RU2344555C2

RU2344555C2 - Пространственно-временное блочное кодирование в системах связи с ортогональным частотным разделением каналов

Info

Publication number: RU2344555C2
Application number: RU2006144834/09A
Authority: RU
Inventors: Айман Фавзи НАДЖИБ (US); Айман Фавзи НАДЖИБ
Original assignee: Квэлкомм Инкорпорейтед
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2009-01-20
Also published as: US7724835B2; KR100906285B1; JP2007538464A; EP1747632A1; US20050254596A1; RU2006144834A; CN101027866B; ATE456207T1; DE602005019040D1; CN101027866A; CA2566700A1; IL179174A0; EP1747632B1; KR20070014204A; BRPI0511145A; WO2005117320A1; MXPA06014848A

Abstract

Изобретение относится к системам беспроводной связи, более конкретно к разнесению передачи в системах мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов. Технический результат - повышение достоверности передачи данных. Для этого кодированные данные для каждого потока данных мультиплексируются с данными пилот-сигнала. Мультиплексированный пилот-сигнал и кодированные данные для каждого потока данных модулируются на основании конкретной схемы модуляции, выбранной для потока данных для обеспечения символов модуляции. Символы модуляции для всех потоков данных затем дополнительно обрабатываются процессором, который может обеспечивать символыч модуляции так, чтобы символы передачи передавались парами, причем каждая пара передается, по меньшей мере, двумя антеннами и каждый символ является обращенной комплексно-сопряженной версией символа, который передается с другой антенны, в качестве части той же самой пары. 7 н. и 27 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявке № 60/572,160, зарегистрированной 17 мая 2004 г., озаглавленной «Space-Time Block Coding for OFDM via Time Domain Processing» («Пространственно-временное блочное кодирование для OFDM посредством обработки во временной области»), которая переуступлена правопреемнику настоящей заявки и целиком включена в настоящий документ посредством ссылки в своей полноте.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее раскрытие относится к системам беспроводной связи, более конкретно к разнесению передачи в системах мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов.

В настоящее время растет потребность в системах беспроводной цифровой связи и обработки данных. Большинству цифровых каналов связи присущи ошибки, вносимые при передаче кадров, пакетов или элементов, содержащих данные, по каналу, имеющему некоторые характеристики. Такие ошибки часто вызываются помехами или тепловым шумом. Частоты появления ошибочных битов систем беспроводной передачи приводят к затруднениям в конструировании схем кодирования и декодирования для данных, которые должны передаваться в таких системах. Частично вследствие своих возможностей математической обработки, а частично вследствие своего применения к широкому классу физических каналов связи модель аддитивного белого гауссовского шума (AWGN) часто используется для описания шума в большинстве каналов связи.

Одним из типов системы беспроводной связи является система мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). OFDM является методом модуляции с множеством несущих, который разделяет всю ширину полосы системы на множество (N) ортогональных частотных поднесущих. Эти поднесущие также могут называться тонами, элементами разрешения и частотными каналами. Каждая поднесущая может модулироваться данными. До N символов модуляции могут передаваться на N суммарных поднесущих в каждом периоде символа OFDM. Эти символы модуляции преобразуются во временную область с помощью N-точечного обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) для формирования преобразованных символов, которые содержат N кодовых элементов псевдошумовой последовательности или выборок временной области.

Для улучшения разнесения передачи было разработано пространственно-временное блочное кодирование в каждом из двух трактов передачи, которое описано в статье Alamouti, «Space-Time Block Coding, A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications», IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Volume 16, pp. 1451-1458, October 1998, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. Канал предполагается инвариантным (равномерным) по времени/частоте и, кроме того, предполагается остающимся постоянным в течение, по меньшей мере, двух следующих друг за другом символов.

В соответствии со схемой передачи, описанной в статье Аламоути, исходная последовательность x(n) символов делится на блоки из двух следующих друг за другом символов x _k (n) и x _k+1(n), при этом каждая пара символов отображается затем следующим образом:

где, для простоты, временной индекс n не включен в выражение (1.1).

Символы x _k и

передаются в момент времени k соответственно с первой и второй передающих антенн. Символы

и

передаются в момент времени k+1 соответственно с первой и второй передающих антенн. Соответствующие принятые сигналы r _k , r _k+1, в моменты времени k и k+1 определены следующими выражениями:

где h ₁ и h ₂ соответствуют каналам, связанным с первым и вторым трактами передачи, и, кроме того, предполагаются постоянными в течение двух периодов символа. Принятые сигналы r _k, r _k+1 могут быть записаны следующим образом:

Матрица H канала является ортогональной, и оптимальный приемник для этой схемы разнесения передачи умножает r_k на H ^* и является приемником с согласованным фильтром для получения двух статистик решения для x _k и x _k+1, то есть для восстановления переданного символа. С использованием этого способа разнесение кратностью два реализуется в приемнике с единственной приемной антенной.

Способ, описанный выше, может быть адаптирован для использования в системах OFDM посредством замены вычислений во временной области вычислениями в частотной области. Допустим, что X _n и X _n+1 являются двумя символами OFDM, которые должны передаваться на поднесущих n и n+1 в системе OFDM. Кроме того, для каждой передающей антенны m, допустим, что канал остается неизменным по двум следующим друг за другом поднесущим. То есть

Посредством замены вычислений во временной области вычислениями в частотной области, принятый сигнальный вектор, соответствующий поднесущим n и n+1, может быть записан как:

таким образом, реализуя разнесение кратностью 2.

