УПРАВЛЕНИЕ РАЗНЕСЕНИЕМ ДЛЯ СИСТЕМЫ СВЯЗИ С МНОЖЕСТВОМ АНТЕНН, ОСНОВАННОЙ НА МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИИ С ОРТОГОНАЛЬНЫМ ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ (OFDM)

I. Притязание на приоритет согласно §119 раздела 35 Свода законов США

Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет предварительной заявки № 60/569103, озаглавленной "Управление разнесением для системы связи с множеством антенн, основанной на мультиплексировании с ортогональным частотным разделением (OFDM)", зарегистрированной 7 мая 2004 года и переуступленной правоприемнику настоящей заявки и, таким образом, включенной в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к связи, более конкретно к передаче данных в системе связи с множеством антенн, которая использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM).

Уровень техники

Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM) представляет собой метод модуляции с множеством несущих, который эффективно делит общую ширину полосы системы на множество (K) ортогональных поддиапазонов, которые также называются тонами, поднесущими и частотными каналами. При мультиплексировании с ортогональным частотным разделением (OFDM) каждый поддиапазон ассоциирован с соответствующей поднесущей, которая может быть модулирована данными. Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM) широко используется в различных беспроводных системах связи, таких как системы, которые реализуют известные стандарты IEEE 802.11a и 802.11g. Стандарты IEEE 802.11a и 802.11g вообще относятся к режиму работы с одним входом и одним выходом (SISO), в соответствии с которым передающее устройство использует одну антенну для передачи данных, а принимающее устройство обычно использует одну антенну для приема данных.

Система связи с множеством антенн может поддерживать связь и для устройств с одной антенной, и для устройств с множеством антенн. В этой системе устройство с множеством антенн может использовать свои антенны для передачи данных устройству с одной антенной. Устройство с множеством антенн и устройство с одной антенной могут реализовать любую из множества традиционных схем разнесения при передаче для получения разнесения при передаче и улучшения эксплуатационных показателей для передачи данных. Одна такая схема разнесения при передаче описана в статье S.M.Alamouti "A Simple Transmit Diversiry Technique for Wireless Communiations", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 16, № 8, October 1998, pp.1451-1458. В схеме Alamouti передающее устройство передает каждую пару символов модуляции с двух антенн в двух периодах символа, и принимающее устройство объединяет два принятых символа, полученных в двух периодах символа, для восстановления пары символов модуляции, переданных передающим устройством. Схема Alamouti, как и большинство других традиционных схем разнесения при передаче, требует, чтобы принимающее устройство выполняло специальную обработку, которая может отличаться в разных схемах, для восстановления переданных данных и получения выигрыша от разнесения при передаче.

Традиционное устройство с одной антенной может быть спроектировано только для работы в режиме с одним входом и одним выходом (SISO), как описано ниже. Это обычно имеет место, когда беспроводное устройство спроектировано согласно стандарту IEEE 802.11а или 802.11g. Такое традиционное устройство с одной антенной не сможет выполнять специальную обработку, требуемую большинством традиционных схем разнесения при передаче. Тем не менее очень желательно, чтобы устройство с множеством антенн передавало данные традиционному устройству с одной антенной таким образом, чтобы могли быть достигнуты большая надежность и/или улучшенные эксплуатационные показатели.

Поэтому в области техники имеется потребность в способе реализации разнесения при передаче в системе на основе OFDM специально для традиционных устройств с одной антенной.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описан способ выполнения пространственной обработки для реализации управления разнесением, которое может обеспечить разнесение при передаче, большую надежность и/или улучшенные эксплуатационные показатели для передачи данных, переданных множеством антенн. В соответствии с вариантом воплощения изобретения обеспечивается способ, в котором сначала получают входные символы, которые должны быть переданы во множестве частотных поддиапазонов множества антенн. Входной символ для каждого частотного поддиапазона каждой антенны модифицируют посредством сдвига фазы, выбранного для этого частотного поддиапазона и антенны, для формирования сдвинутого по фазе символа для частотного поддиапазона и антенны. Сдвинутые по фазе символы для множества частотных поддиапазонов каждой антенны затем обрабатывают для получения последовательности выборок для этой антенны.

