающее максимальные значение SINR и скорость передачи данных. В одном варианте осуществления изобретения ЦП выбирает оптимальное количество станций BTS на кластер пользователей с целью максимального увеличения отношения SINR и скорости передачи данных к устройству UE. В другом варианте осуществления изобретения количество станций BTS на кластер пользователей выбирается динамически в целях адаптации к меняющимся условиям среды распространения или подвижности устройства UE.

Другим недостатком использования большого количества станций BTS на кластер пользователей является высокая вычислительная нагрузка. Фактически чем больше станций BTS на кластер пользователей, тем выше вычислительная сложность предварительного кодирования в системе MU-MAS. В одном варианте осуществления изобретений количество станций BTS на кластер пользователей выбирается с целью достижения оптимального компромисса между отношением SINR или скоростью передачи данных и вычислительной сложностью предварительного кодирования в системе MU-MAS. В другом варианте осуществления количество станций BTS на кластер пользователей динамически выбирает на основании компромиссов между условиями распространения и вычислительными ресурсами, доступными в системе MU-MAS.

1.1.2 Передача сигналов в системе MU-MAS с применением сигналов CSI-RS и DM-RS

В стандарте LTE-Advanced (версия 10) каждое устройство UE применяет сигнал CSI-RS для оценки информации CSI от станций BTS [33, 83]. В стандарте определен ортогональный CSI-RS для разных передатчиков на BTS, так что UE может различать CSI от разных BTS. CSI-RS поддерживает максимум восемь передающих антенн на BTS, как в таблицах 6.10.5.2–1,2 в [33]. CSI-RS направляется с периодичностью в диапазоне от 5 до 80 подкадров (т.е. CSI-RS направляется каждые 5–80 мс), как в таблицах 6.10.5.3–1 в [33]. Для периодичности CSI-RS в LTE-Advanced было преднамеренно задано более высокое значение, чем для CRS в LTE, чтобы избежать избыточных затрат на управляющую информацию, в особенности для устаревших терминалов LTE, которые не могут использовать эти дополнительные ресурсы. Другой опорный сигнал, применяемый для оценки CSI, - это демодуляция RS (DM-RS). DM-RS представляет собой опорный сигнал демодуляции, предназначенный для конкретного UE и передаваемый только в ресурсном блоке, назначенном для передачи этому UE.

Когда внутри кластера пользователей находится более восьми антенн (максимальное количество передатчиков, поддерживаемых стандартом LTE-Advanced), для обеспечения соответствия системы стандарту LTE-Advanced необходимо использовать альтернативные методики для включения предварительного кодирования DIDO. В одном варианте осуществления настоящего изобретения каждый UE применяет CSI-RS или DM-RS или комбинацию обоих для оценки CSI от всех активных BTS в своем собственном кластере пользователей. В этом же варианте осуществления система DIDO обнаруживает число BTS в пределах кластера пользователей, а также соответствие кластера пользователей стандарту LTE-Advanced (который поддерживает не более восемь антенн). В случае несоответствия система DIDO использует альтернативные методики для обеспечения передачи сигналов по линии DL от станций BTS к текущему устройству UE. В одном варианте осуществления мощность, передаваемая от BTS, снижается до тех пор, пока для UE достижимыми будут не более восьми BTS в пределах его кластера пользователей. Однако это решение вследствие уменьшения площади покрытия может снижать скорость передачи данных.

Другое решение представляет собой разделение станций BTS в кластере пользователей на подмножества и единовременную отправку одного множества сигналов CSI-RS для каждого подмножества. Например, если периодичность CSI-RS составляет 5 подкадров (т.е. 5 мс), как в таблице 6.10.5.3–1 в [33], то каждые 5 мс выполняется отправка CSI-RS от нового подмножества BTS. Следует отметить, что это решение работает до тех пор, пока периодичность CSI-RS достаточно мала для покрытия всех подмножеств BTS в пределах времени когерентности каналов UE (которое является функцией доплеровской скорости UE). Например, если выбранная периодичность CSI-RS составляет 5 мс, а время когерентности канала составляет 100 мс, можно определить максимум 20 подмножеств BTS по 8 BTS в каждой, добавив в совокупности максимум 160 BTS в пределах кластера пользователей. В другом варианте осуществления настоящего изобретения система DIDO оценивает время когерентности UE и принимает решение о том, сколько BTS можно поддерживать в пределах кластера пользователей для заданной периодичности CSI-RS, чтобы избежать снижения эффективности вследствие изменений в канале и эффекта Доплера.

Все предложенные для сигнала CSI-RS решения соответствуют стандарту LTE и могут быть размещены в рамках структуры традиционных систем LTE. Например, предложенный способ, который обеспечивает использование более восьми антенн на кластер пользователей, не потребует модификаций оборудования UE LTE и внедрения программного обеспечения, а для выбора подмножества BTS в любое заданное время требуется лишь небольшое изменение протоколов, применяемых на BTS и CP. Такие модификации можно легко реализовать на облачной платформе программно определяемой радиосвязи (SDR), представляющей собой один из многообещающих примеров размещения систем DIDO и MU-MAS. Альтернативно, если возможно смягчить ограничения стандарта LTE, можно разработать несколько модифицированное аппаратное и программное обеспечение для устройств UE стандарта LTE с целью поддержки аналогичных, но не соответствующих требованиям стандарта LTE режимов эксплуатации систем DIDO или MU-MAS, так чтобы устройства UE могли функционировать в режиме полного соответствия стандарту LTE или в модифицированном режиме, поддерживающем эксплуатацию систем DIDO или MU-MAS, не соответствующую требованиям стандарта LTE. Например, другое решение заключается в увеличении числа сигналов CSI-RS для обеспечения большего количества станций BTS в системе. В другом варианте осуществления настоящего изобретения в качестве средства увеличения числа поддерживаемых BTS на кластер пользователей используют разные модели и периодичности для CSI-RS. Такие незначительные модификации стандарта LTE могут быть достаточно малыми, чтобы можно было применять существующие чипсеты UE LTE с внесением простой модификации в программное обеспечение. Или, если потребуется модифицировать аппаратную часть чипсетов, изменения будут небольшими.

1.2 Способы обратной связи с использованием информации CSI в восходящей линии связи MU-MAS в рамках стандарта LTE

В стандартах LTE и LTE-Advanced устройство UE отправляет информацию на станцию BTS, включающую текущие условия канала, а также весовые коэффициенты предварительного кодирования, для передачи с обратной связью по каналу DL. В эти стандарты включают три разных

индикатора канала [35]:

• индикатор ранга (RI) указывает на то, сколько пространственных потоков передаются на заданное устройство UE. Это число всегда равно или меньше числа передающих антенн.

• индикатор матрицы предварительного кодирования (PMI) представляет собой индекс кодовой книги, применяемый для предварительного кодирования по каналу DL;

• индикатор качества канала (CQI) определяет схему кодирования модуляции и прямого исправления ошибок (FEC) для применения в линии DL с целью сохранения предварительно определенной помехоустойчивости для заданных состояний канала

Для всей полосы пропускания передается только один индикатор RI, тогда как индикаторы PMI и CQI могут передаваться в широкополосном режиме или отдельно для каждой подполосы в зависимости от частотной избирательности канала. Эти индикаторы передаются в линии UL по физическим каналам двух разных типов: i) восходящий управляющий физический канал (PUCCH), применяемый только для управляющей информации; ii) общий восходящий физический канал (PUSCH), применяемый как для данных, так и для управляющей информации, выделяемый на один ресурсный блок (RB) и на основе подкадра. В канале PUCCH процедура передачи индикаторов RI, PMI и CQI является периодической, а индикаторы могут быть либо широкополосными (для каналов с равномерной частотой), либо выбираемыми устройством UE на основе подполосы (для каналов с частотной избирательностью). В канале PUSCH процедура обратной связи является апериодической и может выбираться устройством UE на основе подполосы (для каналов с частотной избирательностью) или конфигурироваться на более высоком уровне на основе подполосы (например, для режима передачи 9 в стандарте LTE-Advanced с восемью передатчиками).