Фиг.1 - структурная схема части передатчика 10 OFDM, описанного выше. Каждый символ OFDM размерности N делится на N/2 групп пар [X _n X _n+l] символов. Каждая такая пара символов затем кодируется пространственно-временным кодером 12, чтобы сформировать две разные пары символов [X _n -X _n+1] и [

]. Пары [X _n -X _n+1] символов группируются в N-символьный вектор, который выдается в модуль 18 ОБПФ, который в ответ формирует связанный вектор x ₁ временной области, который передается антенной 14. Подобным образом, пары [

] символов группируются в еще один N-символьный вектор, который подается в модуль 20 ОБПФ, который в ответ формирует связанный вектор x ₂, который передается антенной 16.

Как видно по фиг.1 и описано выше, пространственно-частотное кодирование выполняется над входными символами, то есть в частотной области. Соответственно требуется пространственный кодер 12 для формирования двух разных потоков, а следовательно, два разных модуля 18, 20 ОБПФ, каждый из которых связан с разной передающей антенной, требуются для каждого передаваемого символа OFDM.

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В варианте осуществления передатчик содержит, по меньшей мере, две антенны и процессор. Процессор обеспечивает передачу обращенного комплексно-сопряженного второго блока с первой антенны в течение первого временного интервала и передачу первого блока с первой антенны в течение второго временного интервала после первого временного интервала и обеспечивает передачу обращенного комплексно-сопряженного первого блока со второй антенны в течение первого временного интервала и передачу второго блока со второй антенны в течение второго временного интервала.

В еще одном варианте осуществления способ содержит формирование первого блока, содержащего первую последовательность, формирование второго блока, содержащего вторую последовательность, формирование обращенного комплексно-сопряженного второго блока, предоставление обращенного комплексно-сопряженного второго блока с последующим первым блоком для передачи с первой антенны и предоставление обращенного комплексно-сопряженного первого блока с последующим вторым блоком для передачи со второй антенны.

В дополнительном варианте осуществления способ формирования блоков для передачи содержит формирование первого блока, формирование второго блока, формирование комплексно-сопряженного второго блока и предоставление комплексно-сопряженного второго блока в инверсии первого порядка, за которым следует первый блок, для передачи с первой антенны.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - упрощенная высокоуровневая структурная схема некоторых модулей передатчика OFDM, известного из предшествующего уровня техники.

Фиг.2 - упрощенная высокоуровневая структурная схема системы передатчика и системы приемника в системе MIMO в соответствии с одним из вариантов осуществления.

Фиг.3 - упрощенная высокоуровневая структурная схема передатчика в соответствии с одним из вариантов осуществления.

Фиг.4 показывает символы с соответствующими циклическими префиксами для передачи в соответствии с одним из вариантов осуществления.

Фиг.5 - упрощенная высокоуровневая структурная схема некоторых модулей приемника OFDM в соответствии с одним из вариантов осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.2 проиллюстрирована структурная схема варианта осуществления системы 110 передатчика и системы 150 приемника в системе 100 MIMO (с множеством входов и множеством выходов). В системе 110 передатчика данные трафика для некоторого количества потоков данных выдаются из источника 112 данных в процессор 114 данных передачи (TX). В варианте осуществления каждый поток данных передается через соответствующую передающую антенну. Процессор 114 данных TX форматирует, кодирует и перемежает данные трафика для каждого потока данных на основании конкретной схемы кодирования, выбранной для такого потока данных, чтобы предоставлять кодированные данные.

Кодированные данные для каждого потока данных могут мультиплексироваться с данными пилот-сигнала с использованием, например, мультиплексирования с временным разделением или мультиплексирования с кодовым разделением (CDM). Данные пилот-сигнала в типовом случае являются известным шаблоном данных, который обрабатывается известным образом (если вообще обрабатывается), и может использоваться в системе приемника для оценки характеристики канала. Мультиплексированный пилот-сигнал и кодированные данные для каждого потока данных затем модулируются (например, посимвольно отображаются) на основании конкретной схемы модуляции (например, BPSK (двухпозиционной фазовой манипуляции), QPSK (квадратурной фазовой манипуляции), M-PSK (М-уровневой фазовой манипуляции) или M-QAM (М-уровневой квадратурной амплитудной модуляции)), выбранной для такого потока данных для обеспечения символов модуляции. Скорость передачи данных, кодирование и модуляция для каждого потока данных могут определяться управлением от процессора 130.

Символы модуляции для всех потоков данных затем выдаются в процессор 120 MIMO TX, который может дополнительно обрабатывать символы модуляции (например, для OFDM). Процессор 120 MIMO TX затем выдает N _T потоков символов модуляции на N _T передатчиков (TMTR), со 122a по 122t. В варианте осуществления процессор 120 MIMO TX может обеспечивать символы модуляции так, чтобы символы передачи передавались парами, причем каждая пара передается, по меньшей мере, двумя антеннами и каждый символ является обращенной комплексно-сопряженной версией символа, который передается с другой антенны, в качестве части той же самой пары.