В соответствии с другим вариантом воплощения описано устройство, которое включает в себя пространственный процессор и модулятор. Пространственный процессор получает входные символы, которые должны передаваться во множестве частотных поддиапазонов множества антенн, и модифицирует входной символ для каждого частотного поддиапазона каждой антенны посредством сдвига фазы, выбранного для этого частотного поддиапазона и антенны, для формирования сдвинутого по фазе символа для частотного поддиапазона и антенны. Модулятор обрабатывает сдвинутые по фазе символы для множества частотных поддиапазонов каждой антенны для получения последовательности выборок для этой антенны.

В соответствии с еще одним вариантом воплощения описано устройство, которое включает в себя средство получения входных символов, которые должны передаваться во множестве частотных поддиапазонов множества антенн, средство модификации входного символа для каждого частотного поддиапазона каждой антенны посредством сдвига фазы, выбранного для этого частотного поддиапазона и антенны, для формирования сдвинутого по фазе символа для частотного поддиапазона и антенны и средство обработки сдвинутых по фазе символов для множества частотных поддиапазонов каждой антенны для получения последовательности выборок для этой антенны.

В соответствии с еще одним вариантом воплощения обеспечивается способ, в котором данные обрабатывают для получения входной последовательности выборок во временной области. Затем формируют множество выходных последовательностей выборок во временной области множества антенн посредством модификации во времени (например, задержки или циклического сдвига) входной последовательности выборок во временной области. Множество выходных последовательностей передают множеством антенн.

В соответствии с еще одним вариантом воплощения описано устройство, которое включает в себя модулятор для обработки данных для получения входной последовательности выборок во временной области, процессор для формирования множества выходных последовательностей выборок во временной области для множества антенн посредством модификации во времени входной последовательности выборок во временной области и множество блоков передатчика для передачи множества выходных последовательностей множеством антенн.

В соответствии с еще одним вариантом воплощения описано устройство, которое включает в себя средство обработки данных для получения входной последовательности выборок во временной области, средство формирования множества выходных последовательностей выборок во временной области для множества антенн посредством модификации во времени входной последовательности выборок во временной области и средство передачи множества выходных последовательностей множеством антенн.

Ниже более подробно описаны различные аспекты и варианты воплощения изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает систему с множеством антенн с узлом доступа и пользовательскими терминалами.

Фиг.2 показывает блок-схему передающего объекта с множеством антенн, принимающего объекта с одной антенной и принимающего объекта с множеством антенн.

Фиг.3 показывает форму сигнала OFDM в частотной области.

Фиг.4 показывает блок-схему модулятора OFDM.

Фиг.5 показывает модель для передачи с управлением разнесением для одного поддиапазона.

Фиг.6 показывает пространственный процессор передачи и модулятор OFDM.

Фиг.7 показывает графики линейных сдвигов фазы по поддиапазонам для четырех антенн.

Фиг.8A и 8B показывают два варианта воплощения для реализации линейных сдвигов фазы с использованием различных задержек для выборок во временной области.

Фиг.8C показывает передачи с T передающих антенн для вариантов воплощения, показанных на фиг.8A и 8B.

Фиг.9A показывает вариант воплощения для достижения линейных сдвигов фазы с использованием циклических сдвигов для выборок во временной области.

Фиг.9B показывает передачи с T передающих антенн для варианта воплощения, показанного на фиг.9A.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Слово "иллюстративный" используется здесь для обозначения "служащий в качестве примера, конкретного случая или иллюстрации". Любой вариант воплощения, описанный здесь как "иллюстративный", не должен обязательно рассматриваться как предпочтительный или приносящий выгоду по сравнению с другими вариантами воплощения.

Фиг.1 показывает систему 100 с множеством антенн с узлом 110 доступа и пользовательскими терминалами 120. Узел доступа обычно представляет собой стационарную станцию, которая взаимодействует с пользовательскими терминалами, и может также называться базовой станцией или каким-либо другим термином. Пользовательский терминал может быть неподвижным или подвижным и может также называться мобильной станцией, беспроводным устройством, пользовательским оборудованием или каким-либо другим термином. Для централизованной архитектуры с узлами доступа связан системный контроллер 130, который обеспечивает координацию и управление для этих узлов доступа.