В одном варианте осуществления изобретения система DIDO или MU-MAS использует индикаторы RI, PMI и CQI для передачи текущего состояния канала, а также информации предварительного кодирования к станциям BTS и ЦП. В одном варианте осуществления UE применяет канал PUCCH для передачи этих показателей на CP. В другом варианте осуществления в том случае, если для предварительного кодирования DIDO требуется большее число показателей, UE использует PUSCH для передачи дополнительных показателей на CP. Если канал обладает равномерной частотой, UE может использовать дополнительные ресурсы UL для передачи PMI на большее число антенн в системах DIDO. В одном варианте осуществления настоящего изобретения UE, BTS или CP оценивают частотную селективность канала, и в том случае, если канал обладает равномерной частотой, UE использует дополнительные ресурсы UL для передачи PMI на большее число BTS.

2. Способы предварительного кодирования для нисходящей линии связи в системе MU-MAS без обратной связи в стандарте LTE

Схемы предварительного кодирования в системе MU-MAS без обратной связи можно применять только в системах дуплексной передачи с временным разделением каналов (TDD), в которых применяются РЧ-калибровка и принцип взаимности каналов. Общий вариант механизма для схем без обратной связи в системах MU-MAS состоит из следующих стадий: i) устройства UE отправляют сигнальную информацию на станции BTS или CTR по линии UL; ii) станции BTS или CTR используют эту сигнальную информацию для оценки информации CSI канала UL от всех устройств UE; iii) станции BTS или CTR используют РЧ-калибровку для преобразования информации CSI канала UL в информацию CSI канала DL; iv) станции BTS или CTR отправляют информацию CSI канала DL или индекс кодовой книги в ЦП посредством сети BSN; v) ЦП на основании этой информации CSI канала DL рассчитывает весовые коэффициенты предварительного кодирования для передачи данных по линии DL. Аналогично схемам предварительного кодирования в системе MU-MAS с обратной связью, можно использовать кластеры пользователей для уменьшения объема информации CSI от устройств UE, оцениваемой на станциях BTS, таким образом снижая вычислительную нагрузку на станциях BTS, а также объем сигнальной информации, которую требуется передать по линии UL. В одном варианте осуществления настоящего изобретения методики предварительного кодирования для систем без обратной связи используются для направления одновременных неинтерферирующих потоков данных от BTS на UE по каналу DL.

В стандарте LTE существует два типа опорных сигналов для восходящего канала [31, 33, 87]: i) зондирующий опорный сигнал (SRS), применяемый для планирования и адаптации линии связи; ii) опорный сигнал демодуляции (DMRS), применяемый для приема данных. В одном варианте осуществления изобретения сигнал DMRS используют в системах предварительного кодирования без обратной связи для оценки каналов UL от всех устройств UE ко всем станциям BTS. Во временной области DMRS направляется с четвертым символом OFDM (при применении обычного циклического префикса) каждого слота LTE (длительностью 0,5 мс). В частотной области DMRS, направленный по PUSCH, для каждого UE привязывается к одному и тому же ресурсному блоку (RB), применяемому этим UE для передачи данных по UL.

Длина сигнала DMRS составляет M^RS = mN^RB, где m представляет собой количество блоков RB, а N^RB = 12 представляет собой количество поднесущих на блок RB. Для поддержки множества устройств UE генерируется до двенадцати сигналов DMRS из одной основной последовательности Задова–Чу [88] или генерируемой компьютером последовательности постоянной амплитуды с нулевой автокорреляцией (CG-CAZAC) посредством двенадцати возможных циклических сдвигов основной последовательности. Основные последовательности разделены на 30 групп, и соседние соты LTE выбирают DMRS из разных групп для снижения межсотовой интерференции. Например, если максимальное число ресурсных блоков в пределах одного символа OFDM составляет 110 (т.е. если предположить, что общая ширина полосы пропускания сигнала составляет 20 МГц), то возможно сгенерировать максимум 110 x 30 = 3300 разных последовательностей. Можно наблюдать, что 30 основных последовательностей необязательно ортогональны и спроектированы для снижения интерференции между сотами, без полного ее устранения. Напротив, 12 циклических сдвигов одной и той же основной последовательности ортогональны, что позволяет до 12 устройствам UE передавать данные в линию UL без интерференции в одном и том же блоке RB. Величину циклического сдвига, применяемого каждым устройством UE, предоставляет станция BTS посредством сообщения с управляющей информацией по нисходящей линии связи (DCI), отправляемого по каналу PDCCH. Информация DCI в версии 8 состоит из 3 бит, что позволяет устройству UE применять до 8 величин циклического сдвига из двенадцати возможных вариантов.

Циклические сдвиги основной последовательности сигнала DMRS используют в настоящем изобретении для реализации схем MU-MIMO в канале UL, а также для оценки информации CSI от множества устройств UE для предварительного кодирования линии DL при использовании принципа взаимности каналов в режиме TDD. В одном варианте осуществления изобретения способы предварительного кодирования для систем без обратной связи используют для отправки одновременных неинтерферирующих потоков данных от распределенных станций BTS к устройствам UE по каналу DL. В другом варианте осуществления изобретения способы MU-MIMO для систем без обратной связи используют для приема одновременных неинтерферирующих потоков данных от устройств UE к станциям BTS по каналу UL. Одну и ту же информацию CSI, оцененную в канале UL от всех активных устройств UE, можно применять для вычисления пространственного фильтра приемника для эксплуатации MU-MIMO в линии UL, а также весовых коэффициентов для предварительного кодирования линии DL. Поскольку в версии 8 определяют до 8 ортогональных сигналов DMRS (в связи с ограничением на количество бит информации DCI, как было разъяснено выше), схемы MU-MIMO для канала UL и схемы предварительного кодирования в системе MU-MAS для канала DL могут поддерживать не более восьми устройств UE при условии, что все устройства UE используют всю полосу пропускания линии UL.

Один способ увеличения количества устройств UE, одновременно обслуживаемых посредством MU-MIMO в линии UL или посредством предварительного кодирования в системе MU-MAS в линии DL, представляет собой мультиплексирование сигналов DMRS устройств UE в частотной области. Например, если в режиме TDD используется полоса пропускания шириной 10 МГц, то существует 50 блоков RB, которые можно назначить устройствам UE. В этом случае 25 чередующихся блоков RB можно назначить одному множеству из восьми устройств UE, а оставшиеся 25 чередующихся блоков RB — другому множеству устройств UE, таким образом одновременно можно обслуживать до 16 устройств UE. Тогда информацию CSI вычисляется путем интерполирования оценок от сигналов DMRS, отправленных в чередующихся блоках RB. Одновременная поддержка большего количества устройств UE возможна при увеличении количества чередующихся схем блоков RB линии UL. Эти схемы можно статически или динамически назначать разным устройствам UE в соответствии с определенной последовательностью скачкообразной перестройки частоты. В одном варианте осуществления изобретения сигналы DMRS назначаются устройствам UE в ортогональных чередующихся блоках RB для увеличения количества устройств UE, поддерживаемых посредством MU-MIMO или посредством предварительного кодирования в системе MU-MAS. В том же варианте осуществления чередующиеся блоки RB назначаются статически. В другом варианте осуществления чередующиеся блоки RB назначаются динамически в соответствии с определенной схемой скачкообразной перестройки частоты.

Альтернативное решение представляет собой мультиплексирование сигналов DMRS разных устройств UE во временной области. Например, устройства UE разделяют на разные группы, и сигналы DMRS для этих групп отправляются в последовательных временных слотах (длительностью 0,5 мс каждый). Однако в этом случае необходимо гарантировать, что периодичность назначения сигналов DMRS разным группам меньше, чем время когерентности канала наиболее быстро перемещающегося устройства UE. Фактически необходимым условием является гарантия того, что канал для всех устройств UE не изменится с момента оценки информации CSI с помощью сигнала DMRS до момента передачи системой по линии DL потоков данных на устройства UE посредством предварительного кодирования DIDO. В одном варианте осуществления изобретения система делит активные устройства UE на группы и назначает одно и то же множество сигналов DMRS каждой группе в последовательных временных слотах. В этом же варианте осуществления система оценивает самое короткое время когерентности канала для всех активных устройств UE и рассчитывает максимальное количество групп устройств UE, а также периодичность временного мультиплексирования сигнала DMRS на основе этой информации.

