RU2351069C2 - Устройство и способ передачи и приема пакетных данных с использованием множества антенн в системе беспроводной связи - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к устройству и способу передачи и приема пакетных данных в системе беспроводной связи, в частности, использующей множество антенн. Технический результат заключается в увеличении эффективности передачи пакетных данных согласно характеристикам канала. Устройство для передачи пакетных данных в системе беспроводной связи, которая принимает информацию о состоянии канала между множеством передающих антенн и множеством приемных антенн в качестве информации обратной связи содержит приемник сигнала обратной связи для приема информации обратной связи; классификатор пользователей для классификации пользователей; блок диспетчеризации и демультиплексирования; АМС-блок для модуляции и кодирования субпотока; блок распределения мощности и передающее устройство для передачи субпотока с выделенной мощностью посредством каждой из передающих антенн. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству и способу передачи и приема пакетных данных в системе беспроводной связи и, в частности, к устройству и способу передачи и приема пакетных данных в системе беспроводной связи, использующей множество антенн.

Описание предшествующего уровня техники

В общем, система мобильной связи - это наиболее типичная система беспроводной связи. Система мобильной связи развивалась на основе голосовой связи. Однако с увеличением пользовательского спроса и быстрым развитием технологий связи система мобильной связи сегодня эволюционирует в усовершенствованную систему, обеспечивающую передачу мультимедийных данных высокого качества на высокой скорости. Системы мобильной связи грубо подразделяются на синхронные системы и асинхронные системы. Что касается асинхронной системы, множество исследований и усилий по стандартизации высокоскоростного пакетного доступа по нисходящей линии связи (HSDPA) предпринимается в рамках Партнерского проекта третьего поколения (3GPP). Кроме того, что касается синхронной системы, множество исследований и усилий по стандартизации высокоскоростной системы обмена пакетными данными и речью CDMA (EV-DV) предпринимается в Партнерском проекте третьего поколения 2 (3GPP2). Исследования и усилия по стандартизации представляют попытки найти решение для услуги высокоскоростной (2 Мбит/с и выше) радиопередачи пакетных данных высокого качества в системе мобильной связи третьего поколения.

Система мобильной связи четвертого поколения (4G) нацелена на предоставление мультимедийных услуг на более высокой скорости с лучшим качеством в сравнении с мультимедийными услугами, предоставляемыми в системе мобильной связи 3G. В качестве метода предоставления высокоскоростной передачи данных высокого качества в настоящее время обсуждается метод с множеством антенн. Ниже приведено описание метода с множеством антенн.

Метод с множеством антенн, используемый в передающем устройстве и приемном устройстве системы беспроводной связи, применяет технологию множества входов и множества выходов (MIMO). Известно, что метод с множеством антенн передает данные с использованием множества антенн, тем самым повышая скорость передачи данных в линейной пропорции к числу передающих/приемных антенн без дополнительного увеличения ширины полосы частот. Метод с множеством антенн подробнее описан далее. Система с множеством антенн имеет две или более передающие антенны и две или более приемные антенны. Число передающих антенн должно быть больше или равно числу потоков данных передачи. В этой системе передающая сторона может передавать данные посредством антенн параллельно. Затем принимающая сторона может принимать переданные данные с помощью множества антенн. Следовательно, система может повысить скорость передачи данных без дополнительного увеличения ширины полосы.

Метод с множеством передающих/приемных антенн, применяемый в системе, может быть классифицирован на метод пространственного разнесения и метод мультиплексирования в пространственной области в соответствии с числом потоков данных, передаваемых одновременно.

В методе пространственного разнесения передающее устройство передает только один поток. Метод пространственного разнесения разработан, чтобы компенсировать снижение производительности линии связи вследствие затухания, возникающего в канале мобильной связи. Следовательно, метод пространственного разнесения, поскольку он передает только один поток, подходит для услуг, в которых допустимое время задержки передаваемых данных ограничено, таких как услуги голосового вызова, видеовызова и широковещательные услуги. В отличие от этого метод мультиплексирования в пространственной области предусматривает передачу множества потоков. Метод мультиплексирования в пространственной области разработан, чтобы повысить скорость передачи данных, гарантирующую постоянную производительность линии связи. Следовательно, в сравнении с методом пространственного разнесения метод мультиплексирования в пространственной области подходит для услуги передачи пакетных данных, имеющей большее допустимое время задержки.

Система с множеством передающих/приемных антенн может быть классифицирована на систему разомкнутого контура и систему замкнутого контура согласно тому, передается ли информация о состоянии канала (CSI) обратно от принимающего устройства. Система разомкнутого контура с множеством антенн используется, когда передающее устройство не принимает CSI, посылаемую от приемного устройства, а система замкнутого контура с множеством антенн используется, когда передающее устройство принимает CSI, посылаемую от приемного устройства.

Современная система беспроводной связи с коммутацией пакетов 3G, такая как HSDPA и 1xEV-DV, которые сейчас стандартизируются и готовятся к выходу на рынок, использует метод адаптации линии связи, например метод адаптивной модуляции и кодирования (AMC), и метод управления планированием ресурсов, чтобы повысить эффективность передачи. Метод адаптации линии связи предусматривает получение частичной информации о состоянии канала, посылаемой от приемного устройства, и применяет соответствующую схему модуляции и кодирования (MCS), определенную как наиболее эффективную согласно полученной частичной информации о состоянии канала. Следовательно, метод с множеством антенн, классифицированный как метод мультиплексирования в пространственной области с замкнутым контуром, является наиболее эффективным в системе беспроводной связи с коммутацией пакетов.

Обычно метод мультиплексирования в пространственной области не всегда применим к системе с множеством антенн. Когда множество потоков передается по каналам, имеющим очень высокую пространственную корреляцию или очень низкое отношение "сигнал-шум" (SNR), частота появления ошибок возрастает, нарушая стабильную связь. Следовательно, передающему устройству требуется адаптивный метод с множеством антенн для выбора эффективного метода на основе данных о состоянии канала от приемного устройства.

Известно, что при обмене данными между одним передающим устройством с множеством антенн и одним приемным устройством с множеством антенн возможности предоставления услуг передачи данных, предоставляемых на основе метода мультиплексирования в пространственной области, возрастают в линейной пропорции к числу передающих/приемных антенн. Однако недавние исследования доказали, что когда связь осуществляется между одним передающим устройством и множеством приемных устройств, как в линии прямой связи, традиционный метод мультиплексирования в пространственной области не позволяет получить линейного увеличения пропускной способности передачи данных, а метод множественного доступа в пространственной области позволяет преодолеть эту проблему. Метод множественного доступа предусматривает одновременную передачу данных множеству приемных устройств. Метод множественного доступа включает в себя множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) для разделения временных ресурсов для защиты каналов для множества пользователей, множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA) для разделения частотных ресурсов и множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) для разделения кодовых ресурсов. Однако метод множественного доступа с пространственным разделением каналов предусматривает разделение пространственных ресурсов, совместно используя временные, частотные и кодовые ресурсы, тем самым обеспечивая защиту множества пользовательских каналов.

Однако метод множественного доступа в пространственной области не всегда применим к системе с множеством антенн. Аналогично методу мультиплексирования в пространственной области метод множественного доступа в пространственной области применим или не применим к системе с множеством антенн в зависимости от состояния канала. Например, если корреляция между каналами для двух пользователей высока, два пользователя не могут быть пространственно разделены. В этом случае использование метода множественного доступа в пространственной области повышает частоту появления ошибок, делая невозможным осуществление стабильной связи. Следовательно, чтобы повысить пропускную способность передачи данных посредством системы с множеством антенн, требуется метод адаптивного выбора одного из метода пространственного разнесения, метода мультиплексирования в пространственной области и метода множественного доступа в пространственной области в зависимости от состояния канала.