Узел 110 доступа оборудован множеством антенн для передачи и приема данных. Каждый пользовательский терминал 120 может быть оборудован одной антенной или множеством антенн для передачи и приема данных. Пользовательский терминал может взаимодействовать с узлом доступа, в этом случае функции узла доступа и пользовательского терминала установлены. Пользовательский терминал может также взаимодействовать по одноранговой связи с другим пользовательским терминалом. В последующем описании принято, что передающий объект оборудован множеством (T) передающих антенн, а принимающий объект может быть оборудован одной антенной или множеством (R) антенн. Если принимающий объект оборудован одной антенной, имеет место передача с множеством входов и одним выходом (MISO), а когда принимающий объект оборудован множеством антенн, имеет место передача с множеством входов и множеством выходов (MIMO).

Фиг.2 показывает блок-схему передающего объекта 210 с множеством антенн, принимающего объекта 250x с одной антенной и принимающего объекта 250y с множеством антенн в системе 100. Передающий объект 210 может быть узлом доступа или пользовательским терминалом с множеством антенн. Каждый принимающий объект 250 также может быть узлом доступа или пользовательским терминалом.

В передающем объекте 210 процессор 212 данных передачи (TX) обрабатывает (например, кодирует, осуществляет перемежение и преобразование символов) данные трафика / пакетные данные и формирует символы данных. Здесь "символом данных" называется символ модуляции для данных, "символом пилот-сигнала" называется символ модуляции для пилот-сигнала (который представляет собой данные, заранее известные и передающему, и принимающему объекту), "символом передачи" называется символ, который должен передаваться передающей антенной, и "принятым символом" называется символ, полученный от принимающей антенны. Пространственный процессор 220 передачи принимает и демультиплексирует символы пилот-сигнала и символы данных на надлежащие поддиапазоны, соответствующим образом выполняет пространственную обработку и выдает T потоков символов передачи для T передающих антенн. Модулятор (Mod) 230 OFDM выполняет модуляцию OFDM T потоков символов передачи и выдает T потоков выборок на T блоков 232a-232t передатчика (TMTR). Каждый блок 232 передатчика обрабатывает (например, преобразует в аналоговую форму, усиливает, фильтрует и осуществляет повышающее преобразование частоты) свой поток символов передачи и формирует модулированный сигнал. Блоки 232a-232t передатчика выдают T модулированных сигналов для передачи T антеннами 234a-234t соответственно.

В принимающем объекте 250x с одной антенной антенна 252x принимает T переданных сигналов и выдает принятый сигнал в блок 254x приемника (RCVR). Блок 254x приемника выполняет обработку, которая является комплементарной к обработке, выполненной блоками 232 передатчика, и выдает поток выборок. Демодулятор (Demod) 260x OFDM выполняет демодуляцию OFDM потока выборок для получения принятых символов данных и символов пилот-сигнала, выдает принятые символы данных в детектор 270x и выдает принятые символы пилот-сигнала в блок 284x оценки качества канала в контроллере 280x. Блок 284x оценки качества канала выводит оценки качества канала для действующих каналов с одним входом и одним выходом (SISO) между передающим объектом 210 и принимающим объектом 250x для поддиапазонов, используемых для передачи данных. Детектор 270x выполняет обнаружение принятых символов данных для каждого поддиапазона на основе оценки качества действующего SISO-канала для этого поддиапазона и выдает поток обнаруженных символов для всех поддиапазонов. Затем процессор 272x данных приема (RX) обрабатывает (например, осуществляет обратное преобразование символов, осуществляет обратное перемежение и декодирует) поток обнаруженных символов и выдает декодированные данные.

В принимающем объекте 250y с множеством антенн R антенн 252a-252r принимают T переданных сигналов, и каждая антенна 252 выдает принятый сигнал в соответствующий блок 254 приемника. Каждый блок 254 приемника обрабатывает соответствующий принятый сигнал и выдает поток выборок в соответствующий демодулятор 260 OFDM. Каждый демодулятор 260 OFDM выполняет демодуляцию OFDM своего потока выборок для получения принятых символов данных и символов пилот-сигнала, выдает принятые символы данных в пространственный процессор 270y приема (RX) и выдает принятые символы пилот-сигнала в блок 284y оценки качества канала в контроллере 280y. Блок 284y оценки качества канала выводит оценки качества канала для фактических или действующих каналов с множеством входов и множеством выходов (MIMO) между передающим объектом 210 и принимающим объектом 250y для поддиапазонов, используемых для передачи данных. Контроллер 280y выводит матрицы пространственной фильтрации на основе оценок качества MIMO каналов. Пространственный процессор 270y приема выполняет пространственную обработку приема (или пространственную согласованную фильтрацию) принятых символов данных для каждого поддиапазона с помощью матрицы пространственной фильтрации, выведенной для этого поддиапазона, и выдает обнаруженные символы для поддиапазона. Затем процессор 272y данных приема обрабатывает обнаруженные символы для всех поддиапазонов и выдает декодированные данные.