Другое решение представляет собой пространственное разделение разных групп устройств UE, в которых применяются одни и те же множества сигналов DMRS. Например, одно и то же множество ортогональных сигналов DMRS можно применять для всех устройств UE из разных подкластеров антенн на Фиг. 11, определяемых одним и тем же идентификатором соты. В одном варианте осуществления изобретения группы устройств UE, в которых применяется одно и то же множество ортогональных сигналов DMRS, пространственно разделены во избежание интерференции между группами. В этом же варианте осуществления одно и то же множество ортогональных сигналов DMRS используется разными подкластерами антенн, определяемыми одним и тем же идентификатором соты. Система MU-MAS может назначать устройства UE «виртуальным сотам» для обеспечения максимального количества сигналов DMRS, которые можно применять в линии UL. В одном примере осуществления виртуальная сота представляет собой область когерентности (описанную в смежной находящейся на одновременном рассмотрении заявке на патент США с сер. № 13/232,996, озаглавленный «Системы и способы использования областей когерентности в беспроводных системах») вокруг UE, а система DIDO генерирует максимум 3300 областей когерентности для разных UE. В другом варианте осуществления настоящего изобретения каждая из 30 основных последовательностей назначается разным кластерам антенн (кластеры определяют в смежном патенте США № 8,170,081, выданном 1 мая 2012 г., озаглавленном «Система и способ регулирования подавления помех в системах DIDO на основе измерений мощности сигнала») для снижения межкластерной интерференции в смежных кластерах антенн.

3. Способы для восходящей линии связи в системе MU-MAS в стандарте LTE

В настоящем изобретении используют схемы MU-MIMO без обратной связи по каналу UL для получения одновременных потоков данных в линии UL от всех устройств UE к станциям BTS. Схема MU-MIMO по линии UL без обратной связи включает следующие стадии: i) устройства UE направляют сигнальную информацию и полезную нагрузку на все станции BTS; ii) станции BTS рассчитывают оценки каналов от всех устройств UE с применением сигнальной информации; iii) станции BTS отправляют оценки каналов и полезную нагрузку в ЦП; iv) ЦП применяет оценки каналов для устранения межканальной интерференции полезной нагрузки от всех устройств UE посредством пространственной фильтрации и демодулирует потоки данных от всех устройств UE. В одном варианте осуществления система MU-MIMO без обратной связи использует множественный доступ с частотным разделением каналов и одной несущей (SC-FDMA) для увеличения числа каналов UL от UE на BTS и мультиплексирует их в частотной области.

В одном варианте осуществления синхронизацию устройств UE достигают посредством передачи сигналов от линии DL, и предполагают, что все станции BTS связаны с одним и тем же временным/частотным опорным генератором тактовых импульсов в одном варианте осуществления за счет GPSDO либо посредством прямого проводного подключения к одному и тому же генератору, либо путем совместного использования общего временного/частотного опорного сигнала. Изменения задержки канала, распространяемые на разные UE, могут генерировать изменчивость среди временных опорных сигналов разных UE, что может повлиять на характеристики способов MU-MIMO по UL. В одном варианте осуществления только устройства UE внутри одного и того же кластера антенн (например, устройства UE, расположенные в непосредственной близости друг к другу) обрабатываются способами MU-MIMO для сокращения относительной задержки распространения через разные устройства UE. В другом варианте осуществления относительные задержки распространения между устройствами UE компенсируют на устройствах UE или на станциях BTS для гарантии одновременного приема полезных нагрузок от разных устройств UE на станциях BTS.

Способы обеспечения передачи сигнальной информации для демодуляции данных по линии UL представляют собой те же способы, которые применяют для передачи сигналов по нисходящим линиям связи в схеме DIDO без обратной связи, описанной в предыдущем разделе. ЦП использует разные методики пространственной обработки для устранения межканальной интерференции от полезной нагрузки устройств UE. В одном варианте осуществления изобретения ЦП использует нелинейные способы пространственной обработки, такие как приемники с применением способа максимального правдоподобия (ML), способа компенсации с решающей обратной связью (DFE) или последовательного подавления помех (SIC). В другом варианте осуществления ЦП использует линейные фильтры, такие как приемники с обращением в нуль незначимых коэффициентов (ZF) или с минимальной среднеквадратической ошибкой (MMSE), для устранения межканальной интерференции и независимой демодуляции восходящих потоков данных.

4. Интеграция с существующими сетями LTE

В Соединенных Штатах Америки и других регионах мира сети LTE уже эксплуатируются, или находятся в процессе размещения, и/или одобрены к размещению. Для операторов сетей LTE значительным преимуществом будет обеспечение постепенного внедрения возможностей DIDO или MU-MAS в существующие или одобренные к исполнению размещения. Таким образом, они смогут разместить системы DIDO или MU-MAS в областях, где они обеспечат немедленное получение преимуществ, и постепенно расширять возможности систем DIDO или MU-MAS для покрытия большей площади сети. Со временем, имея достаточное покрытие DIDO или MU-MAS в регионе, они смогут принять решение о полном прекращении применения сот, вместо этого полностью перейдя на системы DIDO или MU-MAS и получая гораздо более высокую спектральную плотность при гораздо более низких затратах. Во время этого полного перехода от сотовых систем к системам DIDO или MU-MAS беспроводные клиенты оператора сети LTE совсем не ощутят снижения качества обслуживания. Напротив, они ощутят повышение пропускной способности передачи данных и надежности, а оператор будет наблюдать снижение затрат.

Существуют несколько вариантов осуществления, которые обеспечат постепенную интеграцию технологий DIDO или MU-MAS в существующие сети LTE. Во всех случаях станции BTS для систем DIDO или MU-MAS будут называться станциями BTS DIDO-LTE и будут использовать один из вышеописанных LTE-совместимых вариантов осуществления систем DIDO или MU-MAS или других LTE-совместимых вариантов осуществления, которые могут быть разработаны в будущем. Или же станции BTS DIDO-LTE будут применять небольшую модификацию стандарта LTE, такую как описанные выше, а устройства UE будут либо обновлены (например, если программного обновления будет достаточно для такой модификации устройств UE, что они станут совместимым с системами DIDO или MU-MAS), либо будет размещено новое поколение устройств UE, совместимых с системами DIDO или MU-MAS. В любом случае новые станции BTS, поддерживающие технологии DIDO или MU-MAS либо в рамках ограничений стандарта LTE, либо в виде модификации стандарта LTE, ниже будут называть станциями BTS DIDO-LTE.

Стандарт LTE поддерживает различные значения полосы пропускания канала (например, 1,4, 3, 5, 10, 15 и 20 МГц). В одном варианте осуществления оператор существующей сети LTE может либо выделить новую полосу пропускания для станций BTS LTE-DIDO, либо разделить существующий спектр LTE (например, 20 МГц можно разделить на два блока по 10 МГц) для поддержки традиционных станций BTS LTE в сотовой конфигурации в одном блоке диапазона и станций BTS DIDO-LTE в другом блоке диапазона. Фактически в результате этого будут созданы две отдельные сети LTE, а устройства UE будут выполнены с возможностью работы с одной или другой сетью или для выбора между двумя сетями. В случае подразделения спектра его можно разделить равномерно между традиционной сетью LTE и сетью DIDO-LTE BTS или неравномерно с выделением большего диапазона для той сети, которая сможет использовать его наилучшим образом с учетом заданного уровня размещения сотовой сети LTE BTS и сети DIDO-LTE BTS и/или схем применения устройств UE. Такое подразделение по мере необходимости можно изменять со временем, а в некоторый момент, когда будет выполнено развертывание достаточного числа BTS DIDO-LTE для обеспечения такого же или лучшего покрытия, которое обеспечивается сотовыми BTS, весь диапазон можно будет выделить для BTS DIDO-LTE, а сотовые BTS можно будет вывести из эксплуатации.