Как описано выше, метод с множеством антенн приблизительно классифицируется на метод пространственного разнесения и метод мультиплексирования в пространственной области. Метод пространственного разнесения включает в себя метод разнесения передачи с использованием множества антенн для передающего устройства и методику разнесения приема с использованием множества антенн для приемного устройства. Метод разнесения приема позволяет увеличивать среднее принимаемых SNR и снижать дисперсию принимаемых SNR. Следовательно, метод разнесения приема, когда применяется к передаче пакетных данных, способствует увеличению скорости передачи данных. Однако метод разнесения передачи, в котором передающее устройство не учитывает CSI, равномерно распределяет общую мощность передачи по антеннам, затрудняя предположительное повышение среднего для принятых SNR. Метод разнесения передачи просто уменьшает дисперсию принимаемых SNR. При передаче пакетных данных, для которой используется диспетчер, передающее устройство выбирает приемное устройство с наибольшей эффективностью передачи из нескольких приемных устройств через каждый заранее определенный промежуток времени и передает данные выбранному приемному устройству. Следовательно, для одинакового среднего из принятых SNR метод увеличения дисперсии позволяет повысить эффективность передачи данных. Как результат, метод разнесения передачи, в котором не учитывается CSI, уступает методу с одной антенной в отношении эффективности передачи данных. Однако метод пространственного разнесения, в котором учитывается CSI, позволяет увеличить среднее принимаемых SNR, способствуя повышению эффективности передачи данных.

Типичным методом разнесения передачи, в котором не учитывается CSI, является пространственно-временное кодирование (STC), а метод разнесения передачи, в котором учитывается CSI, включает в себя селективное разнесение передачи (STD) и передающую антенную решетку (TxAA). В методе STD приемное устройство информирует передающее устройство об антенне, имеющей наилучшее состояние канала из множества передающих антенн, и затем передающее устройство передает сигналы посредством этой антенны. В TxAA приемное устройство передает комплексную характеристику оцениваемого канала передающему устройству и затем передающее устройство формирует диаграмму направленности, так чтобы базовая станция максимизировала SNR. В методе разнесения передачи, в котором учитывается CSI, CSI, учитываемая передающим устройством, является информацией, указывающей антенну, имеющую наилучшее состояние канала, для STD, и комплексную характеристику канала для TxAA.

Кроме того, метод мультиплексирования в пространственной области классифицируется на метод, в котором не учитывается CSI, и другой метод, в котором учитывается CSI. Независимый от CSI метод может передавать только одинаковый объем данных по всем передающим антеннам. Следовательно, приемное устройство требует способа минимизации частоты появления ошибок в этом случае. В отличие от этого зависимый от CSI метод позволяет передавать различный объем данных посредством каждой передающей антенны. Зависимый от CSI метод включает в себя метод управления скоростью на каждую антенну (PARC). Передающее устройство PARC принимает информацию CSI для каждой антенны, передаваемую от приемного устройства. На основе возвращенной CSI передающее устройство PARC выбирает схему MCS для передачи большего объема данных для антенны, имеющей более оптимальное состояние канала, и выбирает схему MCS для передачи меньшего объема данных для антенны, имеющей менее оптимальное состояние канала. Передающее устройство PARC описано ниже более подробно.

На Фиг.1 показана блок-схема, иллюстрирующая примерную внутреннюю структуру передающего устройства PARC. Далее приводится подробное описание внутренней структуры и работы передающего устройства PARC со ссылкой на фиг.1.

Хотя на фиг.1 в качестве примера предусмотрены две передающие антенны, число передающих антенн можно увеличивать. Однако приемное устройство должно удовлетворять необходимому условию, что число приемных антенн не должно быть меньше числа передающих антенн, чтобы отличать различные потоки, передаваемые от различных передающих антенн. Описание способа измерения приемным устройством информации качества канала (CQI) для каждой передающей антенны и приема измеренной CQI далее приводится со ссылкой на фиг.1. Другими словами, предполагается, что передающее устройство по фиг.1 принимает CQI для каждой антенны от приемного устройства.

Как проиллюстрировано на фиг.1, CQI для каждой антенны вводится в приемник 101 сигнала обратной связи. Приемник 101 сигнала обратной связи выдает CQI для каждой антенны на демультиплексор (DEMUX) 102 и AMC-блок 103. Демультиплексор 102 принимает поток пользовательских данных, который должен быть передан, и демультиплексирует поток пользовательских данных передачи на два субпотока согласно информации, принятой от приемника 101 сигнала обратной связи, так чтобы суб-потоки передавались посредством соответствующих антенн. Процесс демультиплексирования осуществляет демультиплексирование таким образом, чтобы больший объем информации подавался на антенну, имеющую более оптимальное состояние канала. В данном документе поток, выходящий из демультиплексора 102, упоминается как субпоток. Субпотоки, выделенные для отдельных антенн, вводятся в независимые AMC-блоки 103 и 104, соответственно. AMC-блоки 103 и 104 выполняют модуляцию и кодирование, соответственно состоянию канала соответствующих передающих антенн, согласно информации, принимаемой от приемника 101 сигнала обратной связи. Субпотоки, после выполнения процесса модуляции и кодирования, передаются в приемное устройство посредством передающих антенн 105 и 106.

Теоретически для того, чтобы максимизировать эффективность передачи данных, метод мультиплексирования в пространственной области применяет способ выполнения разложения по сингулярным числам матрицы (SVD), причем состояние канала известно передающему устройству и приемному устройству, чтобы сформировать множество свободных от помех субканалов из канала с множеством антенн, и выбора соответствующей схемы модуляции, схемы кодирования и выделенной мощности для каждого субканала. Этот способ называется "SVD MIMO". Однако в реальной среде мобильной связи, поскольку передающее устройство не может точно оценивать каналы передачи, существует ограничение в реализации SVD MIMO. Поэтому предложен метод управления скоростью по потокам (PSRC) в качестве метода, который ограниченно использует SVD MIMO.

В методе PSRC, для ограниченной реализации SVD MIMO, приемное устройство оценивает канал с множеством антенн и определяет предварительно обработанную матрицу, которая должна быть использована в передающем устройстве согласно результату оценки. Если нет ограничений на объем информации обратной связи и не возникает ошибок в процессе обратной связи, то предварительно обработанная матрица является единичной матрицей, полученной посредством выполнения SVD в канале с множеством антенн, выраженном в форме матрицы. Однако в действительности это не может быть реализовано, поскольку информация обратной связи является квантованной информацией. Следовательно, метод PSRC использует способ, при котором приемное устройство выбирает наиболее предпочтительную предварительно обработанную матрицу из заранее определенного числа вариантов предварительно обработанных матриц и сообщает передающему устройству о выбранной предварительно обработанной матрице.

В этом способе передающее устройство умножает передаваемый сигнал на выбранную предварительно обработанную матрицу и передает результирующие данные, и в этом процессе формируется множество лучей. Следовательно, в системе PSRC приемное устройство информирует передающее устройство о способе многолучевого формирования, подходящем для своего канала, так чтобы передающее устройство формировало множество лучей, подходящих для соответствующего пользователя. На основе этой информации передающее устройство назначает потоки данных сформированным лучам однозначно определенным образом, чтобы одновременно передавать множество потоков данных, реализуя метод мультиплексирования в пространственной области. Поскольку передающее устройство выделяет потоки данных сформированным лучам до передачи, приемное устройство дополнительно передает информацию о состояния канала каждого луча передающему устройству, так чтобы передающее устройство могло адаптивно управлять объемом информации для данных, передаваемых посредством каждого луча. Т.е. передающее устройство выбирает MCS таким образом, чтобы больший объем информации мог передаваться посредством луча, имеющего более оптимальное состояние канала, и выбирает MCS таким образом, чтобы меньший объем информации мог передаваться посредством луча, имеющего менее оптимальное состояние канала. Далее приведено описание передающего устройства PSRC.

На Фиг.2 представлена блок-схема примерной внутренней структуры передающего устройства PSRC. Ниже приведено подробное описание внутренней структуры и работы передающего устройства PSRC со ссылкой на фиг.2.

Хотя на фиг.2 в качестве примера предусмотрены две передающие антенны, число передающих антенн можно увеличивать. Однако приемное устройство должно удовлетворять необходимому условию, что число приемных антенн не должно быть меньше числа передающих антенн, чтобы отличать различные потоки, передаваемые от различных передающих антенн. Описание способа измерения приемным устройством CQI для каждой передающей антенны и приема измеренного CQI не приводится со ссылкой на фиг.2. Другими словами, предполагается, что передающее устройство по фиг.2 принимает CQI для каждой антенны от приемного устройства.