Каждый передатчик 122 принимает и обрабатывает пары символов в виде потоков символов и выдает один или более аналоговых сигналов и дополнительно преобразует (например, усиливает, фильтрует и преобразует с повышением частоты) аналоговые сигналы для облегчения модулированного сигнала, подходящий для передачи по каналу MIMO. N _T модулированных сигналов из передатчиков 122a-122t затем передаются с N _T антенн 124a-124t соответственно.

В системе 150 приемника переданные модулированные сигналы принимаются N _R антеннами 152a-152r, и принятые сигналы с каждой антенны 152 выдаются в соответствующий приемник (RCVR) 154. Каждый приемник 154 преобразует (например, фильтрует, усиливает и преобразует с понижением частоты) соответствующий принятый сигнал, оцифровывает преобразованный сигнал для обеспечения выборок и дополнительно обрабатывает выборки для обеспечения соответствующего «принятого» потока символов.

Процессор 160 MIMO/данных RX затем принимает и обрабатывает N _R принятых потоков символов из N _R приемников 154 на основе конкретного метода обработки приемника для получения N _T «продетектированных» потоков символов. Обработка процессором 160 MIMO/данных RX ниже описана более подробно. Каждый продетектированный поток символов включает в себя символы, которые являются оценками символов модуляции, переданных для соответствующего потока данных. Процессор 160 MIMO/данных RX затем демодулирует, обращенно перемежает и декодирует каждый продетектированный поток символов, чтобы восстановить данные трафика для потока данных. Обработка процессором 160 MIMO/данных RX является комплементарной по отношению к обработке выполняемой процессором 120 MIMO TX и процессором 114 данных TX в системе 110 передатчика.

Процессор 160 MIMO RX может получать и оценивать характеристику канала между N _T передающими и N _R приемными антеннами, например, на основании пилот-сигнала, мультиплексированного с данными трафика. Оценка характеристики канала может использоваться для выполнения пространственной или пространственной/временной обработки в приемнике. Процессор 160 RX MIMO RX дополнительно может оценивать отношения сигнал/шум-помеха (SNR) продетектированных потоков символов и, возможно, другие качества канала, и выдает эти параметры в процессор 170. Процессор 160 MIMO/данных RX или процессор 170 дополнительно могут получать и оценивать «действующее» отношение SNR для системы, которое указывает на условия линии связи. Процессор 170 затем выдает информацию о состоянии канала (CSI), которая может содержать различные типы информации касательно линии связи и/или принимаемого потока данных. Например, CSI может содержать только действующее SNR. CSI затем обрабатывается процессором 178 данных TX, модулируется модулятором 180, преобразуется передатчиками 154a-154r, и передается обратно в систему 110 передатчика.

В системе 110 передатчика модулированные сигналы из системы 150 приемника принимаются антеннами 124, преобразуются приемниками 122, демодулируются демодулятором 140 и обрабатываются процессором 142 данных RX, чтобы восстановить CSI, сообщенную системой приемника. Сообщенная CSI затем выдается в процессор 130 и используется для (1) определения скоростей передачи данных, а также схем кодирования и модуляции, которые должны использоваться для потоков данных, и (2) формирования различных команд управления для процессора 114 данных TX и процессора 120 MIMO TX.

Процессоры 130 и 170 управляют работой в системах передатчика и приемника, с которыми они связаны, в том числе, соответствующими процессорами данных передачи и приема. Память 132 и 172 обеспечивает хранение для управляющих кодов и данных, используемых соответственно процессорами 130 и 170.

На фиг.3 проиллюстрирована функциональная структурная схема системы передатчика, включающая в себя множество передающих антенн согласно одному из вариантов осуществления. В одном из вариантов осуществления отдельная скорость передачи данных, а также схема кодирования и модуляции могут использоваться для каждого из N _T потоков данных, которые должны передаваться N _T передающими антеннами (то есть раздельное кодирование и модуляция на каждую антенну). Отдельная скорость передачи данных, а также схемы кодирования и модуляции, которые должны использоваться для каждой передающей антенны, могут определяться на основании команд управления от процессора 130 (фиг.1), а скорости передачи данных могут определяться, как описано выше.

Узел 100 передатчика включает в себя в одном из вариантов осуществления процессор 202 данных передачи, который принимает, кодирует и модулирует каждый поток данных в соответствии с отдельной схемой кодирования и модуляции для получения символов модуляции и передачи MIMO. Процессор 202 данных передачи и процессор 204 передачи являются одним из вариантов осуществления соответственно процессора 114 данных передачи и процессора 120 передачи по фиг.1.

В одном из вариантов осуществления, как показано на фиг.2, процессор 202 данных передачи включает в себя демультиплексор 210, N _T кодеров 212a-212t, N _T перемежителей 214a-214t канала (то есть один набор из демультиплексоров, кодеров и перемежителей каналов для каждой передающей антенны). Демультиплексор 210 демультиплексирует данные (например, информационные биты) в N _T потоков данных для N _T передающих антенн, которые должны использоваться для передачи данных. N _T потоков данных могут быть связаны с разными скоростями передачи данных, как определено функциональными средствами управления скоростью, которые в одном из вариантов осуществления могут обеспечиваться процессором 130 или 170 (фиг. 1). Каждый поток данных выдается в соответственный кодер 212a-212t.