В другом варианте осуществления обычные сотовые станции BTS LTE можно выполнить с возможностью координации со станциями BTS DIDO-LTE, чтобы они могли совместно, поочередно использовать один и тот же спектр. Например, при равной мере совместного использования диапазона каждая сеть BTS будет поочередно использовать по одному кадру 10 мс, например, один кадр 10 мс для сотовой BTS LTE, а затем один кадр 10 мс для BTS DIDO-LTE. Кадры также можно подразделить на неравные интервалы времени. Такое разбиение на интервалы по мере необходимости можно изменять со временем, а в некоторый момент, когда будет выполнено развертывание достаточного числа BTS DIDO-LTE для обеспечения такого же или лучшего покрытия, которое обеспечивается сотовыми BTS, весь диапазон можно будет выделить для BTS DIDO-LTE с выводом из эксплуатации BTS.

В другом варианте осуществления изобретения систему DIDO или MU-MAS используют в качестве беспроводной транспортной сети связи LOS или NLOS к малым сотам в сетях LTE и LTE-Advanced. При размещении малых сот в сетях LTE система DIDO или MU-MAS обеспечивает для них высокоскоростную беспроводную транспортную сеть связи. По мере роста спроса на более высокую скорость передачи данных к сети добавляется все большее число малых сот, до тех пор, пока беспроводная сеть не достигнет предела, при котором в заданной области к ней будет невозможно добавить малые соты, не вызвав межсотовой интерференции. В этом же варианте осуществления изобретения станции BTS DIDO-LTE применяют для постепенного замещения малых сот, таким образом повышая пропускную способность сети с помощью межсотовой интерференции.

5. Планировщик MU-MAS LTE

В системе MU-MAS распределенные антенны или станции BTS передают множеству устройств UE одновременные потоки данных с предварительным кодированием. Как описано в смежных патентах и заявках, для обеспечения одновременных передач данных количество станций BTS должно быть не меньше количества устройств UE. В практически реализованных размещениях количество устройств UE может превышать количество станций BTS. В этом случае можно выбирать дополнительные устройства UE для передачи в разных временных слотах или полосах частот в соответствии с определенным алгоритмом планирования. Планировщик использует информацию о качестве канала в устройствах UE, чтобы выбрать наиболее подходящее для обслуживания множество устройств UE в данное время и на данной частоте. В настоящем изобретении применяют различные способы планирования, включая пропорциональное планирование, циклический или поглощающий алгоритмы.

Как описано в предыдущих разделах, в стандарте LTE определяют два параметра, информирующие планировщик о качестве линии связи каждого устройства UE: CQI и SRS. Индикатор CQI характеризует качество канала DL и отправляется устройством UE в качестве обратной связи к станции BTS. Сигнал SRS представляет собой сигнальную информацию, отправляемую от устройства UE к станции BTS для измерения качества канала UL. Оба индикатора предоставляют информацию о качестве канала UL/DL во временной и частотной областях. В системах FDD планировщик DL должен применять индикатор CQI как меру производительности, поскольку качество каналов DL и UL может меняться из-за разных частот несущей. В режиме TDD планировщик DL использует индикатор CSI, или сигнал SRS, или комбинацию обоих параметров, чтобы принять решение по планированию. Те же самые показатели производительности можно применять для планирования канала UL. В одном варианте осуществления изобретения планировщик MU-MAS использует индикатор CQI и сигнал SRS в качестве показателей производительности, применяемых алгоритмом планирования.

Система MU-MAS, описанная в настоящем изобретении, позволяет использовать один дополнительный индикатор качества канала, не описанный на предшествующем уровне техники: индикатор пространственной избирательности (SSI), описанный в смежной заявке на патент США с сер. № 13/475,598, озаглавленной «Системы и способы увеличения пространственного разнесения в беспроводных системах с распределенным входом — распределенным выходом». Индикатор SSI можно вычислить на основании информации CSI, полученной от всех устройств UE посредством механизмов обратной связи или от канала UL (с применением принципа взаимности каналов UL/DL). В одном варианте осуществления изобретения планировщик использует индикатор SSI в качестве показателя производительности. Индикатор SSI представляет собой меру пространственного разнесения, доступного в беспроводной линии связи. Индикатор SSI зависит от пространственных характеристик станций BTS, а также от устройств UE. В одном примере осуществления изобретения планировщик получает индикатор SSI от всех устройств UE и включает в план устройства UE с «оптимальным» индикатором SSI в соответствии с определенным критерием планирования. Если количество доступных станций BTS превышает количество активных станций BTS, вышеописанный критерий выбора пользователей комбинируют со способом выбора антенн, описанным в смежной заявке на патент США с сер. № 13/475,598, озаглавленной «Системы и способы увеличения пространственного разнесения в беспроводных системах с распределенным входом — распределенным выходом». В одном варианте осуществления изобретения планировщик выбирает оптимальное подмножество станций BTS и устройств UE на основании определенного критерия планирования.

Что касается Фиг. 9, 10 и 11, в определенных сценариях ортогональных сигнальных последовательностей может быть недостаточно для поддержки большого количества станций BTS внутри одного и того же кластера антенн или подкластера антенн. В этом случае при активации дополнительных станций BTS для покрытия зон с большим количеством активных устройств UE может возникнуть некоторый уровень интерференции. В одном варианте осуществления изобретения планировщик измеряет уровень интерференции между кластерами антенн или подкластерами антенн и выполняет планирование устройств UE таким образом, чтобы свести влияние этой интерференции на беспроводную линию связи к минимуму.

Алгоритм выбора антенны, описанный в смежной заявке на патент США с сер. № 13/475,598, озаглавленной «Системы и способы увеличения пространственного разнесения в беспроводных системах с распределенным входом — распределенным выходом», используют в настоящем изобретении для выбора оптимального множества активных станций BTS на основании индикатора SSI. Тем не менее, этот алгоритм выбора антенны может иметь высокую вычислительную сложность, поскольку ко всем возможным перестановкам подмножеств антенн необходимо применить обработку предварительного кодирования в системе MU-MAS перед принятием решения о наиболее подходящем подмножестве на основании показателя производительности SSI. В системе MU-MAS с большим количеством взаимодействующих станций BTS такая вычислительная нагрузка может оказаться дорогостоящей или непригодной для выполнения в практических размещениях. Таким образом, требуется разработать альтернативные методики снижения количества подмножеств антенн наряду с поддержанием высокой производительности способа выбора антенны. В одном варианте осуществления изобретения в системе MU-MAS используют способы на основе формирования очереди номеров идентификаторов подмножеств антенн, далее называемые «способом перестановки антенн». В одном варианте осуществления изобретения с помощью способа перестановки антенн очередь, содержащую все возможные идентификаторы подмножеств антенн (т. е. все возможные перестановки активных станций BTS для данного множества доступных станций BTS), подразделяют на разные группы и назначают этим группам различные приоритеты. Такие группы определяются в целях распределения справедливых шансов на выбор для всех идентификаторов подмножеств, но показатель SSI вычисляется только для ограниченного количества подмножеств (например, обладающих наивысшим приоритетом), что снижает вычислительную сложность. В одном примере осуществления очередь идентификаторов подмножеств подразделяется на три группы, причем каждой группе назначается отдельное правило: i) группа № 1 содержит идентификаторы с наивысшим приоритетом, которые удаляются из группы только в случае определения нового подмножества с более высоким приоритетом; ii) группа № 2, в которую при каждой итерации способа включаются новые подмножества антенн (выбираемые из группы № 3); iii) группа № 3, в которой идентификаторы подмножеств антенн переставляются согласно циклическому алгоритму. Все идентификаторы подмножеств внутри групп № 1 и № 2 сортируются на основании их приоритета при каждой итерации способа, что обеспечивает возможность продвижения идентификаторов подмножеств из группы № 2 в группу № 1. Индикатор SSI вычисляется только для подмножеств внутри групп № 1 и № 2, и алгоритм выбора антенн применяется только к этим подмножествам.