Приемник 201 сигнала обратной связи передающего устройства принимает вес формирования лучей и информацию CQI для каждого луча и выдает их на демультиплексор 202, AMC-блоки 203 и 204 и формирователи 205 и 206 лучей. Демультиплексор 202 принимает поток пользовательских данных, которые должны передаваться, и демультиплексирует поток пользовательских данных на число субпотоков, равное числу антенн, так чтобы субпотоки передавались посредством лучей. Процесс демультиплексирования лучей в процессе демультиплексирования осуществляется таким образом, чтобы больший объем информации подавался на антенну, имеющую более оптимальное состояние канала. Отдельные субпотоки вводятся в независимые AMC-блоки 203 и 204, соответственно. Каждый из AMC-блоков 203 и 204 принимает AMC-информацию для соответствующего луча, предоставляемую от приемника 201 сигнала обратной связи, и модулирует и кодирует соответствующий субпоток согласно ей.

Субпотоки после выполнения процесса модуляции и кодирования передаются на формирователи 205 и 206 лучей, соответственно, и формирователи 205 и 206 лучей формируют лучи с помощью информации весов, обеспеченной приемником 201 сигнала обратной связи. Сигналы, выводимые из формирователей 205 и 206 лучей, подаются на сумматоры 207 и 208, суммируются с входными сигналами и затем передаются на приемные устройства посредством передающих антенн 209 и 210.

Чтобы определить способ формирования лучей, каждое приемное устройство передает обратно вес формирования лучей передающему устройству. Способ выражения веса формирования лучей обратной связи соответствует способу TxAA. При условии, что передающая антенна 1 является опорной антенной, приемное устройство TxAA передает обратно отношение состояния канала α₁ для опорной антенны к состоянию канала α₂ для передающей антенны 2 передающему устройству. Т.е. приемное устройство передает обратно α₂/α₁. Однако, поскольку объем информации обратной связи должен быть ограничен, значение α₂/α₁ подвергается квантованию. В режиме TxAA 1 фазовое значение α₂/α₁ квантуется с помощью 2 бит, в режиме TxAA 2 фазовое значение α₂/α₁ квантуется с помощью 3 бит, и значение его амплитуды квантуется с помощью 1 бита. Передающее устройство TxAA формирует один луч на основе информации обратной связи и передает поток данных с помощью этого луча.

Передающее устройство PSRC создает два луча посредством формирования одного луча на основе информации обратной связи и дополнительного формирования другого луча, ортогонального ему, и передает демультиплексированные отдельные потоки с помощью двух лучей. Поскольку система PSRC формирует лучи на основе квантованной информации обратной связи таким образом, она не может генерировать свободные от помех субканалы, такие как SVD MIMO. Помимо этого, поскольку каждому пользователю требуется способ формирования лучей, подходящий для состояния его собственного канала, существует трудность в расширении метода PSRC на метод множественного доступа в пространственной области.

Метод независимого от CSI пространственного разнесения, как и STC, способствует снижению дисперсии принимаемых SNR. Метод уменьшения дисперсии принимаемых SNR является эффективным для услуги, которая ограниченно зависит от CSI и требует передачи в реальном времени, например, услуги голосовых вызовов, видеовызовов и широковещательной передачи. Однако, поскольку передача пакетов данных допускает временную задержку, она использует метод диспетчеризации и выбирает способ AMC на основе CSI. Следовательно, методика уменьшения дисперсии принимаемых SNR не подходит для беспроводной передачи пакетов данных. По этой же причине метод мультиплексирования в пространственной области также не подходит для беспроводной передачи пакетов данных.

Зависимый от CSI метод с множеством антенн разработан для отдельной реализации метода пространственного разнесения или метода мультиплексирования в пространственной области. Следовательно, для эффективного управления методом с множеством антенн, передающее устройство должно быть реализовано таким образом, чтобы оно выбирало соответствующий один из отдельных зависимых от CSI методов. В этом случае передающее устройство должно передавать приемному устройству дополнительную информацию, указывающую тип используемого метода с множеством антенн, в процессе передачи данных. Передающее устройство потребляет часть доступных ресурсов в процессе передачи дополнительной информации, снижая эффективность передачи. Помимо этого метод с множеством антенн не обеспечивает способа, реализуемого для адаптивного выбора одного из методов пространственного разнесения, метода мультиплексирования в пространственной области или метода множественного доступа в пространственной области согласно состоянию канала. Следовательно, существует потребность в таком способе.

Сущность изобретения

Поэтому целью настоящего изобретения является создание устройства и способа эффективной передачи пакетных данных в системе беспроводной связи, использующий множество антенн.

Другой целью настоящего изобретения является создание устройства и способа выбора метода передачи, адаптивного к состоянию канала, в системе беспроводной связи, использующей множество антенн.

Дополнительной другой целью настоящего изобретения является создание устройства и способа передачи информации об используемом методе адаптивной передачи без потери полосы передачи в системе беспроводной связи, использующей множество антенн.

Еще одной другой целью настоящего изобретения является создание устройства и способа внутреннего применения метода пространственного разнесения, метода мультиплексирования в пространственной области и метода множественного доступа в пространственной области в системе беспроводной связи, использующей множество антенн.

Чтобы достичь вышеуказанных и других целей, предусмотрено устройство для передачи пакетных данных в системе беспроводной связи, которая принимает информацию о состоянии канала между множеством передающих антенн и множеством приемных антенн в качестве информации обратной связи. Устройство содержит приемник сигнала обратной связи для приема информации обратной связи, передаваемой обратно от каждого из приемных устройств; классификатор пользователей для классификации пользователей, имеющих потоки передачи данных, на группы с использованием информации о предпочтительном базисном преобразовании, выводимой из приемника сигнала обратной связи; блок диспетчеризации и демультиплексирования для приема выходного сигнала классификатора пользователей и информации обратной связи от приемника сигнала обратной связи, выбора, по меньшей мере, одного из группы с помощью приоритета передачи и пользовательских данных, которые должны быть переданы в соответствующей группе, согласно принимаемой информации, и вывода выбранного субпотока, информации адаптивной модуляции и кодирования (AMC) для выбранного субпотока и информации выделения мощности; AMC-блок для модуляции и кодирования субпотока, выводимого из блока диспетчеризации и демультиплексирования, согласно информации AMC; блок распределения мощности для выделения мощности передачи AMC-обработанному субпотоку согласно информации выделения мощности; и передающее устройство для передачи субпотока с выделенной мощностью посредством каждой из передающих антенн.

Чтобы достичь вышеуказанных и других целей, предусмотрен способ передачи пакетных данных в системе беспроводной связи, которая принимает информацию о состоянии канала между множеством передающих антенн и множеством приемных антенн в качестве информации обратной связи. Способ содержит этапы, на которых принимают матрицу базисного преобразования и информацию качества канала (CQI), соответствующую ей, от всех терминалов, и классифицируют пользователей, предпочитающих один и тот же базис, в группы, на основе информации обратной связи; выбирают, по меньшей мере, одного из пользователей, желающих передавать пакетные данные, с учетом приоритета классифицированной группы и приоритета пользователя; классифицируют выбранные пользовательские данные на субпотоки и выполняют адаптивную модуляцию и кодирование (AMC) для каждого из субпотоков; выделяют мощность AMC-обработанным субпотокам; и выполняют базисное преобразование для каждого из субпотоков с выделенной мощностью перед передачей.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются в последующем подробном описании, иллюстрируемом чертежами, из которых представлено следующее:

Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая примерную внутреннюю структуру передающего устройства PARC;

Фиг.2 - блок-схема, иллюстрирующая примерную внутреннюю структуру передающего устройства PSRC;

Фиг.3 - укрупненная блок-схема передающего устройства и приемного устройства для передачи пилот-сигналов и оценки канала согласно настоящему изобретению;

Фиг.4 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая процесс, в котором приемное устройство оценивает прямые каналы и сообщает результаты согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5 - блок-схема, иллюстрирующая внутреннюю структуру передающего устройства для системы с множеством антенн согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.6 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая процесс передачи данных от передающего устройства приемному устройству в системе с множеством антенн согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.7 - блок-схема, иллюстрирующая структуру передающего устройства для системы с множеством антенн согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

Далее подробно описано несколько предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах одинаковые или подобные элементы обозначаются одними и теми же ссылочными позициями, даже если они изображены на различных чертежах. В последующем описании подробное описание известных функций и конфигураций, содержащихся в данном документе, опущено в целях краткости.