Каждый кодер 212a-212t принимает и кодирует соответствующий поток данных на основании отдельной схемы кодирования, выбранной для такого потока данных для получения кодированных битов. В одном из вариантов осуществления кодирование может использоваться для повышения достоверности передачи данных. Схема кодирования может включать в себя в одном из вариантов осуществления любую комбинацию кодирования с контролем циклическим избыточным кодом (CRC), сверточного кодирования, кодирования турбокодом, блочного кодирования или тому подобного. Кодированные биты из каждого кодера 212a-212t затем выдаются в соответствующий перемежитель 214a-214t канала, который перемежает кодированные биты на основании конкретной схемы перемежения. Перемежение обеспечивает временное разнесение для кодированных битов, позволяет передавать данные на основе среднего отношения SNR для каналов передачи, используемых для потоков данных, противодействовать замиранию и, кроме того, устранять корреляцию между кодированными битами, используемыми для формирования каждого символа модуляции.

Кодированные и перемеженные биты из каждого перемежителя 214a-214t канала выдаются в соответствующий модуль 222a-222t отображения символов процессора 204 передачи, который отображает эти биты для формирования символов модуляции.

Конкретная схема модуляции, которая должна быть реализована каждым модулем 222a-222t отображения символов, определяется управлением модуляцией, обеспечиваемой процессором 130 (фиг.1). Каждый модуль 222a-222t отображения символов группирует наборы из q _j кодированных и перемеженных битов, чтобы сформировать небинарные символы, и, кроме того, отображает каждый небинарный символ в отдельную точку в сигнальной совокупности, соответствующей выбранной схеме модуляции (например, QPSK, M-PSK, M-QAM или некоторой другой схеме модуляции). Каждая отображенная сигнальная точка соответствует символу M_j-арной модуляции, где M_j соответствует отдельной схеме модуляции, выбранной для j-ой передающей антенны, и M_j =

. Модули 422a-222t отображения символов затем выдают N _T потоков символов модуляции.

В конкретном варианте осуществления проиллюстрированном на фиг. 3, процессор 304 передачи также включает в себя модулятор 224 и модуль 226a-226t ОБПФ наряду с модулями 222a-222t отображения символов. Модулятор 224 модулирует выборки для формирования символов модуляции для N _T потоков по надлежащим поддиапазонам и передающим антеннам. Кроме того, модулятор 224 выдает каждый из N _T потоков символов с требуемым уровнем мощности. В одном из вариантов осуществления модулятор 224 может модулировать символы согласно последовательности FH (скачкообразной перестройки частоты), управляемой процессором, например, процессором 130 или 170. В таком варианте осуществления частоты, которыми модулируются N _T потоков символов, могут изменяться для каждой группы или блока символов, кадра или части кадра цикла передачи.

Каждый модуль 226a-226t ОБПФ принимает соответстующий поток символов модуляции из модулятора 224. Каждый модуль 226a-226t ОБПФ группирует наборы из N _F символов модуляции для формирования соответствующих векторов символов модуляции и преобразует каждый вектор символов модуляции в его представление во временной области (которое упоминается как символ OFDM) с использованием ОБПФ. Модули 226a-226t ОБПФ могут быть предназначены для выполнения обратного преобразования над любым количеством частотных подканалов (например, 8, 16, 32,..., N _F ,). Каждое представление во временной области вектора символов модуляции, сформированного модулями 226a-226t ОБПФ, выдается в кодер 228.

В варианте осуществления по фиг.2 модулированные данные включают в себя символы, которые могут предоставляться в потоке символов, например символы X _i, X _i+1,... X _n. Модули 226a-226t ОБПФ принимают поток символов, символы X _i, X _i+1,... X _n, и выдают последовательности во временной области каждого символа, которые соответствуют выборкам каждого символа, например последовательность x _i для символа X _i, последовательность x _i+1 для символа X _i+1 и последовательность x _n для символа X _n. Кодер 228 с использованием принятых последовательностей x _i, x _i+1,... x _n формирует последовательности

, -

,... -

, где последовательность

является обращенной комплексно-сопряженной последовательностью, связанной с последовательностью x _i, последовательность

является обращенной комплексно-сопряженной последовательностью, связанной с последовательностью x _i+1, и так далее. Кодер 228 выдает пары символов в передатчики 230a-232t, так что любая пара символов, которая передается с двух или более антенн передается в виде -

, x _i с первой антенны, например антенны 232a, в первом и втором временных интервалах, и передается в виде

, x _i+1 со второй антенны, например антенны 232b, в первом и втором временных интервалах. Другими словами, в течение временного интервала i последовательность

передается с передающей антенны 232a, а последовательность

передается с передающей антенны 232b. Во временном интервале i+1, последовательность

передается с передающей антенны 232a, а последовательность x _i+1 передается с передающей антенны 232b.