6. Пользовательское оборудование MU-MAS LTE

Настоящее изобретение содержит разные конфигурации устройств UE стандарта LTE. В одном варианте осуществления устройство UE представляет собой устройство UE стандарта LTE, совместимое с системой MU-MAS, в которой применяется предварительное кодирование, как описано выше и показано на Фиг. 13.

В другом варианте осуществления устройство UE 1401 соединяют с разными устройствами 1402 и 1403 через первый сетевой интерфейс 1404 (например, Wi-Fi, USB, Ethernet, Bluetooth, оптоволокно и т. д.) и с системой MU-MAS через второй сетевой интерфейс 1405, как показано на Фиг. 14. Устройство UE на Фиг. 14 оснащают двумя различными сетевыми интерфейсами, причем каждый сетевой интерфейс содержит одну или множество антенн (хотя в альтернативных вариантах осуществления первый сетевой интерфейс 1404 может представлять собой проводной интерфейс без антенн). Антенны первого сетевого интерфейса обозначают кружками, тогда как антенны второго сетевого интерфейса обозначают треугольниками. В этом же варианте осуществления второй сетевой интерфейс поддерживает предварительное кодирование в системе MU-MAS, систему MU-MAS, реализованную с LTE-совместимыми протоколами, или систему MU-MAS (реализованную с LTE-совместимыми протоколами или без них) и альтернативную сеть. В этом же варианте осуществления альтернативная сеть представляет собой сотовую сеть, сеть LTE или сеть Wi-Fi. В этом же варианте осуществления устройство UE работает только с системой MU-MAS или с альтернативной сетью либо с обеими системами, и устройство UE выбирает либо систему MU-MAS, либо альтернативную сеть на основании некоторых критериев. В этом же варианте осуществления существуют следующие критерии: i) доступна и выбрана только одна сеть; ii) одна сеть обладает наилучшей производительностью; iii) одна сеть более экономична; iv) одна сеть менее перегружена; v) одна сеть использует меньше ресурсов устройства UE.

В одном варианте осуществления изобретения устройство UE 1501 находится в корпусе, физически присоединенном к пользовательскому устройству 1502, как показано на Фиг. 15. В этом же варианте осуществления корпус служит декоративным дополнением к пользовательскому устройству. В другом варианте осуществления корпус служит для защиты пользовательского устройства от физического повреждения. Устройство UE содержит аккумулятор 1503 и один или множество сетевых интерфейсов 1504.

В одном варианте осуществления электронное оборудование устройства UE встраивают в корпус. В этом же варианте осуществления электронное оборудование устройства UE включает аккумулятор 1503. В аккумуляторе предусматривают подключение зарядного устройства посредством физического электрического контакта или беспроводным образом. Примеры способов подключения питания включают проводящие, индуктивные, РЧ, световые или тепловые, но не ограничивают этими подходами. В этом же варианте осуществления для получения питания электронное оборудование устройства UE соединено с пользовательским устройством. Такое подключение питания осуществляют посредством физического контакта, индуктивным или беспроводным образом. В этом же варианте осуществления для получения питания пользовательское устройство соединяют с устройство UE системы MU-MAS. Это подключение осуществляют посредством физического контакта, индуктивным или беспроводным образом. В другом варианте осуществления одно и то же зарядное устройство питает как пользовательское устройство, так и устройство UE системы MU-MAS.

В одном варианте осуществления устройство UE выполняют с возможностью связи с пользовательским устройством. В этом же варианте осуществления устройство UE можно перезапустить (например, посредством переключателя или отключения от питания), так что пользовательское устройство можно первоначально подключить к нему, чтобы, когда подключение будет установлено, пользовательское устройство выполнило конфигурирование устройства UE. Такое конфигурирование включает настройку личного пароля и/или других протоколов безопасности. В другом варианте осуществления устройство UE включает средство, которое должно быть выполнено с возможностью связи с пользовательским устройством. Такое конфигурирование выполняют посредством порта связи для подключения к другому устройству, причем порт связи представляет собой USB-порт, или посредством средств управления и/или кнопок устройств UE, или посредством дисплея, имеющего кнопочный или сенсорный ввод.

В другом варианте осуществления для сети связи MU-MAS, а также для альтернативной сети применяют одну и ту же РЧ-цепь. В другом варианте осуществления для сети связи MU-MAS и для альтернативной сети применяют разные РЧ-цепи.

Ссылки

[1] A. Paulraj, R. Nabar, and D. Gore, Introduction to Space-Time Wireless Communications, Cambridge University Press, 40 West 20th Street, New York, NY, USA, 2003

[2] D. Gesbert, M. Shafi, D. Shiu, P.J. Smith and A. Naguib, «From theory to practice: an overview of MIMO space-time coded wireless systems», IEEE Journal on Selected Areas on Communications, vol.2, n.3, pp.281-302, Apr. 2003

[3] L. Zheng and D. N. C. Tse, «Diversity and multiplexing: a fundamental tradeoff in multiple-antenna channels», IEEE Trans. Info. Th., vol. 49, no. 5, pp. 1073–1096, May 2003

[4] D. N. C. Tse, P. Viswanath, and L. Zheng, «Diversity-multiplexing tradeoff in multiple-access channels», IEEE Trans. Info. Th., vol. 50, no. 9, pp. 1859–1874, Sept. 2004

[5] E. Visotsky and U. Madhow, «Space-time transmit precoding with im- perfect feedback», IEEE Trans. Info. Th., vol. 47, pp. 2632–2639, Sep. 2001.

[6] S. A. Jafar, S. Vishwanath, and A. Goldsmith, «Channel capacity and beamforming for multiple transmit and receive antennas with covariance feedback», Proc. IEEE Int. Conf. on Comm., vol. 7, pp. 2266–2270, Jun. 2001.

[7] S. A. Jafar and A. Goldsmith, «Transmitter optimization and optimality of beamforming for multiple antenna systems», IEEE Trans. Wireless Comm., vol. 3, pp. 1165–1175, July 2004.

[8] E. A. Jorswieck and H. Boche, «Channel capacity and capacity-range of beamforming in MIMO wireless systems under correlated fading with covariance feedback», IEEE Trans. Wireless Comm., vol. 3, pp. 1543– 1553, Sep. 2004.

[9] A. L. Moustakas and S. H. Simon, «Optimizing multiple-input single- output (MISO) communication systems with general Gaussian channels: nontrivial covariance and nonzero mean», IEEE Trans. Info. Th., vol. 49, pp. 2770–2780, Oct. 2003.

[10] M. Kang and M. S. Alouini, «Water-filling capacity and beamforming performance of MIMO systems with covariance feedback», IEEE Work. on Sign. Proc. Adv. in Wire. Comm., pp. 556–560, June 2003.

[11] S. H. Simon and A. L. Moustakas, «Optimizing MIMO antenna systems with channel covariance feedback», IEEE Jour. Select. Areas in Comm., vol. 21, pp. 406–417, Apr. 2003.

[12] S. M. Alamouti, «A simple transmit diversity technique for wireless communications», IEEE Jour. Select. Areas in Comm., vol. 16, no. 8, pp. 1451–1458, Oct. 1998.

[13] V. Tarokh, N. Seshadri, and A. R. Calderbank, «Space-time codes for high data rate wireless communication: Performance criterion and code construction,” IEEE Trans. Info. Th., vol. 44, pp. 744–65, Mar. 1998.

[14] V. Tarokh, H. Jafarkhani, and A. R. Calderbank, «Space-time block codes from orthogonal designs», IEEE Trans. Info. Th., vol. 45, pp. 1456–467, July 1999.

[15] E. N. Onggosanusi, A. G. Dabak, and T. A. Schmidl, «High rate space- time block coded scheme: performance and improvement in correlated fading channels», Proc. IEEE Wireless Comm. and Net. Conf., vol. 1, pp. 194–199, Mar. 2002.