Прежде чем будет предоставлено описание конфигурации системы, предлагаемой в настоящем изобретении, ниже описывается модель системы, предлагаемой в настоящем изобретении. Нижеописанная модель системы, предлагаемая в настоящем изобретении, должна удовлетворять следующим 7 условиям.

(1) Число приемных устройств для приема данных, передаваемых от передающего устройства, равно K. При этом K - это целое число больше 0, и, как правило, оно имеет значение 2 и выше.

(2) Число антенн передающего устройства равно M_T, а число антенн приемного устройства равно M_R. Для канала с частотно-избирательным замиранием канал системы с множеством передающих/приемных антенн может быть выражен с помощью комплексной матрицы M_RXM_T H. Элемент h_ij в i-й строке и j-м столбце матрицы H представляет состояние канала между j-й передающей антенной и i-й приемной антенной. Число антенн приемного устройства может различаться для каждого пользователя. Система, предлагаемая в настоящем изобретении, не ограничивает число приемных антенн. Тем не менее, система должна удовлетворять необходимому условию, что число приемных антенн не должно быть меньше числа передающих антенн.

(3) Общая мощность передачи, которую может использовать передающее устройство для передачи потоков данных, равна P_T.

(4) Матрица базисного преобразования E^(G) определяется как один из элементов набора матриц базисного преобразования S={E^(G), E^(G),..., E^(G)}, имеющего G элементов. При этом E^(G) - это вес базисного преобразования, который должен применяться к N_g базисных преобразователей в передающем устройстве и который обозначает комплексную матрицу M_T×N_g. Передающее устройство имеет N_g базисных преобразователей и передает различные потоки данных для каждого базиса. Следовательно, максимальное значение числа n независимых потоков данных, передаваемых посредством передающего устройства, равно N_g. Матрица из элементов набора матриц базисного преобразования, которая должна быть использована в качестве матрицы базисного преобразования, определятся в процессе диспетчеризации.

Если диспетчер определяет E^(g) в качестве матрицы базисного преобразования, i-й вес базисного преобразования становится первым вектором-столбцом e _i ^(g) для E ^(g) =[e₁ ^(g),e₂ ^(g),...,e_Ng ^(g)]. Однако различные векторы-столбцы E^(g) являются ортогональными по отношению друг к другу.

(5) Термины "базис" и "базисное преобразование", используемые в данном документе, определяются следующим образом. Изначально, "базис" относится к базовым векторам, которые могут выражать все элементы в векторном пространстве. Т.е. базис ссылается на линейный набор базисных векторов и выражает все элементы в векторном пространстве. Базис представляет каналы, по которым передаются различные субпотоки, и процесс создания базиса называется "базисным преобразованием". Настоящее изобретение выполняет базисное преобразование, чтобы преобразовать существующий канал H, выраженный на "антенну", в эквивалентный канал

на "базис". Т.е. "базис", который является новой областью, определяемой посредством "базисного преобразования", а областью без базисного преобразования является антенна. Следовательно, множество различных потоков передается посредством различных баз при базисном преобразовании. Помимо этого, процесс генерирования "баз" называется "базисным преобразованием", и если нет отдельного базисного преобразования, антенна становится базовым базисом. Это соответствует случаю E=1.

Если нет отдельного базисного преобразования, каждая антенна становится аналогом базиса в PARC, а в случае PSRC базис адаптивно формирует луч согласно состоянию канала для каждого пользователя. Метод, предлагаемый посредством разложения по сингулярным числам матрицы (SVD), определяет G матриц базисного преобразования и позволяет пользователю выбирать свою соответствующую матрицу базисного преобразования.

Величина мощности передачи, выделенная каждому базису, задается посредством деления общей мощности, и базису, через который не передаются потоки данных, не выделяется мощность передачи. Т.е. мощность P_T равномерно выделяется базам, посредством которых передаются потоки данных, и мощность не выделяется базам, посредством которых потоки данных не передаются.

(6) Различные схемы модуляции/демодуляции используются для потоков данных.

(7) Приемное устройство передает обратно передающему устройству информацию качества канала (CQI) для каждого базиса, сгенерированного, если используется информация, указывающая предпочтительную матрицу базисного преобразования и соответствующую матрицу базисного преобразования. Информация, указывающая матрицу базисного преобразования, выражается с помощью ^┌log₂ G ^┐ бит. При этом ^┌ x ^┐ обозначает наименьшее целое, большее значения x. Например, для G=2 приемное устройство должно сообщить передающему устройству, предпочитает ли оно в качестве матрицы базисного преобразования E⁽¹⁾ или E⁽²⁾. Для этой цели есть потребность в однобитной информации обратной связи. Если приемное устройство предпочитает E^(g), то N_g базисных преобразователей реализуется в передающем устройстве. Приемное устройство должно вычислять информацию CQI, полученную от каждой из N_g баз, и передавать CQI базовой станции.

Далее приводится описание системы согласно настоящему изобретению с помощью модели системы. Описание приводится в следующей последовательности.

[1] Способ оценки канала и обратной связи приемного устройства описывается с помощью структур передающего устройства и приемного устройства, а процесс оценки канала и передачи обратной связи в приемном устройстве описывается с помощью блок-схемы последовательности операций способа.

[2] Описывается структура и работа передающего устройства согласно настоящему изобретению, и способ, при котором передающее устройство согласно настоящему изобретению внутренне применяет метод пространственного разнесения, метод мультиплексирования в пространственной области и метод множественного доступа в пространственной области, описывается с помощью блок-схемы последовательности операций способа.

[3] Наконец, описывается фактический пример системы с множеством антенн, предлагаемой в настоящем изобретении. В конечном варианте осуществления для примера описывается простейшая система с множеством антенн с использованием конкретных значений.

[1] Способ оценки канала и обратной связи приемного устройства

На Фиг.3 показана укрупненная блок-схема передающего устройства и приемного устройства для передачи пилот-сигналов и оценки канала согласно настоящему изобретению. Со ссылкой на фиг.3, ниже приведено описание основной блок-схемы и работы передающего устройства и приемного устройства для передачи пилот-сигналов и оценки канала согласно настоящему изобретению.

Перед описанием структуры и работы, следует отметить, что передающее устройство передает ортогональные пилот-сигналы посредством отдельных антенн. Пилот-сигналы должны быть ортогональными по отношению друг к другу, а также должны быть ортогональными с сигналами данных передачи. Чтобы обеспечить ортогональность пилот-сигналов, чаще всего пилот-сигналам в системе CDMA назначают различные коды Уолша. Альтернативно, пилот-сигналам также можно назначать различные частоты или периоды времени. Причина обеспечения ортогональности для пилот-сигналов заключается в том, чтобы дать возможность приемному устройству оценивать каналы от различных передающих антенн.

Согласно фиг.3 структура включает в себя передающее устройство 300 и приемное устройство 310. Ниже описана структура и работа передающего устройства 300. Сигнал, который должен передаваться посредством первой передающей антенны 304, подается в генератор 301 сигналов передачи, и пилот-сигнал, который должен передаваться посредством первой передающей антенны, подается в генератор 302 пилот-сигналов для первой передающей антенны. Генераторы 301 и 302 сигналов генерируют входные сигналы согласно соответствующим способам, и выводят сформированные сигналы 210 сумматор 303, соединенный с первой передающей антенной 304. Сумматор 303 суммирует входные сигналы и выводит суммированный сигнал на первую передающую антенну 304, тем самым передавая сигнал к приемному устройству 310.