Для потока символов или группы символов, X _i(n)=X _i(n), n = 0,1,..., N-1, является n-м информационным символом в i-том символе OFDM. Последовательность для i-го символа OFDM может быть определена в векторной форме, как

Пусть x _i(k), k = 0,1,..., N-1 представляет соответствующий выходной сигнал ОБПФ (то есть выборки во временной области символа X _i), и пусть энергией E _s = E{X _i(n)

} символа будет 1, то есть максимальной энергией, выделенной для передачи символа. Кроме того, пусть последовательности x _i и x _i+1 представляют соответствующие ОБПФ следующих друг за другом символов X _i и X _i+1 OFDM. С использованием

и x _i+1, последовательности

, и -

определяются как приведено ниже:

где

обозначает операцию комплексного сопряжения для скаляров и поэлементного комплексного сопряжения для векторов и матриц. Соответственно,

и -

являются ординально обращенными и поэлементно комплексно сопряженными последовательностями, соответственно x _i и x _i+1.

Выход кодера 228 связан с генераторами 230a-230t циклических префиксов. Генераторы 230a-230t циклических префиксов предварительно присоединяют префикс из фиксированного количества выборок, которые обычно являются некоторым количеством выборок из окончания символа OFDM, к N _Sвыборкам, которые составляют символ OFDM, чтобы сформировать соответствующий символ передачи. Префикс предназначен для повышения эффективности по отношению к вредным эффектам тракта, таким как канальная дисперсия, вызванная частотно-селективным замиранием.

Символы, выведенные генераторами 230a-230t циклических префиксов, выдаются в соответствующий передатчик 232a-232t, обеспечивающий передачу символов посредством антенн 234a-234t.

Следует отметить, что, хотя вышеприведенное описание ссылается на X _i и X _i+1 в качестве символов, а x _i и x _i+1 в качестве последовательностей во временной области символов X _i и X _i+1, тот же самый подход может применяться к блокам символов или последовательностей. Например, каждый из X _i и X _i+1 может представлять N символов, где N может быть большим чем или меньшим, чем 1. В таком случае, x _i и x _i+1 представляли бы последовательности во временной области из N символов, а

и

- обращенные комплексно-сопряженные N символов.

Хотя вышеприведенное обсуждение относится к варианту осуществления, использующему два символа, передаваемые в течение двух временных интервалов, большее количество символов в течение большего количества временных интервалов также может использоваться в соответствии с описанными вариантами осуществления. В таких вариантах осуществления матрица, которая определена согласно количеству символов передачи и количеству антенн, является унитарной матрицей. Это предусматривает разные скорости, которые должны использоваться для передачи, то есть n символов передачи по m передающим антеннам, где n>m. Например, трехантенная система, состоящая из антенн a₁, a₂ и a₃, которая может передавать символы x ₁, x ₂, x ₃ и x ₄, может использовать следующую схему передачи, которая определена ( x х a) - матрицей M_t:

где

,

и

- обращенные по времени комплексно- сопряженные символы x ₁ , x ₂, x ₃, и x ₄ соответственно, -x ₂, -x ₃ и -x ₄ - инвертированные символы x ₂, x ₃ и x ₄ соответственно, а -

, -

и -

- инвертированные комплексно-сопряженные символы x ₂, x ₃ и x ₄ соответственно.

Порядок символов может обеспечиваться кодером 228 в порядке, заданном в M_t или любой другой схеме, основанной на унитарной матрице. В некоторых вариантах осуществления кодер 228 может содержать память, например, один или более буферов, которые хранят символы временной области, их комплексно-сопряженные значения, их инверсии и инвертированные комплексно-сопряженные значения, а затем может выводить их на основании схемы, основанной на унитарной матрице, на множество передающих антенн.

На фиг.4 проиллюстрированы символы с соответствующими циклическими префиксами для передачи в соответствии с одним из вариантов осуществления. Во временном интервале i, последовательность x _i во временной области дополняется своим циклическим префиксом и передается с первой передающей антенны, а последовательность -

во временной области дополняется своим циклическим префиксом и передается со второй передающей антенны. Во временном интервале i+1, последовательность x _i+1 во временной области дополняется своим циклическим префиксом и передается с первой передающей антенны, а последовательность -

во временной области дополняется своим циклическим префиксом и передается со второй передающей антенны.

На фиг.5 проиллюстрирована упрощенная высокоуровневая структурная схема некоторых модулей приемника OFDM в соответствии с одним из вариантов осуществления. Приемник 400 приспособлен для приема последовательностей y _i , и y _i+1 через антенну 402, а также для демодуляции и декодирования последовательностей. Согласно фиг.5 приемник 400 включает в себя модуль 404 дискретного преобразования Фурье, модули 406 и 408 обработки, каждый из которых предусматривает функцию комплексного сопряжения функции, которую принимает модуль, модуль 410 декодера/компенсатора и модуль 412, который выполняет операцию обращения времени.

При передаче символов или блоков h _m(k) представляет разнесенную на символ импульсную характеристику канала для двух передающих антенн m, m=1, 2, где первая передающая антенна представлена посредством m=1, а вторая передающая антенна представлена посредством m=2. В этом случае характеристика h _m(k) может быть определена как:

В приемнике блоков или символов последовательности y _i и y _i+1 представляют принятые последовательности временной области, соответствующие временным интервалам i и i+1 соответственно, которые являются переданными последовательностями x _i и x _i+1 с удаленными соответствующими циклическими префиксами.