[16] G. D. Durgin, Space-Time Wireless Channels, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, USA, 2003

[17] D.-S. Shiu, G. J. Foschini, M. J. Gans, and J. M. Kahn, «Fading corre- lation and its effect on the capacity of multielement antenna systems», IEEE Trans. Comm., vol. 48, no. 3, pp. 502–513, Mar. 2000

[18] A. Forenza and R. W. Heath Jr., «Impact of antenna geometry on MIMO communication in indoor clustered channels», Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., vol. 2, pp. 1700–1703, June 2004.

[19] E. A. Jorswieck and H. Boche, «Channel capacity and capacity-range of beamforming in MIMO wireless systems under correlated fading with covariance feedback», IEEE Trans. Wireless Comm., vol. 3, pp. 1543– 1553, Sep. 2004

[20] R. W. Heath Jr. and A. Paulraj, “Switching between multiplexing and diversity based on constellation distance,” Proc. of Allerton Conf. on 208, Comm. Control and Comp., Sep. 2000.

[21] S. Catreux, V. Erceg, D. Gesbert, and R. W. Heath Jr., «Adaptive modulation and MIMO coding for broadband wireless data networks», IEEE Comm. Mag., vol. 2, pp. 108–115, June 2002.

[22] A. Forenza, A. Pandharipande, H. Kim, and R. W. Heath Jr., «Adaptive MIMO transmission scheme: Exploiting the spatial selectivity of wireless channels,” Proc. IEEE Veh. Technol. Conf., vol. 5, pp. 3188–3192, May 2005

[23] C. B. Chae, A. Forenza, R. W. Heath, Jr., M. R. McKay, and I. B. Collings, «Adaptive MIMO Transmission Techniques for Broadband Wireless Communication Systems», IEEE Communications Magazine, vol. 48, no. 5, pp. 112-118, May 2010

[24] FCC, “Broadband action agenda”, National Broadband Plan, 2010 http://www.broadband.gov/plan/national-broadband-plan-action-agenda.pdf

[25], N. Delfas, F. Meunier, S. Flannery, T. Tsusaka, E. Gelblum and S. Kovler, «Mobile data wave: who dares to invest, wins», Morgan Stanley Research Global, June 13, 2012

[26] D. Goldman, «Sorry, America: your wireless airwaves are full», CNN Money http://money.cnn.com/2012/02/21/technology/spectrum_crunch/index.htm

[27] P. Rysavy, «No silver bullets for FCC, NTIA spectrum challange», Daily report for executives, Bloomberg BNA, Aug. 2012

http://www.rysavy.com/Articles/2012_09_No_Spectrum_Silver_Bullets.pdf

[28] T. W. Hazlett, «Radio spectrum for a hungry wireless world», Sept. 22, 2011

[29] B. J. Love, D. J. Love and J. V. Krogmeier, «Like deck chairs on the Titanic: why spectrum reallocation won’t avert the coming data crunch but technology might keep the wireless industry afloat», Feb. 2012

[30] Qualcomm, «The 1000x data challenge, the latest on wireless, voice, services and chipset evolution», 4G World, Oct. 31^st, 2012

[31] J. Lee, J.-K. Han, J. Zhang, «MIMO technologies in 3GPP LTE and LTE-advanced», EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, Hindawi, May 2009

[32] 3GPP, TS 36.201, «Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); LTE Physical Layer-General Description (Release 8)»

[33] 3GPP, TS 36.211, «Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 8)»

[34] 3GPP, TS 36.212, «Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); LTE Physical Layer-General Description (Release 8)»

[35] 3GPP, TS 36.213, «Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures (Release 8)»

[36] T. Yoo, N. Jindal, and A. Goldsmith, «Multi-antenna broadcast channels with limited feedback and user selection», IEEE Journal on Sel. Areas in Communications, vol. 25, pp. 1478-91, July 2007.

[37] P. Ding, D. J. Love, and M. D. Zoltowski, «On the sum rate of channel subspace feedback for multi-antenna broadcast channels», in Proc., IEEE Globecom, vol. 5, pp. 2699-2703, November 2005.

[38] N. Jindal, «MIMO broadcast channels with finite-rate feedback», IEEE Trans. on Info. Theory, vol. 52, pp. 5045-60, November 2006.

[39] D. J. Love, R. W. Heath, Jr., V. K. N. Lau, D. Gesbert, B. D. Rao, and M. Andrews, «An Overview of Limited Feedback in Wireless Communication Systems», IEEE Journal on Sel. Areas in Comm., Special Issue on Exploiting Limited Feedback in Tomorrow's Wireless Communication Networks, vol. 26, no. 8, pp. 1341–1365, Oct. 2008.

R. W. Heath, Jr., D. J. Love, V. K. N. Lau, D. Gesbert, B. D. Rao, and M. Andrews, «Exploiting Limited Feedback in Tomorrow's Wireless Communication Networks», IEEE Journal on Sel. Areas in Comm., Special Issue on Exploiting Limited Feedback in Tomorrow's Wireless Communication Networks, vol. 26, no. 8, pp. 1337-1340, Oct. 2008.

[41] D. J. Love, R. W. Heath, Jr., and T. Strohmer, «Grassmannian Beamforming for Multiple-Input Multiple-Output Wireless Systems», IEEE Trans. on Info. Theory special issue on MIMO Communication, vol. 49, pp. 2735–2747, Oct. 2003

[42] C. B. Chae, D. Mazzarese, N. Jindal and R. W. Heath, Jr., «Coordinated Beamforming with Limited Feedback in the MIMO Broadcast Channel» IEEE Journal on Sel. Areas in Comm., Special Issue on Exploiting Limited Feedback in Tomorrow's Wireless

Comm. Networks, vol. 26, no. 8, pp. 1505–1515, Oct. 2008

[43] A. Paulraj, «Is OFDMA, MIMO and OS the right stuff for mobile broad- band?» http://www.ieeevtc.org/vtc2005fall/presentations/paulraj.pdf, Sept. 2005

[44] J. Wannstrom, «Carrier aggregation explained», 3GPP

http://www.3gpp.org/Carrier-Aggregation-explained

[45] 3GPP, TS 36.808, «Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Carrier Aggregation (Release 10)», v10.0.0, June 2012

[46] Nokia Siemens Networks, “2020: beyond 4G, radio evolution for the gigabit experience”, White Paper, 2011, www.nokiasiemensnetworks.com

[47] S. Marek, «AT&T’s Rinne talks about carrier aggregation trials, small cells and more», http://www.fiercebroadbandwireless.com/story/atts-rinne-talks-about-carrier-aggregation-trials-small-cells-and-more/2012-11-08

[48] M. Reed, «InterfereX», Tech23, 2011

http://www.youtube.com/watch?v=YPpELm6iip8

[49] NICTA, «InterfereX»,

http://www.nicta.com.au/research/archive/research_themes/networked_systems/interferex

[50] J. Duplicity, et al., «MU-MIMO in LTE systems», EURASIP Journal on Wireless Communications and Netowrking, Mar. 2011

[51] S. Feng and E. Seidel, «Self-organizing networks (SON) in 3GPP LTE», Nomor research, May 2008

[52] NEC, «Self organizing networks», White paper, Feb. 2009

[53] U.S. Patent No. 5,809,422, issued September 15, 1998, entitled «Distributed microcellular communications system», G. R. Raleigh, M. A. Pollack

[54] G. J. Foschini, H.C. Huang, K. Karakayali, R. A. Valenzuela, and S. Venkatesan. The Value of Coherent Base Station Coordination. In Conference on In- formation Sciences and Systems (CISS 2005), Mar. 2005

[55] M. K. Karakayali, G. J. Foschini, R. A. Valenzuela, and R. D. Yates, «On the maximum common rate achievable in a coordinated network», Proc. of the Int’l Conf. on Communications (ICC’06), vol. 9, pp. 4333–4338, June 2006.

[56] M. K. Karakayali, G. J. Foschini, and R. A. Valenzuela, «Network coor- dination for spectrally efficient communications in cellular systems», IEEE Wireless Communications Magazine, vol. 13, no. 4, pp. 56–61, Aug. 2006.