Контроллеры 240, 280x и 280y управляют работой блоков обработки в передающем объекте 210 и принимающих объектах 250x и 250y соответственно. Блоки 242, 282x и 282y памяти хранят данные и/или код программы, используемые контроллерами 240, 280x и 280y соответственно.

Фиг.3 показывает сигнал OFDM в частотной области. Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM) обеспечивает K поддиапазонов, и поднесущая для каждого поддиапазона может быть индивидуально модулирована данными. Из всех K поддиапазонов N_D поддиапазонов могут использоваться для передачи данных, N_P поддиапазонов могут использоваться для передачи пилот-сигналов и оставшиеся N_G поддиапазонов могут не использоваться и служить защитными поддиапазонами, где К=N_D+N_P+N_G. Например, стандарт 802.11a использует структуру OFDM сигналов, в которой имеется в сумме 64 поддиапазона, из которых 48 поддиапазонов используются для передачи данных, 4 поддиапазона используются для передачи пилот-сигналов и 12 поддиапазонов не используются. Вообще система 100 может использовать любую структуру OFDM с любым количеством поддиапазонов данных, поддиапазонов пилот-сигналов, защитных поддиапазонов и суммарным количеством поддиапазонов. Для простоты в последующем описании предполагается, что все K поддиапазонов используются для передачи данных и пилот-сигналов.

Фиг.4 показывает блок-схему модулятора 230 OFDM в передающем объекте 210. Данные, которые должны быть переданы (или информационные биты), обычно сначала кодируются для формирования кодовых битов, которые затем подвергаются перемежению. Перемеженные биты затем группируются в двоичные значения с B битами, где В≥1. Каждое значение с B битами затем отображается в отдельный символ модуляции на основе выбранной для использования схемы модуляции (например, М-позиционной фазовой манипуляции (M-PSK) или M-позиционной квадратурной амплитудной модуляции (M-QAM), где M=2^B). Каждый символ модуляции представляет собой комплексное значение в совокупности сигналов для выбранной схемы модуляции. В каждый период символа OFDM на каждом поддиапазоне может быть передан один символ модуляции. (Для каждого неиспользуемого поддиапазона обычно задается нулевое значение сигнала, которое также называют нулевым символом). Блок 432 обратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ) принимает K символов модуляции для K поддиапазонов в каждом периоде символа OFDM, преобразует K символов модуляции во временную область с помощью ОДПФ с количеством точек, равным K, и выдает "преобразованный" символ, который содержит K временных выборок. Каждая выборка представляет собой комплексное значение, которое должно быть передано в одном периоде выборок. Параллельно-последовательный (P/S) преобразователь 434 преобразует K отсчетов для каждого преобразованного символа в последовательную форму. Затем формирователь 436 циклического префикса повторяет часть (или C выборок) каждого преобразованного символа для формирования символа OFDM, который содержит К+С выборок. Циклический префикс используется для борьбы с межсимвольными помехами (ISI), вызванными частотно-избирательным замиранием, которое является частотной характеристикой, изменяющейся по всей ширине полосы системы. Период символа OFDM (который здесь также называется просто "периодом символа") представляет собой продолжительность одного символа OFDM и равен К+C периодам выборок.

В системе 100 между передающим объектом с множеством антенн и принимающим объектом с одной антенной имеется канал с множеством входов и с одним выходом (MISO). Для системы OFDM MISO-канал, сформированный T антеннами в передающем объекте и одной антенной в принимающем объекте, может быть охарактеризован множеством из K векторов-строк характеристик канала размерности 1×Т, который может быть выражен как:

где k - индекс для поддиапазона и , i=0, ..., T-1, обозначает связанный или комплексный коэффициент усиления между передающей антенной i и одной приемной антенной для поддиапазона k. Для простоты характеристика MISO-канала показана как функция только поддиапазона k, но не времени.

Если передающий объект имеет точную оценку характеристики MISO-канала, то он может выполнить пространственную обработку, чтобы направить передачу данных на принимающий объект. Однако, если передающий объект не имеет точной оценки беспроводного канала, то T передач с T антенн не могут интеллектуально настраиваться на основе беспроводного канала.