Последовательности y _i и y _i+1, принятые приемной антенной 402, показаны ниже:

и могут быть выражены, как показано ниже:

где обе последовательности, v _i и v _i+1, являются независимыми одинаково распределенными гауссовскими случайными шумовыми векторами с ковариацией σ ² ×I . Соответственно отношение SNR сигнал/шум определяется следующим образом:

где H _m, m=1, 2 является матрицей канала, соответствующей передающей антенне m, которая задана согласно:

Матрица H _m - является циркулянтной и имеет следующее разложение по собственным значениям:

где Q - матрица дискретного преобразования Фурье (ДПФ) N×N, которая показана ниже:

а Λ _m - диагональная матрица собственных значений, диагональю которой является N-точечное ДПФ от h _m,0, h _m,1,..., h _m,L.

С использованием свойства ДПФ, что

где по определению:

получается следующее выражение (2.7). Модуль 402 БПФ принимает символ (сигнальный вектор) y _i и в ответ формирует сигнальный вектор Y _i . Модуль 402 БПФ принимает символ (сигнальный вектор) y _i+1 и в ответ формирует сигнальный вектор Y _i+1 . Сигнальные векторы Y _i и Y _i+1 выражаются, как показано ниже:

Сигнальный вектор Y _i подается в модуль 410 декодера/компенсатора. Сигнал Y _i+1 поставляется в модуль 104 обработки, который в ответ формирует и выдает в модуль 410 декодера/компенсатора комплексно сопряженный векторный сигнал

.

Выражение (2.10) может быть записано как:

где Y _i является вектором 2N×1 . Так как матрица Q ДПФ является ортогональной матрицей, шумовой вектор V _i также является белым (с равномерно распределенным спектром). Отсюда модуль 410 декодера/компенсатора, который предназначен для выполнения операции определения минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE), а также фильтра декодирования/компенсации, описывается следующим матричным фильтром W:

Допустим, что импульсная характеристика канала, ассоциативно связанная с первым и вторым каналами передачи, соответственно представлена посредством Λ ₁ и Λ ₂. Матрица D определена как изложено ниже:

Матрица D является диагональной матрицей N × N, элемент d _nn (n, n) которой показан ниже:

Матрица

определена как:

где ρ представляет собой SNR. Соответственно:

Поэтому матрица W может быть определена, как показано ниже:

Как видно из выражения (2.13), матричный фильтр W включает в себя две части. Первая часть, W _d, представляет операцию декодирования пространственно-временного блочного кода. Вторая часть, W _e, представляет часть компенсатора MMSE частотной области. Применение матричного фильтра W к принятому сигнальному вектору Y _i дает следующее:

Векторы Z _i и Z _i+1 формируются модулем 410 декодера/компенсатора. Выражение (2.14) может быть записано, как показано ниже:

Таким образом, видно, что матрица

является диагональной матрицей, элемент g _nn (n, n) которой показан ниже:

Также видно, что применяется следующее выражение:

где R _v - диагональная матрица (n, n), элемент ζ _nn которой предоставлен следующим выражением:

где,

и

являются независимыми одинаково распределенными (i.i.d.) гауссовскими случайными векторами.

С использованием выражений (2.15), (2.16) и (2.17) статистика

решения для символа X _i (n) , который является n-м информационным символом, переданным в i-м блоке OFDM, может быть выражена, как показано ниже:

а соответствующее отношение SNR _i(n) сигнал/шум (SNR) может быть выражено, как показано ниже:

Подобным образом статистика

решения для символа X _i+1 (n) , который является n-м информационным символом, переданным в i+1-м блоке OFDM, может быть выражена, как показано ниже:

а соответствующее отношение SNR _i+1(n) сигнал/шум может быть выражено, как показано ниже:

Таким образом, достигается выигрыш от разнесения порядка 2.

В тех случаях, где используются более двух передающих антенн и более двух символов передачи группируются вместе, приемник включает в себя дополнительные выходы модуля 410 декодера/компенсатора, которые предусматривают надлежащие функции инверсии и комплексного сопряжения, основанные на количестве передающих антенн в передатчике.

Функциональные средства, описанные со ссылкой на фиг.5, могут быть реализованы в процессоре 142 приема и процессоре 130, а также процессоре 160 приема и процессоре 170. В таком случае функциональные возможности, описанные по отношению к элементам 404, 406, 408, 410 и 412, могут быть предусмотрены в процессорах.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные иллюстративные логические блоки, модули, схемы и алгоритмы, описанные в связи с раскрытыми вариантами осуществления, могут быть реализованы в виде электронных аппаратных средств, компьютерного программного обеспечения или сочетаний обоих. Чтобы ясно проиллюстрировать эту взаимозаменяемость аппаратных средств и программного обеспечения, различные иллюстративные компоненты, блоки, модули, схемы и алгоритмы были описаны выше в общем смысле в показателях их функциональных возможностей. Реализованы ли такие функциональные возможности в виде аппаратных средств или программного обеспечения, зависит от конкретного применения и проектных ограничений, накладываемых на всю систему. Квалифицированные специалисты могут реализовать описанные функциональные возможности различными путями для каждого конкретного применения, но такие реализации не должны интерпретироваться выходящими за пределы объема настоящего изобретения.