Поскольку блок для M_T-й передающей антенны 308 соответствует блоку для первой передающей антенны 304, ее подробное описание опущено. Пилот-сигналы и сигналы передачи, передаваемые посредством передающих антенн 304-308, доставляются на каждую из приемных антенн 311-314. Т.е. пилот-сигнал и сигнал передачи, передаваемые посредством первой передающей антенны 304, доставляются к первой приемной антенне 311 и M_R-й приемной антенне 314. Аналогично, пилот-сигнал и сигнал передачи, передаваемые посредством M_T-й передающей антенны 308, доставляются к первой приемной антенне 311 и M_R-й приемной антенне 314. На фиг.3 передача сигналов обозначена стрелками.

Далее описана структура приемного устройства 310. Предполагается, что приемное устройство 310 имеет M_R приемных антенн. Следовательно, приемное устройство 310 включает в себя с первой приемной антенны 311 до M_R-й приемной антенны 314. Каждая из приемных антенн 311-314 включает в себя блок оценки пилот-сигналов для соответствующей передающей антенны. Поскольку приемные антенны 311-314 одинаковы по структуре, для простоты описывается только структура первой приемной антенны 311.

Сигнал, принятый первой приемной антенной 311, как описано выше, включает в себя сигналы передачи и пилот-сигналы, переданные от передающих антенн 304-308. На фиг.3 структура обработки сигналов передачи не показана, а для простоты показана только структура обработки пилот-сигналов. Первая приемная антенна 311 принимает все сигналы с первой передающей антенны 304 до M_T-й передающей антенны 308. Следовательно, пилот-сигналы, принимаемые первой приемной антенной 311, подаются в каждый из блоков 312-313 оценки пилот-сигналов. Каждый из блоков 312-313 оценки пилот-сигналов выделяет пилот-сигнал, принятый от каждой передающей антенны, и оценивает сигнал от соответствующей передающей антенны. Сигнал от каждой передающей антенны может быть выделен, поскольку пилот-сигналы, переданные от передающих антенн, ортогональны по отношению друг к другу.

Процесс, выполняемый в блоке 312 оценки пилот-сигналов для первой передающей антенны, соединенном с первой приемной антенной 311, описан ниже. Если канал между первой передающей антенной 304 и первой приемной антенной 311 обозначить h₁₁, канал, оцениваемый блоком 312 оценки пилот-сигналов для первой передающей антенны, соединенным с первой приемной антенной 311, может быть представлен посредством h₁₁ . Канал, принимаемый в первой приемной антенне 311, передаваемый от M_T-й передающей антенны 308, может быть оценен аналогичным образом. Результаты оценки каналов пилот-сигналов из блоков 312, 313, 315 и 316 оценки пилот-сигналов для соответствующих передающих антенн, соединенных с приемными антеннами 311-314, накапливаются посредством блока 317 оценки матрицы каналов. Т.е. блоки 312, 313, 315 и 316 оценки пилот-сигналов для соответствующих передающих антенн выводят результаты оценки пилот-каналов в блок 317 оценки матрицы каналов. Блок 317 оценки матрицы каналов может вычислить оцененную матрицу

для канала H системы с множеством каналов с использованием функции канала из полученных оцененных каналов пилот-сигналов. Элемент h_ij в i-й строке и j-м столбце оцененной матрицы означает состояние канала между j-й передающей антенной и i-той приемной антенной.

После оценки матрицы с использованием состояния канала между приемными антеннами блок 317 оценки матрицы каналов выводит оцененное значение в блок 318 оценки эквивалентных каналов базисного преобразования. Затем блок 318 оценки эквивалентных каналов базисного преобразования должен оценить эквивалентные каналы для всех матриц базисного преобразования в наборе матриц базисного преобразования S. Следовательно, блок 318 оценки эквивалентных каналов базисного преобразования оценивает эквивалентные каналы для всех матриц базисного преобразования на основе матрицы H, вычисленной блоком 317 оценки матрицы каналов. Уравнение (1) ниже показывает способ вычисления матрицы эквивалентных каналов

_g для матрицы базисного преобразования E.

Используя уравнение (1), можно оценить эквивалентные каналы

для всех матриц базисного преобразования. Эквивалентные каналы, оцененные посредством блока 318 оценки эквивалентных каналов базисного преобразования, подаются в решающий блок 319 сигнала обратной связи. Решающий блок 319 сигнала обратной связи определяет матрицу базисного преобразования, которая должна быть передана обратно передающему устройству, и информацию CQI, соответствующую матрице базисного преобразования обратной связи, с использованием оцененных эквивалентных каналов для всех матриц базисного преобразования. Решающий блок 319 сигнала обратной связи может определять матрицу базисного преобразования с помощью одного из следующих нескольких способов.

Первый способ позволяет определять матрицу базисного преобразования на основе суммы ожидаемых объемов передач при допущении, что все базы выделены им. Второй способ позволяет определять матрицу базисного преобразования на основе суммы ожидаемых объемов передачи при допущении, что только одна или две базы выделены ей. Блок 319 решений сигнала обратной связи определяет матрицу базисного преобразования для максимизации объема передачи с помощью оцененной эквивалентной матрицы и передает выбранную матрицу базисного преобразования. Хотя предусмотрены другие возможные способы, описание критерия определения предпочтительной матрицы базисного преобразования опущено в данном документе.

Далее приводится описание процесса, при котором приемное устройство оценивает каналы и передает оцененные значения обратно в передающее устройство согласно вышеизложенному способу.

На Фиг.4 представлена блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая процесс, при котором приемное устройство оценивает прямые каналы и сообщает результаты. Далее приводится подробное описание процесса, при котором приемное устройство оценивает прямые каналы и сообщает результаты, со ссылкой на фиг.3 и 4.

На этапе 401 приемное устройство принимает пилот-сигналы. Как описано в связи с фиг.3, приемное устройство принимает пилот-сигналы, передаваемые от передающих антенн, в каждой из приемных антенн. Поскольку пилот-сигналы, передаваемые от передающих антенн, являются ортогональными по отношению друг к другу, приемное устройство может различать сигналы, принимаемые в приемных антеннах. После приема пилот-сигналов посредством приемных антенн приемное устройство вычисляет оцененную матрицу

для канала H системы с множеством антенн на этапе 402. Вычисление оцененной матрицы выполняется в блоке 317 оценки матрицы каналов по фиг.3.

После этого на этапе 403 приемное устройство оценивает эквивалентные каналы для всех матриц базисного преобразования посредством применения оцененной матрицы канала системы с множеством антенн к уравнению (1). Процесс оценки эквивалентных каналов выполняется в блоке 318 оценки эквивалентных каналов базисного преобразования по фиг.3. Далее на этапе 404 решающий блок 319 сигнала обратной связи приемного устройства может определить предпочтительную матрицу базисного преобразования с помощью значений эквивалентных каналов, оцененных для всех матриц базисного преобразования, и вычислить CQI для каждого базиса, созданного при применении соответствующей матрицы преобразования. При этом CQI вычисляется с использованием способа приема на основе минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE) или способа приема на основе подавления помех при допущении, что оцененный эквивалентный канал для определенной матрицы базисного преобразования имеет состояние текущего канала. Затем на этапе 405 приемное устройство передает информацию, указывающую предпочтительную матрицу базисного преобразования, и значение CQI, соответствующее ей, вычисленное на этапе 404, передающему устройству посредством канала обратной связи.

[2] Структура передающего устройства

На Фиг.5 представлена блок-схема, иллюстрирующая внутреннюю структуру передающего устройства для системы с множеством антенн согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Ниже приведено подробное описание структуры и работы передающего устройства для системы с множеством антенн согласно варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг.5.