Если точная оценка канала недоступна, передающий объект может передавать данные со своих T антенн принимающему объекту с одной антенной с использованием управления разнесением для реализации разнесения при передаче, большей надежности и/или улучшенных эксплуатационных показателей. При управлении разнесением передающий объект выполняет пространственную обработку так, что передача данных воспринимает различные действующие каналы в поддиапазонах, используемых для передачи данных. Следовательно, эксплуатационные показатели не определяются реализацией канала низкого качества. Пространственная обработка для управления разнесением также является такой, что принимающий объект с одной антенной может выполнять обычную обработку для работы в режиме SISO (и не требуется выполнять какую-либо другую специальную обработку для разнесения при передаче), чтобы восстановить передачу данных и получить выигрыш от разнесения при передаче. Для ясности последующее описание приводится для одного символа OFDM, и индекс времени опущен.

Фиг.5 показывает модель для передачи с управлением разнесением для одного поддиапазона k от передающего объекта 210 с множеством антенн принимающему объекту 250x с одной антенной. Символ модуляции s(k), который должен передаваться в поддиапазоне k, пространственно обработан с применением T комплексных весовых коэффициентов (или скалярных значений) с v₀(k) по v_T-1(k) для получения T символов передачи для поддиапазона k, которые затем обрабатываются и передаются с T передающих антенн. T символов передачи для поддиапазона k придерживаются характеристик канала с h₀(k) по h_T-1(k).

Передающий объект выполняет пространственную обработку для каждого поддиапазона k для управления разнесением следующим образом:

где s(k) - символ модуляции, который должен передаваться в поддиапазоне k;

- управляющий вектор размерности Т×1 для поддиапазона k;

- вектор размерности Т×1 с T символами передачи, которые должны передаваться с T передающих антенн в поддиапазоне k; и

"" обозначает транспонирование.

В принципе, символ модуляции s(k) может быть любым действительным или комплексным значением (например, значением сигнала, равным нулю) и не необязательно должен быть из совокупности сигналов.

Принятые символы в принимающем объекте для каждого поддиапазона k могут быть выражены как:

где r(k) - принятый символ для поддиапазона k;

h_eff(k) - характеристика действующего SISO-канала для поддиапазона k, которая равна

и

n(k) - шум для поддиапазона k.

Как показано в уравнении (3), пространственная обработка посредством передающего объекта для управления разнесением приводит к тому, что символ модуляции s(k) для каждого поддиапазона k воспринимает характеристику h_eff(k) действующего SISO-канала, которая включает в себя характеристику действующего MISO-канала и управляющий вектор для этого поддиапазона. Принимающий объект может оценить характеристику h_eff(k) действующего SISO-канала, например, на основе символов пилот-сигнала, принятых от передающего объекта. Принимающий объект затем может выполнить обнаружение или согласованную фильтрацию принятого символа r(k) для каждого поддиапазона k с применением оценки характеристики действующего SISO-канала для этого поддиапазона для получения обнаруженного символа , который является оценкой символа s(k) модуляции, переданного на поддиапазоне.

Принимающий объект может выполнить согласованную фильтрацию следующим образом:

где "" обозначает сопряжение и - шум после согласованной фильтрации. Операция обнаружения в уравнении (4) является той же, которая была бы выполнена принимающим объектом для SISO-передачи. Однако для обнаружения используется оценка характеристики SISO-действующего вместо оценки характеристики SISO-канала.

При управлении разнесением принимающему объекту не требуется знать, используется ли для передачи данных одна антенна или множество антенн, и также не требуется знать управляющий вектор, используемый для каждого поддиапазона. Тем не менее принимающий объект может получать выигрыш от управления разнесением, если по поддиапазонам используются различные управляющие векторы и для этих поддиапазонов сформированы различные действующие SISO-каналы. Тогда передача данных, переданная в нескольких поддиапазонах, будет воспринимать совокупность различных действующих SISO-каналов в поддиапазонах, используемых для передачи данных.