[57] G. J. Foschini, M. K. Karakayali, and R. A. Valenzuela, “Coordinating multiple antenna cellular networks to achieve enormous spectral efficiency,” Pro- ceedings of the IEEE, vol. 153, no. 4, pp. 548–555, Aug. 2006.

[58] S. Venkatesan, A. Lozano, and R. Valenzuela, «Network MIMO: overcoming inter-cell interference in indoor wireless systems», Proc. of Asilomar conf., pp.83-87, Nov. 2007

[59] S. Venkatesan, H. Huang, A. Lozano, and R. Valenzuela, «A WiMAX-based implementation of network MIMO for indoor wireless systems», EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, Sep. 2009

[60] Y. Liang, R. Valenzuela, G. Foschini, D. Chizhik, and A. Goldsmith, «Interference suppression in wireless cellular networks through picocells», ACSSC, pp.1041-1045, Nov. 2007

[61] A. Papadogiannis, H. J. Bang, D. Gesbert, and E. Hardouin, «Efficient selective feedback design for multicell cooperative networks», IEEE Trans. On Vehicular Techn., pp.196-205, vol.60, n.1, Jan. 2011

[62] I. F. Akyildiz, D. M. Guterrez-Estevez, E. C. Reyes, «The evolution to 4G cellular systems: LTE-Advanced», Physical communication, Elsevier, pp. 217–244, 2010

[63] A. Barbieri, P. Gaal, S. Geirhofer, T. Ji, D. Malladi, Y. Wei, and F. Xue, «Coordinated downlink multi-point communications in heterogeneous cellular networks», (Qualcomm), Information Theory and App. Workshop, pp. 7-16, Feb. 2012

[64] S. Parkvall, E. Dahlman, A. Furuskar, Y. Jading, M. Olsson, S. Wanstedt, and K. Zangi, «LTE-Advanced – evolving LTE towards IMT-Advanced», (Ericsson) IEEE VTC, pp.1-5, Sep. 2008

[65] R. A. Monziano and T. W. Miller, Introduction to Adaptive Arrays, New York: Wiley, 1980.

[66] K. K. Wong, R. D. Murch, and K. B. Letaief, «A joint channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems», IEEE Trans. Wireless Comm., vol. 2, pp. 773–786, Jul 2003;

[67] R. Chen, R. W. Heath, Jr., and J. G. Andrews, «Transmit Selection Diversity for Unitary Precoded Multiuser Spatial Multiplexing Systems with Linear Receivers», IEEE Trans. on Signal Proc., vol. 55, no. 3, pp. 1159-1171, Mar. 2007.

[68] M. Costa, «Writing on dirty paper», IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 29, No. 3, Page(s): 439 - 441, May 1983.

[69] G. Caire and S. Shamai, «On the achievable throughput of a multiantenna Gaussian broadcast channel», IEEE Trans. Info.Th., vol. 49, pp. 1691–1706, July 2003.

[70] N. Jindal & A. Goldsmith, «Dirty Paper Coding vs. TDMA for MIMO Broadcast Channels», IEEE Trans. on Info. Theory, vol.51, pp.1783-1794, May 2005

[71] M. Tomlinson, «New automatic equalizer employing modulo arithmetic», Electronics Letters, Page(s): 138 - 139, March 1971.

[72] H. Miyakawa and H. Harashima, «A method of code conversion for digital communication channels with intersymbol interference», Transactions of the Institute of Electronic

[73] U. Erez, S. Shamai (Shitz), and R. Zamir, «Capacity and lattice-strategies for cancelling known interference», Proceedings of International Symposium on Information Theory, Honolulu, Hawaii, Nov. 2000.

[74] W. Yu and J. M. Cioffi, «Trellis Precoding for the Broadcast Channel», IEEE Globecom, vol.2, pp.1344-1348, 2001

[75] B. M. Hochwald, C. B. Peel, and A. L. Swindlehurst, «A Vector-Perturbation Technique for Near-Capacity Multiantenna Multiuser Communication - Part I: Channel Inversion and Regularization”, IEEE Trans. On Communications, vol. 53, n.1, pp.195-202, Jan. 2005

[76] B. M. Hochwald, C. B. Peel, and A. L. Swindlehurst, «A Vector-Perturbation Technique for Near-Capacity Multiantenna Multiuser Communication - Part II: Perturbation”, IEEE Trans. On Communications, vol. 53, n. 3, pp.537–544, Mar. 2005

[77] S. Perlman and A. Forenza, «Distributed-input distributed-output (DIDO) wireless technology: a new approach to multiuser wireless», Rearden Labs White Paper, July 2011, http://www.reardenwireless.com/110727-DIDO-A%20New%20Approach%20to%20Multiuser%20Wireless.pdf

[78] A. Vance, «Steve Perlman’s wireless fix», Businessweek, July 2011 http://www.businessweek.com/magazine/the-edison-of-silicon-valley-07272011.html

[79] M. Lindström (Ericsson), «LTE-Advanced Radio Layer 2 and RRC aspects», 3GPP TSG-RAN WG2

[80] Anritsu, «LTE resource guide», www.us.anritsu.com

[81] 3GPP, «Spatial Channel Model AHG (Combined ad-hoc from 3GPP & 3GPP2)», SCM Text V6.0, April 22, 2003

[82] J. Lee, «Introduction of LTE-Advanced DL/UL MIMO», Samsung Electronics, Sep. 2009

[83] E. Dahlman, S. Parkvall and J. Skold, «4G: LTE/LTE-Advanced for mobile broadband”, Elsevier, 2011 г.

[84] J. Syren, «Overview on the 3GPP long term evolution physical layer», Freescale White Paper, July 2007

[85] M. Baker, «LTE-Advanced physical layer», Alcatel-Lucent, Dec. 2009

[86] J. Xu, «LTE-Advanced signal generation and measurements using SystemVue», Agilent Technologies

[87] X. Hou and H. Kayama, «Demodulation reference signal design and channel estimation for LTE-Advanced uplink», DOCOMO, Adv. in Vehic. Netw. Tech., Apr. 2011

[88] D. C. Chu, «Polyphase codes with good periodic correlation properties», IEEE Trans. Info. Theory, vol. 18, n. 4, pp. 531-532, July 1972

[89] A. Lozano, R.W. Heath and J. Andrews, «Fundamental limits of cooperation», Mar. 2012, http://arxiv.org/pdf/1204.0011.pdf

[90] J. G. Andrews, «Seven ways that HetNet are a cellular paradigm shift»

http://users.ece.utexas.edu/~jandrews/pubs/And_HetNet_CommMag2012_v3.pdf.

Настоящее изобретение относится к области беспроводной связи. Техническим результатом является повышение пропускной способности в беспроводных сетях связи. Упомянутый технический результат достигается тем, что в многоантенной системе (MAS) с многопользовательскими (MU) передачами (MU-MAS) множество беспроводных устройств приемопередатчиков (BTSs), распределенных в области покрытия за пределами соты, совместно используют одинаковый ID соты; множество беспроводных устройств пользовательского оборудования (UEs) соединены с возможностью связи с BTSs; при этом MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора UEs/BTSs для нисходящей и восходящей передачи данных, на основе пространственного разнесения между указанными UEs и BTSs; а блок пространственной обработки выполнен с возможностью использования интерференции BTSs для создания множества одновременных неинтерферирующих DL или UL линий передачи данных, содержащих линии канала управления, между BTSs и первым поднабором UEs в одном и том же диапазоне частот. 6 н. и 34 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Многоантенная система (MAS) с многопользовательскими (MU) передачами (MU-MAS), содержащая:

множество антенн или беспроводных устройств приемопередатчиков (BTSs), распределенных в области покрытия за пределами соты, совместно использующих одинаковый идентификатор соты (ID соты);

множество беспроводных устройств пользовательского оборудования (UEs), соединенных с возможностью связи с BTSs; при этом

MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора UEs для нисходящей и восходящей передачи данных, на основе пространственного разнесения между указанными UEs и BTSs; и

блок пространственной обработки, выполненный с возможностью использования интерференции BTSs для создания множества одновременных неинтерферирующих нисходящих (DL) или восходящих (UL) линий передачи данных, содержащих линии канала управления, между BTSs и первым поднабором UEs в одном и том же диапазоне частот.