Различные иллюстративные логические блоки, процессоры, модули и схемы, описанные в связи с раскрытыми вариантами осуществления, могут быть реализованы или выполнены процессором общего применения, цифровым сигнальным процессором (ЦСП, DSP), специализированной интегральной схемой (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицей (FPGA) или другим программируемым логическим устройством, дискретной вентильной или транзисторной логикой, дискретными аппаратными компонентами или любой их комбинацией, предназначенной для выполнения описанных функций. Процессором общего применения может быть микропроцессор, но в альтернативном варианте процессором может быть любой традиционный процессор, процессор, контроллер, микропроцессор или конечный автомат. Процессор также может быть реализован в виде комбинации устройств, например сочетания ЦСП и микропроцессора, большого количества микропроцессоров, одного или более микропроцессоров в соединении с ЦСП-ядром, многочисленными логическими элементами, многочисленными схемами или любой другой такой конфигурации.

Способы или алгоритмы, описанные в связи с раскрытыми вариантами осуществления, могут быть воплощены непосредственно в аппаратных средствах, в программно реализованном модуле, выполняемом процессором или в сочетании этих двух. Программно реализованный модуль может находиться в памяти ОЗУ (оперативного запоминающего устройства, RAM), флэш-памяти, памяти ПЗУ (постоянного запоминающего устройства), памяти СППЗУ (стираемого и программируемого ПЗУ, EPROM), памяти ЭСППЗУ (электрически стираемого и программируемого ПЗУ), регистрах, жестком диске, съемном диске, CD-ROM (ПЗУ на компакт диске) или любом другом виде запоминающего носителя, известном в данной области техники. Примерный запоминающий носитель связан с процессором так, что процессор может считывать информацию с носителя и записывать на него информацию. В альтернативном варианте запоминающий носитель может быть интегральным по отношению к процессору. Процессор и запоминающий носитель могут находиться в ASIC. ASIC может находиться в пользовательском терминале. В альтернативном варианте процессор и запоминающий носитель могут находиться в виде дискретных компонентов в пользовательском терминале.

Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления предоставлено, чтобы дать любому специалисту в данной области техники возможность сконструировать или использовать настоящее изобретение. Различные модификации этих вариантов осуществления будут без труда очевидны специалистам в данной области техники, а общие принципы, определенные в материалах настоящей заявки, могут применяться к другим вариантам осуществления без изменения сущности или объема изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не должно ограничиваться раскрытыми вариантами осуществления но должно соответствовать самому широкому объему, совместимому с раскрытыми принципами и новыми признаками.

Claims

1. Передатчик, содержащий, по меньшей мере, две антенны и
процессор, который использует обратное быстрое преобразование Фурье для формирования обращенного комплексно-сопряженного первого блока и второго блока и который обеспечивает передачу обращенного комплексно-сопряженного второго блока с первой антенны из, по меньшей мере, двух антенн в течение первого временного интервала и передачу первого блока с первой антенны в течение второго временного интервала после первого временного интервала и обеспечивает передачу обращенного комплексно-сопряженного первого блока со второй антенны из, по меньшей мере, двух антенн в течение первого временного интервала и передачу второго блока со второй антенны в течение второго временного интервала.

2. Передатчик по п.1, в котором первый временной интервал и второй временной интервал являются следующими друг за другом временными интервалами.

3. Передатчик по п.1, в котором первый блок состоит из первого символа, а второй блок состоит из второго символа.

4. Передатчик по п.3, в котором первый символ и второй символ являются следующими друг за другом символами потока символов.

5. Передатчик по п.1, в котором первый символ и второй символ являются не следующими друг за другом символами потока символов.

6. Передатчик по п.1, дополнительно содержащий память, которая хранит первый блок, второй блок, обращенный комплексно-сопряженный первый блок и обращенный комплексно-сопряженный второй блок и которая выводит обращенный комплексно-сопряженный второй блок, который должен передаваться с первой антенны из, по меньшей мере, двух антенн в течение первого временного интервала, первый блок, который должен передаваться с первой антенны в течение второго временного интервала после первого временного интервала, обращенный комплексно-сопряженный первый блок, который должен передаваться со второй антенны в течение первого временного интервала, и второй блок, который должен передаваться со второй антенны в течение второго временного интервала, в ответ на команды из процессора.

7. Способ формирования символов для передачи, состоящий в том, что:
формируют первый блок, содержащий первую последовательность;
формируют второй блок, содержащий вторую последовательность;
формируют обращенный комплексно-сопряженный первый блок;
формируют обращенный комплексно-сопряженный второй блок;
предоставляют обращенный комплексно-сопряженный второй блок с последующим первым блоком для передачи с первой антенны и
предоставляют обращенный комплексно-сопряженный первый блок с последующим вторым блоком для передачи со второй антенны.

8. Способ по п.7, в котором первый блок состоит из первого символа, а второй блок состоит из второго символа.

9. Способ по п.8, в котором первый символ и второй символ являются следующими друг за другом символами потока символов.

10. Способ по п.7, в котором первый символ и второй символ являются не следующими друг за другом символами потока символов.

11. Способ формирования блоков для передачи, состоящий в том, что:
формируют первый блок;
формируют второй блок;
формируют комплексно-сопряженный второй блок, причем комплексно-сопряженный второй блок находится в первом порядке; и
предоставляют комплексно-сопряженный второй блок в инверсии первого порядка с последующим первым блоком для передачи с первой антенны.