Фиг.6 показывает блок-схему пространственного процессора 220a передачи и модулятора 230a OFDM, которые являются вариантом воплощения соответственно пространственного процессора 220 передачи и модулятора 230 OFDM на фиг.2. Пространственный процессор 220a передачи принимает K символов модуляции (или, в общем, входных символов) с s(0) по s(K-1) для K поддиапазонов для каждого периода символа OFDM. В пространственном процессоре 220a передачи другое множество из K умножителей 620 умножает K символов модуляции на множество из K весовых коэффициентов с v_i(0) по v_i(K-1) для каждой передающей антенны i и выдает K взвешенных символов для этой антенны. Символ s(k) модуляции для каждого поддиапазона k передается со всех T антенн и умножается на T весовых коэффициентов с v₀(k) по v_T-1(k) для T передающих антенн для этого поддиапазона. Пространственный процессор 220a передачи выдает T множеств из K взвешенных символов для T передающих антенн.

В модуляторе 230a OFDM множество из K взвешенных символов для каждой передающей антенны i преобразуется во временную область посредством соответствующего блока 632 ОДПФ для получения преобразованного символа для этой антенны. К временных выборок для преобразованного символа для каждой передающей антенны i преобразуются в последовательную форму посредством соответствующего параллельно-последовательного (P/S) преобразователя 634 и далее к ним прилагается циклический префикс посредством формирователя 636 циклического префикса для формирования символа OFDM для этой антенны. Затем символ OFDM для каждой передающей антенны i обрабатывается блоком 232 передатчика для этой антенны и передается через антенну.

Для управления разнесением передающий объект использует разные управляющие векторы для разных поддиапазонов, каждый управляющий вектор определяет или формирует луч для соответствующего поддиапазона. В принципе, желательно использовать как можно больше различных управляющих векторов по поддиапазонам для реализации большего разнесения при передаче. Например, разные управляющие векторы могут использоваться для каждого из K поддиапазонов, и множество из К управляющих векторов, используемых для K поддиапазонов, можно обозначить . Для каждого поддиапазона управляющий вектор может быть одним и тем же по времени или может изменяться, например, с каждым периодом символа.

В принципе, для управления разнесением для каждого из K поддиапазонов может использоваться любой управляющий вектор. Однако, чтобы гарантировать неухудшение эксплуатационных показателей для устройств с одной антенной, которым не известно о выполнении управления разнесением и которые основываются на некоторой корреляции по поддиапазонам, управляющие векторы могут быть определены так, чтобы лучи изменялись по поддиапазонам непрерывно, а не резко. Это может быть реализовано посредством применения непрерывно изменяющихся сдвигов фазы по поддиапазонам для каждой передающей антенны. Например, сдвиги фазы могут изменяться линейно по поддиапазонам для каждой передающей антенны, и каждой антенне может соответствовать отличающийся фазовый наклон, как описано ниже. Применение линейно изменяющихся сдвигов фазы к символам модуляции в частотной области может быть реализовано посредством временного изменения (например, либо задержки, либо циклического сдвига) соответствующих временных выборок. Если для разных поддиапазонов используются разные управляющие векторы, то символы модуляции для этих поддиапазонов излучаются в разных направлениях решеткой из N передающих антенн. Если кодированные данные распределены по множеству поддиапазонов с различным управлением, то эксплуатационные показатели декодирования, вероятно, улучшатся благодаря увеличенному разнесению.

Если управляющие векторы для смежных поддиапазонов формируют лучи в сильно отличающихся направлениях, то характеристика действующего SISO-канала также будет сильно изменяться на смежных поддиапазонах. Некоторые принимающие объекты могут не знать, что выполняется управляющее разнесение, такие как традиционные устройства с одной антенной в системе стандарта IEEE 802.11a. Эти принимающие объекты могут предполагать, что характеристика канала медленно изменяется по поддиапазонам, и могут выполнять оценку качества канала таким образом, чтобы упростить схему приемника. Например, эти принимающие объекты могут оценивать характеристику канала для подмножества всех K поддиапазонов и использовать интерполяцию или какой-либо другой метод получения оценки характеристики канала для других поддиапазонов. Использование резко изменяющихся управляющих векторов (например, псевдослучайных управляющих векторов) может значительно ухудшить эксплуатационные показатели этих принимающих объектов.

Чтобы обеспечить разнесение при передаче и избежать ухудшения эксплуатационных показателей традиционных принимающих объектов, управляющие векторы могут быть выбраны таким образом, что (1) для разных поддиапазонов используются разные лучи и (2) лучи для смежных поддиапазонов имеют плавные, а не резкие переходы. Весовые коэффициенты, используемые для K поддиапазонов T передающих антенн, могут быть выражены как:

где - матрица весовых коэффициентов размерности Т×К для K поддиапазонов T передающих антенн.