Передающее устройство содержит приемник 501 сигнала обратной связи для приема сигнала обратной связи, передаваемого приемным устройством. Часть радиочастотной обработки сигнала обратной связи не проиллюстрирована на фиг.5 для простоты. Приемник 501 сигнала обратной связи принимает информацию индикации матрицы базисного преобразования и CQI для каждого базиса. Приемник 501 сигнала обратной связи после приема сигнала обратной связи выдает информацию индикации матрицы базисного преобразования в классификатор 502 пользователей согласно матрице базисного преобразования. Приемник 501 сигнала обратной связи выводит сигнал обратной связи в блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования, который определяет и демультиплексирует субпотоки пользователей для передачи сигналов группам пользователей. Настоящее изобретение разделяет пользователей на множество групп пользователей и осуществляет диспетчеризацию и демультиплексирование согласно группе пользователей, как описано ниже.

Ниже приведено описание операций, выполняемых после того, как информация индикации матрицы базисного преобразования и информация CQI каждого базиса принимается от приемника 501 сигнала обратной связи. Классификатор пользователей 502 принимает всего K потоков пользовательских данных. Классификатор 502 пользователей, принимающий K потоков пользовательских данных, классифицирует пользователей на множество групп согласно информации индикации матрицы базисного преобразования, принятой от приемника 501 сигнала обратной связи. На фиг.5 классификатор 502 пользователей классифицирует пользователей, например, на G групп. Данные для пользователей делятся на группы и затем вводятся в блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования.

Блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования принимает потоки, классифицированные согласно группе пользователей, и определяет пользовательские данные, группы, которые должны передаваться. Т.е. блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования осуществляет диспетчеризацию передачи пользовательских данных. Процесс диспетчеризации осуществляется на основе информации CQI, переданной обратно каждым из пользователей. Пользовательские данные, классифицированные на различные группы в процессе диспетчеризации, не могут передаваться одновременно. Следовательно, только потоки для пользователей, классифицированных в одну группу, т.е. пользователей, имеющих одинаковые предпочтительные матрицы базисного преобразования, могут передаваться одновременно. Подробное описание процесса диспетчеризации и демультиплексирования приведено ниже вместе с описанием работы передающего устройства. Блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования выводит информацию, принятую от приемного устройства для каждого из пользователей, посредством приемника 510 сигнала обратной связи, в AMC-блоки 504 и 505, блоки 506 и 507 распределения мощности и базисные преобразователи 508 и 509. Их подробное описание приведено ниже.

Блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования предоставляет AMC-информацию по базисам, принятую от соответствующего пользователя, в AMC-блоки 504 и 505. Информация AMC по базисам, которая является информацией, принятой от приемного устройства, для пользователя, как описано выше, содержит информацию о методах адаптивной модуляции и кодирования данных, которые должны передаваться пользователю, согласно характеристикам антенны, предпочтительной для данных, которые должны передаваться соответствующему пользователю.

Блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования предоставляет информацию о распределении мощности по базисам в блоки 506 и 507 распределения мощности, которые передают соответствующие пользовательские данные, чтобы выделять мощность передачи для каждой антенны в процессе передачи пользовательских данных. Информация о распределении мощности по базисам может быть задана с помощью информации CQI, принимаемой от приемного устройства для соответствующего пользователя. Блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования передает информацию о весах базисного преобразования для выбранной группы каждому из базисных преобразователей 508 и 509, чтобы передавать пользовательские данные, которые должны передаваться в данный момент.

Пользовательские данные, выводимые из блока 503 диспетчеризации и демультиплексирования, представляют собой потоки данных, соответственно демультиплексированные для передачи посредством каждого базиса. Демультиплексированные субпотоки могут быть либо субпотоками, демультиплексированными из одного пользовательского потока, или субпотоками, отображаемыми на множество пользовательских потоков на однозначно определенной основе. Демультиплексированные субпотоки вводятся в AMC-блоки 504 и 505. AMC-блоки 504 и 505 адаптивно модулируют и кодируют потоки с использованием информации AMC по базисам, полученной из приемника 501 сигнала обратной связи. Сигналы, прошедшие AMC-обработку в AMC-блоках 504 и 505, вводятся в блоки 506 и 507 распределения мощности. Блоки 506 и 507 распределения мощности выделяют мощность для входных сигналов с использованием информации о выделении мощности по базисам, полученной от приемника 501 сигнала обратной связи.

Мощность, выделяемая посредством блоков 506 и 507 распределения мощности, определяется согласно тому, есть ли какой-либо поток данных, передаваемый посредством соответствующего базиса. Выходные сигналы, которым выделяется мощность посредством блоков 506 и 507 распределения мощности, введется в базисные преобразователи 508 и 509, соответственно. Т.е. если потоки данных передаются только посредством n баз из общего числа N_g баз, блоки 506 и 507 распределения мощности равномерно выделяют общую мощность передачи P_T, назначенную соответствующему пользователю, n действующим базам, и не выделяют мощность оставшимся (N_g-n) базам. Следовательно, чтобы повысить эффективность передачи, предпочтительно выделять большую мощность базису, посредством которого передается больший объем информации, т.е. блокам 506 и 507 требуется информация о том, есть ли какой-либо поток данных, передаваемый посредством конкретного базиса, и об объеме потока данных, если он передается. Эта информация предоставляется из блока 503 диспетчеризации и демультиплексирования. Простой способ распределения мощности выделяет мощность P_T/n каждой из n действующих баз и не выделяет мощность оставшимся (N_g-n) базам. Этот способ не является оптимальным способом распределения мощности в отношении метода мультиплексирования в пространственной области. Однако если мощность распределяется оптимальным способом, невозможно оценить мощность, выделяемую другим пользователям, что затрудняет реализацию метода множественного доступа в пространственной области.

Поскольку используется метод AMC, способ равномерного распределения мощности только базам, посредством которых передаются потоки данных, несущественно отличается по производительности от оптимального способа распределения мощности в методе мультиплексирования в пространственной области.

Субпотоки, введенные в базисные преобразователи 508 и 509 посредством вышеописанного способа, подвергаются базисному преобразованию, для согласования с соответствующими базами в базисных преобразователях 508 и 509. Способ выполнения базисного преобразования соответствует способу базисного преобразования, определенному посредством блока 503 диспетчеризации и демультиплексирования. Следовательно, блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования должен предоставлять матрицы базисного преобразования в базисные преобразователи 508 и 509.

Выходные сигналы базисных преобразователей 508 и 509 подаются в сумматоры 510 и 511 вместе с пилот-сигналами передачи, которые должны передаваться посредством соответствующих передающих антенн 304-308. Сумматоры 510 и 511 суммируют свои входные сигналы и выводят суммированные сигналы на соответствующие связанные антенны 304-308. Таким способом передающее устройство может передавать сигналы передачи к приемному устройству на каждую антенну.

Ниже приведено описание процесса передачи данных в системе с множеством антенн согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.6 показана блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая процесс передачи данных от передающего устройства к приемному устройству в системе с множеством антенн согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Ниже приведено подробное описание процесса передачи данных от передающего устройства к приемному устройству в системе с множеством антенн согласно варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг.6.

В последующем описании настоящее изобретение предлагает способ, обеспечивающий внутреннее применение метода пространственного разнесения, метода мультиплексирования в пространственной области и метода множественного доступа в пространственной области в одной системе с множеством антенн. Для этой цели нужен способ управления уровнем контроля доступа к среде (MAC) для осуществления диспетчеризации и физическим уровнем, который применяет метод с множеством антенн. Далее этот процесс подробно описан со ссылками на иллюстрирующий чертеж.

На этапе 601 передающее устройство принимает матрицы базисного преобразования и значения CQI, соответствующие им, переданные обратно от всех терминалов. На этапе 602 передающее устройство классифицирует пользователей на основе информации обратной связи. При этом пользователи классифицируются согласно пользователям, которые предпочитают один базис. Т.е. передающее устройство классифицирует пользователей согласно пользовательской группе, которая предпочитает одинаковое базисное преобразование. Процесс классификации пользователей выполняется посредством классификатора 502 пользователей по фиг.5. После классификации пользовательских групп передающее устройство вычисляет приоритет на этапе 603. Приоритет имеет три следующих типа. Первый тип приоритета - это приоритет пользователей, вычисляемый согласно пользователям. Второй тип приоритета - это приоритет субпотоков, вычисляемый согласно субпотокам. Третий тип приоритета - это приоритет групп, вычисляемый согласно группам. Приоритет пользователей и приоритет групп может вычисляться либо на основе отдельного критерия, либо приоритета пользователей. Подробное описание способа классификации приоритета в данном документе не приводится.