2. Система по п. 1, в которой MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора UEs для планирования передачи данных.

3. Система по п. 1, в которой возможности передачи данных MU-MAS совместно используются множеством UEs.

4. Система по п. 1, в которой MU-MAS выполнена с возможностью выбора второго поднабора UEs в интервал времени, отличающийся от интервала времени в который MU-MAS выбирает первый поднабор UEs.

5. Система по п. 4, в которой первый поднабор и второй поднабор UEs не имеют общих элементов.

6. Система по п. 4, в которой первый поднабор и второй поднабор UEs имеют по меньшей мере одно общее UE.

7. Многоантенная система (MAS) с многопользовательскими (MU) передачами (MU-MAS), содержащая:

множество антенн или беспроводных устройств приемопередатчиков (BTSs), распределенных в области покрытия за пределами соты, совместно использующих одинаковый идентификатор соты (ID соты);

множество беспроводных устройств пользовательского оборудования (UEs), соединенных с возможностью связи с BTSs; при этом

MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора BTSs для нисходящей и восходящей передачи данных, на основе пространственного разнесения между указанными UEs и BTSs; и

блок пространственной обработки, выполненный с возможностью использования интерференции BTSs для создания множества одновременных неинтерферирующих нисходящих (DL) или восходящих (UL) линий передачи данных, содержащих линии канала управления, между первым поднабором BTSs и UEs в одном и том же диапазоне частот.

8. Система по п. 7, в которой MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора BTSs для планирования передачи данных.

9. Система по п. 7, в которой возможности передачи данных MU-MAS совместно используются множеством UEs.

10. Система по п. 7, в которой MU-MAS выполнена с возможностью выбора второго поднабора BTSs в интервал времени, отличающийся от интервала времени, в который MU-MAS выбирает первый поднабор BTSs.

11. Система по п. 10, в которой первый поднабор и второй поднабор BTSs не имеют общих элементов.

12. Система по п. 10, в которой первый поднабор и второй поднабор BTSs имеют по меньшей мере одно общее BTS.

13. Многоантенная система (MAS) с многопользовательскими (MU) передачами (MU-MAS), содержащая:

множество антенн или беспроводных устройств приемопередатчиков (BTSs), распределенных в области покрытия за пределами соты, совместно использующие одинаковый идентификатор соты (ID соты);

множество беспроводных устройств пользовательского оборудования (UEs), соединенных с возможностью связи с BTSs; при этом

MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора UEs и первого поднабора BTSs для нисходящей и восходящей передачи данных, на основе пространственного разнесения между указанными UEs и BTSs; и

блок пространственной обработки, выполненный с возможностью использования интерференции BTSs для создания множества одновременных неинтерферирующих нисходящих (DL) или восходящих (UL) линий передачи данных, содержащих линии канала управления, между первым поднабором UEs и первым поднабором BTSs в одном и том же диапазоне частот.

14. Система по п. 13, в которой MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора UEs и первого поднабора BTSs для планирования передачи данных.

15. Система по п. 13, в которой возможности передачи данных MU-MAS совместно используются множеством UEs.

16. Система по п. 13, в которой MU-MAS выполнена с возможностью выбора второго поднабора UEs и второго поднабора BTSs в интервал времени, отличающийся от интервала времени, в который MU-MAS выбирает первый поднабор UEs и первый поднабор BTSs.

17. Система по п. 16, в которой первый поднабор и второй поднабор UEs не имеют общих элементов.

18. Система по п. 16, в которой первый поднабор и второй поднабор UEs имеют по меньшей мере одно общее UE.

19. Система по п. 16, в которой первый поднабор и второй поднабор BTSs не имеют общих элементов.

20. Система по п. 16, в которой первый поднабор и второй поднабор BTSs имеют по меньшей мере одно общее BTS.

21. Способ связи, реализуемый MU-MAS, содержащий этапы, на которых:

множество беспроводных устройств приемопередатчиков (BTSs) распределенных в области покрытия за пределами соты, совместно используют одинаковый ID соты;

множество UEs соединены с возможностью связи с BTSs; при этом

MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора UEs для нисходящей и восходящей передачи данных, на основе пространственного разнесения между указанными UEs и BTSs; а

блок пространственной обработки выполнен с возможностью использования интерференции BTSs для создания множества одновременных неинтерферирующих DL или UL линий передачи данных, содержащих линии канала управления, между BTSs и первым поднабором UEs в одном и том же диапазоне частот.

22. Способ по п. 21, в котором MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора UEs для планирования передачи данных.

23. Способ по п. 21, в котором возможности передачи данных MU-MAS совместно используются множеством UEs.

24. Способ по п. 21, в котором MU-MAS выполнена с возможностью выбора второго поднабора UEs в интервал времени, отличающийся от интервала времени, в который MU-MAS выбирает первый поднабор UEs.

25. Способ по п. 24, в котором первый поднабор и второй поднабор UEs не имеют общих элементов.

26. Способ по п. 24, в котором первый поднабор и второй поднабор UEs имеют по меньшей мере одно общее UE.

27. Способ связи, реализуемый MU-MAS, содержащий этапы, на которых:

множество BTSs распределенных в области покрытия за пределами соты, совместно используют одинаковый ID соты;

множество UEs, соединены с возможностью связи с BTSs; при этом

MU-MAS выполнена с возможностью выбора поднабора BTSs для нисходящей и восходящей передачи данных, на основе пространственного разнесения между указанными UEs и BTSs; а

блок пространственной обработки выполнен с возможностью использования интерференции BTSs для создания множества одновременных неинтерферирующих DL или UL линий передачи данных, содержащих линии канала управления, между BTSs и поднабором UEs в одном и том же диапазоне частот.

28. Способ по п. 27, в котором MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора BTSs для планирования передачи данных.

29. Способ по п. 27, в котором возможности передачи данных MU-MAS совместно используются множеством UEs.

30. Способ по п. 27, в котором MU-MAS выполнена с возможностью выбора второго поднабора BTSs в интервал времени, отличающийся от интервала времени в который MU-MAS выбирает первый поднабор BTSs.

31. Способ по п. 30, в котором первый поднабор и второй поднабор BTSs не имеют общих элементов.

32. Способ по п. 30, в котором первый поднабор и второй поднабор BTSs имеют по меньшей мере одно общее BTS.

33. Способ связи, реализуемый MU-MAS, содержащий этапы, на которых:

множество BTSs, распределенных в области покрытия за пределами соты, совместно используют одинаковый ID соты;

множество UEs соединены с возможностью связи с BTSs; при этом

MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора UEs и первого поднабора BTSs для нисходящей и восходящей передачи данных, на основе пространственного разнесения между указанными UEs и BTSs; а

блок пространственной обработки выполнен с возможностью использования интерференции BTSs для создания множества одновременных неинтерферирующих DL или UL линий передачи данных, содержащих линии канала управления, между BTSs и поднабором UEs в одном и том же диапазоне частот.

34. Способ по п. 33, в котором MU-MAS выполнена с возможностью выбора первого поднабора UEs и первого поднабора BTSs для планирования передачи данных.

35. Способ по п. 33, в котором возможности передачи данных MU-MAS совместно используются множеством UEs.

36. Способ по п. 33, в котором MU-MAS выполнена с возможностью выбора второго поднабора UEs и второго поднабора BTSs в интервал времени, отличающийся от интервала времени в который MU-MAS выбирает первый поднабор UEs и первый поднабор BTSs.

37. Способ по п. 36, в котором первый поднабор и второй поднабор UEs не имеют общих элементов.

38. Способ по п. 36, в котором первый поднабор и второй поднабор UEs имеют по меньшей мере одно общее UE.

39. Способ по п. 36, в котором первый поднабор и второй поднабор BTSs не имеют общих элементов.

40. Способ по п. 36, в котором первый поднабор и второй поднабор BTSs имеют по меньшей мере одно общее BTS.