В варианте воплощения весовые коэффициенты в матрице определены следующим образом:

где - комплексный коэффициент усиления для передающей антенны i;

- весовой коэффициент для поддиапазона k передающей антенны i; и

- мнимое значение, определенное как .

Модуль комплексного коэффициента усиления для каждой передающей антенны можно установить равным единице, или , где i=0,..., T-1. Весовые коэффициенты, показанные в уравнении (6), соответствуют последовательному сдвигу фазы для каждого поддиапазона и антенны. Эти весовые коэффициенты фактически формируют немного отличающиеся лучи для каждого поддиапазона для линейной решетки из T антенн, расположенных на равном расстоянии друг от друга.

В конкретном варианте воплощения весовые коэффициенты определены следующим образом:

где i=0, ..., T-1 и k=0, ..., K-1. Вариант воплощения, показанный в уравнении (7), использует для уравнения (6). Это приводит к разным сдвигам фазы, применяемым к каждой антенне.

Фиг.7 показывает графики сдвигов фазы для каждой передающей антенны для случая, когда T=4. Обычно предполагается, что центр K поддиапазонов находится на нулевой частоте, как показано на фиг.3. Весовые коэффициенты, сформированные на основе уравнения (7), могут быть интерпретированы как создание линейного сдвига фазы по K поддиапазонам. Каждая передающая антенна i, где i=0, ..., T-1, соответствует фазовому наклону со значением . Сдвиг фазы для каждого поддиапазона k, где k=0, ..., K-1, для каждой передающей антенны задан как . Использование приводит к тому, что поддиапазон k=K/2 воспринимает нулевой сдвиг фазы.

Весовые коэффициенты, полученные на основе уравнения (7), могут рассматриваться как линейный фильтр, имеющий дискретную частотную характеристику , которая может быть выражена как:

где i=0, ..., T-1 и =(-K/2), ..., (K/2-1). Индекс k поддиапазона используется для схемы нумерации поддиапазонов, которая помещает нулевую частоту в поддиапазон N_center=K/2, как показано на фиг.3. Индекс поддиапазона является версией индекса k поддиапазона, смещенной на K/2, или =k-K/2. Это приводит к тому, что в новой схеме нумерации поддиапазонов с индексом нулевой поддиапазон находится на нулевой частоте. N_center может быть равным некоторому другому значению вместо K/2, если индекс определен каким-либо другим способом (например, k=1, ..., K) или если K является нечетным числом.

Дискретная временная импульсная характеристика для линейного фильтра может быть получена посредством применения ОДПФ с количеством точек, равным K, к дискретной частотной характеристике . Импульсная характеристика может быть выражена как:

где n - индекс для периода выборок, имеющий диапазон n=0, ..., K-1. Уравнение (9) указывает, что импульсная характеристика для передающей антенны i имеет единственное единичное значение при задержке на i периодов отсчета и равна нулю при всех других задержках.

Пространственная обработка с весовыми коэффициентами, определенными, как показано в уравнении (7), может быть выполнена посредством умножения K символов модуляции для каждой передающей антенны i на K весовых коэффициентов от v_i(0) до v_i(K-1) для этой антенны и затем применением К-точечного ОДПФ по K взвешенным символам. Эквивалентно пространственная обработка с этими весовыми коэффициентами может быть реализована посредством (1) применения К-точечного ОДПФ по K символов модуляции для получения K временных выборок и (2) выполнения циклической свертки K временных выборок с помощью импульсной характеристики , которая имеет единственное единичное значение при задержке на i периодов выборок.