После вычисления приоритета вышеописанным способом передающее устройство выбирает группу с более высоким приоритетом группы на этапе 604. Затем на этапе 605 передающее устройство выбирает субпотоки передачи в выбранной группе. Выбор субпотоков передачи осуществляется согласно одному или обоим факторам из приоритета пользователей и приоритета субпотоков. Субпотоки передачи определяются посредством алгоритма диспетчеризации. Следовательно, субпоток передачи может быть либо одним субпотоком, либо несколькими субпотоками. Если определено, что передается только один субпоток, система с множеством антенн, предлагаемая в настоящем изобретении, работает на основе метода пространственного разнесения. Процесс выбора пользователя или группы пользователей и выбора субпотока передачи выполняется посредством блока 503 диспетчеризации и демультиплексирования по фиг.5.

Однако если процесс диспетчеризации определяет необходимость передачи нескольких субпотоков, то соответствующие субпотоки могут быть либо субпотоками, демультиплексированными из потока данных для одного пользователя, либо субпотоками, к которым осуществляется доступ из нескольких потоков данных для различных пользователей. Система с множеством антенн, предлагаемая в настоящем изобретении, работает на основе метода мультиплексирования в пространственной области, если диспетчеризация выполняется для передачи субпотоков, демультиплексированных из потока данных для одного пользователя, и работает на основе метода множественного доступа в пространственной области, если потоки данных для различных пользователей выбираются в качестве субпотоков передачи.

После определения субпотоков передачи передающее устройство применяет соответствующий AMC-процесс к каждому из определенных субпотоков на этапе 606. Т.е. объем передаваемой информации зависит от состояния канала базиса между передающей антенной и приемной антенной, посредством которого передается субпоток. Следовательно, передающее устройство адаптивно выполняет модуляцию и кодирование согласно характеристике базиса между передающей антенной и приемной антенной, посредством которого должен передаваться субпоток. После выполнения AMC передающее устройство выделяет мощность каждому из AMC-обработанных сигналов субпотока на этапе 607. Передающее устройство не выделяет мощность базам, посредством которых не передаются субпотоки, и равномерно распределяет мощность базам, посредством которых передаются субпотоки. Процесс распределения мощности выполняется в блоках 506 и 507 распределения мощности по фиг.5.

После распределения мощности передающее устройство выполняет базисное преобразование таким образом, чтобы каждый субпоток передавался посредством соответствующего базиса, на этапе 608. Определенные субпотоки передачи имеют одинаковые матрицы базисного преобразования. Следовательно, для базисного преобразования передающее устройство использует матрицу базисного преобразования, определенную в процессе определения группы на этапе 604. Процесс выполнения базисного преобразования осуществляется в базисных преобразователях 508 и 509 по фиг.5. Далее на этапе 609 передающее устройство передает базисно преобразованные субпотоки к приемному устройству посредством передающих антенн.

[3] Вариант осуществления

На Фиг.7 показана блок-схема, иллюстрирующая структуру передающего устройства для системы с множеством антенн согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Ниже приведено подробное описание работы передающего устройства для системы с множеством антенн согласно варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг.7. Передающее устройство по фиг.7 имеет одинаковую структуру с передающим устройством по фиг.5 за исключением того, что передающее устройство по фиг.7 имеет две передающие антенны. Одинаковые элементы на чертежах обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Поскольку число M_T передающих антенн равно 2, может быть использован набор матриц базисного преобразования по уравнению (2):

(2)

В уравнении (2) i =

. Матрицы базисного преобразования E⁽¹⁾ и E⁽²⁾ составляют две базы. Т.е. N₁ = N₂ = 2. Если приемное устройство пользователя выбирает E⁽¹⁾ в качестве предпочтительной матрицы базисного преобразования, первый базис и второй базис создаются с помощью весов уравнения (3):

(3)

Если пользователь выбирает E⁽²⁾ в качестве предпочтительной матрицы базисного преобразования, первый базис и второй базис создаются с помощью весов уравнения (4):

(4)

Приемник 501 сигнала обратной связи принимает информацию матрицы базисного преобразования g и информацию CQI, переданную обратно от каждого из пользовательских терминалов. В настоящем изобретении информация о предпочтительной матрице базисного преобразования выражается с помощью 1 бита, при этом g=0 означает выбор E⁽¹⁾, а g=1 означает выбор E⁽²⁾. Каждый пользовательский терминал передает обратно информацию CQI, которая может быть получена в каждом базисе, когда применяется выбранная матрица базисного преобразования. В настоящем изобретении, поскольку N₁ = N₂ = 2, приемное устройство всегда должно отправлять два значения CQI γ₁ и γ₂ обратно передающему устройству вне зависимости от того, какая базисная матрица выбрана.

Классификатор 502 пользователей классифицирует пользователей на основе информации матрицы базисного преобразования, переданной обратно от каждого пользователя. Пользователи, которые передали обратно g=0, классифицируются в группу 1, а пользователи, которые передали обратно g=1, классифицируются в группу 2. После того как группы определены таким образом, блок 503 определяет, пользовательские данные какой группы он должен передавать. Сначала блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования вычисляет приоритет групп, приоритет пользователей и приоритет субпотоков. Поскольку способ вычисления приоритета относится к структуре диспетчера, его описание не приводится.

В процессе вычисления приоритета учитывается информация CQI γ₁ и γ₂, переданные обратно от каждого из пользователей. При использовании информации обратной связи CQI блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования выбирает группу с наивысшим приоритетом из групп. Если выбрана группа 1, блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования выбирает сигналы передачи для пользователей в группе 1, а если выбрана группа 2, блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования выбирает сигналы передачи для пользователей в группе 2. После завершения выбора групп блок 503 диспетчеризации и демультиплексирования определяет то, какой поток он должен передавать посредством каждого базиса, на основе одного или обоих факторов из приоритета пользователей и приоритета субпотоков. Пользовательский поток, определенный для передачи, демультиплексируется на субпотоки, которые должны передаваться посредством соответствующих баз.

Демультиплексированные субпотоки подвергаются AMC в AMC-блоках 504 и 505 на основе информации обратной связи CQI γ₁ и γ₂. AMC-обработанным сигналам выделяется мощность в блоках 506 и 507 распределения мощности. Распределение мощности определяется согласно тому, передается ли поток данных посредством соответствующего базиса. Если поток данных передается только посредством одной из общего числа 2 баз, то блоки 506 и 507 распределения мощности выделяют всю мощность одному действующему базису и не выделяют мощность другому базису. Если потоки данных передаются посредством обоих баз, то блоки 506 и 507 распределения мощности выделяют половину мощности передачи каждой из баз. Следовательно, блоки 506 и 507 распределения мощности требуют информацию, указывающую то, есть ли какой-либо поток данных, передаваемый посредством конкретного базиса, и принимают информацию от блока 503 диспетчеризации и демультиплексирования. Субпотоки с выделенной мощностью проходят базисное преобразование в базисных преобразователях 508 и 509 таким образом, чтобы они совпадали с соответствующими базами.

Матрица базисного преобразования определяется согласно группе, выбранной блоком 503 диспетчеризации и демультиплексирования. Если выбрана группа 1, уравнение (3) применяется к матрице базисного преобразования в качестве веса базисного преобразования. Если выбрана группа 2, уравнение (4) применяется к матрице базисного преобразования в качестве веса базисного преобразования. Выходные сигналы базисных преобразователей 508 и 509 суммируются в сумматорах 510 и 511 с пилот-сигналами, которые должны передаваться, и затем передаются посредством соответствующих передающих антенн 553 и 554.