12. Способ по п.11, в котором первый блок состоит из первого символа, а второй блок состоит из второго символа.

13. Способ по п.12, в котором первый символ и второй символ являются следующими друг за другом символами потока символов.

14. Способ по п.12, в котором первый символ и второй символ являются не следующими друг за другом символами потока символов.

15. Способ по п.11, дополнительно содержащий формирование обращенного комплексно-сопряженного первого блока и предоставление комплексно-сопряженного первого блока с последующим вторым блоком для передачи со второй антенны.

16. Способ по п.15, дополнительно содержащий формирование третьего блока, формирование обращенного комплексно-сопряженного третьего блока, при этом предоставление комплексно-сопряженного первого блока с последующим вторым блоком для передачи со второй антенны состоит в том, что предоставляют комплексно-сопряженный первый блок с последующим комплексно-сопряженным третьим блоком с последующим вторым блоком для передачи со второй антенны.

17. Передатчик, содержащий
по меньшей мере, две антенны;
по меньшей мере, один модуль обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ), содержащий вход и выход; и
кодер, содержащий вход, связанный с выходом, по меньшей мере, одного модуля ОБПФ, и выход, который выдает первую пару символов, которая должна передаваться с первой антенны, и вторую пару символов, которая должна передаваться со второй антенны, при этом первая пара символов содержит первый символ, содержащий первую последовательность, и вторую пару символов, содержащую вторую последовательность, и вторая пара символов содержит комплексно-сопряженный второй символ в обратном порядке второй последовательности и комплексно-сопряженный первый символ в обратном порядке первой последовательности.

18. Передатчик по п.17, в котором первый временной интервал и второй временной интервал являются следующими друг за другом временными интервалами.

19. Передатчик по п.17, в котором первый символ и второй символ являются следующими друг за другом символами потока символов.

20. Передатчик по п.17, в котором первый символ и второй символ являются не следующими друг за другом символами потока символов.

21. Приемник, содержащий:
приемную антенну, предназначенную для приема последовательностей; и
процессор, сконфигурированный для формирования комплексно-сопряженных последовательностей, принятых в течение первого временного интервала, для обработки последовательностей, принятых в течение второго временного интервала, следующего за первым временным интервалом без формирования комплексных сопряжении, и для комбинирования комплексно-сопряженных последовательностей, принятых в течение первого временного интервала, и последовательностей, принятых в течение второго временного интервала, для формирования декодированных символов.

22. Приемник по п.21, в котором первый временной интервал и второй временной интервал являются следующими друг за другом временными интервалами.

23. Приемник по п.21, в котором последовательности содержат символы, при этом процессор дополнительно сконфигурирован для обращения порядка, по меньшей мере, некоторых из комплексно-сопряженных последовательностей.

24. Приемник по п.21, в котором первая принятая последовательность и вторая принятая последовательность представлены векторами Y_i и Y_i+l, где

при этом Λ₁ - импульсная характеристика, связанная с первым каналом передачи, Λ₂ - импульсная характеристика, связанная со вторым каналом передачи,

и

соответственно представляют комплексные сопряжения Λ₁, Λ₂, и

представляет шум, связанный с первым и вторым каналами передачи, причем

соответствует оценке

25. Приемник по п.23, в котором процессор дополнительно сконфигурирован для формирования векторов Z_i, и Z_i+1 из Y_i и

определяемых согласно

при этом

в котором I является единичной матрицей,

и ρ представляет отношение сигнал/шум.

26. Передатчик, содержащий:
по меньшей мере, три антенны и
процессор, который обеспечивает формирование множества обращенных комплексно-сопряженных блоков с использованием обратного быстрого преобразования Фурье и который обеспечивает передачу множества блоков и множества обращенных комплексно-сопряженных блоков с, по меньшей мере, трех антенн во множестве следующих друг за другом временных интервалов согласно схеме передачи, основанной на унитарной матрице.

27. Передатчик по п.26, в котором множество блоков содержит множество символов временной области.

28. Передатчик по п.27, в котором множество символов временной области являются следующими друг за другом символами потока символов.

29. Передатчик по п.27, в котором множество символов временной области являются не следующими друг за другом символами потока символов.

30. Передатчик по п.26, дополнительно содержащий память, которая хранит множество блоков и множество обращенных комплексно-сопряженных блоков и которая выводит множество блоков и множество обращенных комплексно-сопряженных блоков, которые должны передаваться во множестве следующих друг за другом временных интервалов, на основании унитарной матрицы.

31. Способ формирования символов для передачи, состоящий в том, что:
формируют множество блоков;
формируют множество обращенных комплексно-сопряженных блоков с использованием обратного быстрого преобразования Фурье и
предоставляют множество блоков и множество обращенных комплексно-сопряженных блоков, которые должны передаваться с, по меньшей мере, трех антенн, во множестве следующих друг за другом временных интервалов согласно схеме передачи, основанной на унитарной матрице.

32. Способ по п.31, в котором множество блоков содержит множество символов временной области.

33. Способ по п.31, в котором множество символов временной области являются следующими друг за другом символами потока символов.

34. Способ по п.31, в котором множество символов временной области являются не следующими друг за другом символами потока символов.