В среде сотовой мобильной связи технология, демонстрирующая выигрыш в производительности системы с множеством антенн для передачи/приема пакетных данных, отличается согласно состоянию канала. Т.е. метод мультиплексирования в пространственной области позволяет увеличить производительность, если он применяется для каналов с высоким качеством и низкой пространственной корреляцией. Метод пространственного разнесения превосходит метод мультиплексирования в пространственной области в случае, когда каналы имеют низкое качество и высокую пространственную корреляцию. Поэтому метод множественного доступа в пространственной области отличается по производительности согласно состоянию канала приемных устройств. Следовательно, метод пространственного разнесения, метод мультиплексирования в пространственной области и метод множественного доступа в пространственной области, которые являются рабочими методами системы с множеством антенн, должны выборочно применяться с учетом состояния каналов всех пользователей. Новая система с множеством антенн согласно настоящему изобретению позволяет адаптивно реализовывать метод пространственного разнесения, метод мультиплексирования в пространственной области и метод множественного доступа в пространственной области.

Настоящее изобретение не ограничивает число приемных антенн каждого пользовательского терминала. Это допущение очень полезно в реальной системе. Поскольку пользователь, использующий одну приемную антенну, не может использовать метод мультиплексирования в пространственной области, передающее устройство базовой станции будет использовать метод пространственного разнесения или метод множественного доступа в пространственной области, согласно которому передается один поток соответствующему пользователю. Однако поскольку пользователь, использующий множество приемных антенн, может использовать метод мультиплексирования в пространственной области, он может применять любой из метода пространственного разнесения, метода мультиплексирования в пространственной области и метода множественного доступа в пространственной области. Нет необходимости в отдельном устройстве для выбора одного из методов с множеством антенн.

Как описано выше, новая система с множеством антенн согласно настоящему изобретению использует наиболее эффективный метод с множеством антенн согласно характеристикам каналов и пользователям, способствуя повышению эффективности передачи пакетов данных. Помимо этого, настоящее изобретение может быть применено к приемному устройству с одной антенной и приемному устройству с множеством антенн без ограничения устройств.

Claims (10)

1. Устройство для передачи пакетных данных в системе беспроводной связи, которая принимает информацию о состоянии канала между множеством передающих антенн и множеством приемных антенн в качестве информации обратной связи, при этом устройство содержит:
приемник сигнала обратной связи для приема информации обратной связи, передаваемой обратно от каждого из приемных устройств и содержащий информацию адаптивной модуляции и кодирования (АМС), информацию выделения мощности и информацию базисного преобразования по каждому базису;
классификатор пользователей для классификации пользователей, имеющих потоки передачи данных, на группы с использованием информации о предпочтительном базисном преобразовании, выводимой из приемника сигнала обратной связи, и классификации потоков пользовательских данных согласно классифицированным группам, соответственно;
блок диспетчеризации и демультиплексирования для приема выходного сигнала классификатора пользователей и информации обратной связи от приемника сигнала обратной связи, демультиплексирования потока данных передачи на субпотоки, выбора, по меньшей мере, одной из группы с приоритетом групп, выбора, по меньшей мере, одного из демультиплексированных субпотоков, которые должны быть переданы с приоритетом субпотоков или приоритетом пользователей, и вывода выбранного субпотока, информации АМС и информации выделения мощности для выбранного субпотока;
АМС-блок для модуляции и кодирования выбранного субпотока, согласно информации АМС;
блок выделения мощности для выделения мощности передачи АМС-обработанному субпотоку согласно информации выделения мощности; и
передающее устройство для передачи субпотока с выделенной мощностью посредством каждой из передающих антенн.

2. Устройство по п.1, в котором блок диспетчеризации и демультиплексирования дополнительно выводит информацию о весах базисного преобразования для выбранного субпотока;
при этом устройство дополнительно содержит базисный преобразователь для применения информации весов базисного преобразования к сигналу с выделенной мощностью и передачи субпотоков.

3. Устройство по п.2, дополнительно содержащее:
генератор пилот-сигналов передающей антенны для генерирования пилот-сигнала, который должен передаваться посредством каждой из множества передающих антенн; и
сумматоры, относящиеся к соответствующим связанным с ними антеннам, для суммирования пилот-сигнала передающей антенны, с сигналом, выводимым из базисного преобразователя.

4. Приемное устройство для генерирования информации обратной связи для каналов между множеством передающих антенн и множеством приемных антенн в системе беспроводной связи, включающей в себя множество передающих антенн, при этом система передает пакетные данные посредством множества передающих антенн, причем каждая передающая антенна передает пакетные данные без формирования пилот-сигнала и принимает пакетные данные с использованием множества приемных антенн, при этом устройство содержит:
блоки оценки пилот-сигналов, обеспеченные для каждой из множества приемных антенн, для оценки пилот-сигналов, принимаемых от множества передающих антенн;
блок оценки матрицы каналов для генерирования матрицы оценки каналов из информации оцененных каналов на каждую антенну с использованием сигналов, принимаемых из блоков оценки пилот-сигналов;
генератор эквивалентных каналов базисного преобразования для генерирования матрицы эквивалентных каналов базисного преобразования для пакетных данных, передаваемых из передающего устройства, с использованием сформированной матрицы оценки каналов; и
решающий блок сигнала обратной связи для выбора оптимального эквивалентного канала базисного преобразования из генератора эквивалентных каналов базисного преобразования и генерирования информации обратной связи для выбранного эквивалентного канала базисного преобразования.

5. Приемное устройство по п.4, в котором генератор эквивалентных каналов базисного преобразования оценивает эквивалентный канал для всех матриц базисного преобразования в наборе матриц базисного преобразования.

6. Приемное устройство по п.5, в котором, если матрица, вычисленная из блока оценки матрицы каналов, представляется посредством

, и используется матрица базисного преобразования Е^(g), то матрица эквивалентных каналов базисного преобразования

вычисляется как

.

7. Способ передачи пакетных данных в системе беспроводной связи, которая принимает информацию о состоянии канала между множеством передающих антенн и множеством приемных антенн в качестве информации обратной связи, при этом способ содержит этапы, на которых:
принимают матрицу базисного преобразования и информацию качества канала (CQI), соответствующую ей, от терминалов в качестве информации обратной связи;
классифицируют пользователей, имеющих потоки данных передачи и предпочитающих тот же самый базис, в группы, на основе информации обратной связи и классифицируют потоки пользовательских данных согласно классифицированным группам, соответственно;
демультиплексируют классифицированные потоки пользовательских данных на субпотоки, соответственно;
выбирают, по меньшей мере, одну из групп с приоритетом групп, выбирают, по меньшей мере, один из демультиплексированных субпотоков, которые должны передаваться с приоритетом субпотоков или приоритетом пользователей;
выполняют адаптивную модуляцию и кодирование (АМС) для каждого из выбранных субпотоков;
выделяют мощность АМС-обработанным субпотокам; и
выполняют базисное преобразование для каждого из субпотоков с выделенной мощностью перед передачей.

8. Способ приема для генерирования информации обратной связи для каналов между множеством передающих антенн и множеством приемных антенн в системе беспроводной связи, включающей в себя множество передающих антенн, при этом система передает пакетные данные посредством множества передающих антенн, причем каждая передающая антенна передает пакетные данные без формирования пилот-сигнала и принимает пакетные данные посредством множества приемных антенн, при этом способ содержит этапы, на которых:
оценивают каждый из пилот-сигналов, принимаемых от множества передающих антенн, в каждой из множества приемных антенн;
генерируют матрицу оценки каналов от передающего устройства к множеству приемных антенн с использованием пилот-сигналов, оцененных для множества приемных антенн;
генерируют матрицу эквивалентных каналов базисного преобразования для пакетных данных, передаваемых из передающего устройства, с использованием сформированной матрицы оценки каналов; и
выбирают оптимальный эквивалентный канал базисного преобразования из генератора эквивалентных каналов базисного преобразования и генерируют информацию обратной связи для выбранного эквивалентного канала базисного преобразования.

9. Способ приема по п.8, в котором этап генерирования эквивалентных каналов базисного преобразования содержит этап оценивания эквивалентного канала для всех матриц базисного преобразования в наборе матриц базисного преобразования.

10. Способ приема по п.9, в котором, если матрица оценки каналов представляется посредством

, и используется матрица базисного преобразования Е^(g), то матрица эквивалентных каналов базисного преобразования вычисляется как

.

Images