Фиг.8A показывает блок-схему пространственного процессора 220b передачи и модулятора 230b OFDM, которые являются другим вариантом воплощения соответственно пространственного процессора 220 передачи и модулятора 230 OFDM на фиг.2. Модулятор 220b OFDM принимает K символов модуляции от s(0) до s(K-1) для K поддиапазонов для каждого периода символа OFDM. В модуляторе 230b OFDM модуль 832 ОДПФ применяет К-точечное ОДПФ по K символов модуляции и выдает K временных выборок. Параллельно-последовательный (P/S) преобразователь 834 преобразует K временных выборок в последовательную форму. Затем формирователь 836 циклического префикса присоединяет циклический префикс из C выборок и выдает символ OFDM, содержащий К+С выборок в пространственный процессор 220b передачи. Пространственный процессор 220b передачи включает в себя T блоков 822a-822t цифровой задержки для T передающих антенн. Каждый блок 822 задержки принимает и задерживает символ OFDM от демодулятора 230b OFDM на различное значение, определяемое соответствующей передающей антенной. В частности, модуль 822a задержки для передающей антенны 234a задерживает символ OFDM на нуль периодов выборок, модуль 822b задержки для передающей антенны 234b задерживает символ OFDM на один период выборок и так далее, и модуль 822t задержки для передающей антенны 234t задерживает символ OFDM на T-1 периодов выборок. Последующая обработка посредством блоков 232 передатчика выполняется, как описано выше.

Фиг.8B показывает блок-схему модулятора 230b OFDM и пространственного процессора 220c передачи, который является еще одним вариантом воплощения пространственного процессора 220 передачи на фиг.2. Модулятор 220b OFDM выполняет модуляцию OFDM K символов модуляции для каждого периода символа OFDM, как описано выше для фиг.8A. Затем блок 232 передатчика принимает и обрабатывает символ OFDM для каждого периода символа, чтобы сформировать модулированный сигнал. Пространственный процессор 220c передачи обеспечивает запаздывание в аналоговом представлении. Пространственный процессор 220c передачи включает в себя T блоков 824a-824t аналоговой задержки для T передающих антенн. Каждый модуль 824 задержки принимает и задерживает модулированный сигнал на различное значение, определяемое соответствующей передающей антенной. В частности, модуль 824a задержки для первой передающей антенны 234a задерживает модулированный сигнал на нуль секунд, модуль 824b задержки для второй передающей антенны 234b задерживает модулированный сигнал на один период выборок (или T_sam секунд) и так далее, и модуль 824t задержки для передающей антенны 234t с порядковым номером T задерживает модулированный сигнал на (T-1) периодов выборок (или (T-1)·T_sam секунд). Период выборок равен T_sam=1/(BW·(K+C)), где BW - полная ширина полосы системы в герцах.

Фиг.8C показывает временную диаграмму для T передач с T передающих антенн для вариантов воплощения, показанных на фиг. 8A и 8B. Один и тот же символ OFDM передается с каждой из T передающих антенн. Однако символ OFDM, переданный с каждой передающей антенны, задерживается на различные значения. T символов OFDM с задержкой и без задержки для T антенн могут рассматриваться как T различных версий одного и того же символа OFDM.

Для вариантов воплощения, показанных в уравнениях с (7) по (9) и фиг. с 8A по 8C, задержки для T передающих антенн представляют собой целые числа периодов выборок. Фазовые наклоны, которые приводят к задержкам на не целое число для T передающих антенн (или , где L>1), также могут быть реализованы. Например, временные выборки с модулятора 230b OFDM на фиг.8A могут быть дискретизированы с более высокой частотой (например, с периодом Т_upsam=Т_sam/L), а выборка с более высокой частотой дискретизации может быть задержана блоками 822 цифровой задержки на целые числа периодов выборок с более высокой частотой дискретизации (T_upsam). В качестве альтернативы блоки 824 аналоговой задержки на фиг.8B могут обеспечить задержки на целые числа T_upsam (вместо T_sam).

Когда количество передающих антенн меньше, чем длина циклического префикса (или T<С), циклический префикс, приложенный к каждому символу OFDM, приводит к тому, что линейная задержка посредством блоков 822 цифровой задержки или блоков 824 аналоговой задержки выглядит как круговое вращение для циклической свертки с помощью временной импульсной характеристики . Весовые коэффициенты, определенные в уравнении (7), таким образом могут быть реализованы посредством задержки по времени на i периодов выборок для каждой передающей антенны i, как показано на фиг. с 8A по 8C. Однако, как показано на фиг.8C, символ OFDM передается с T передающих антенн с различными задержками, что уменьшает эффективность циклического префикса для защиты от задержки при многолучевом распространении.

ОДПФ K взвешенных символов (которые получены посредством умножения K символов модуляции на наклон фазы, показанный в уравнении (7)), обеспечивает последовательность временных выборок, которая равна циклическому сдвигу K временных выборок из ОДПФ для K (не взвешенных первоначальных) символов модуляции. Пространственная обработка, таким образом, может быть выполнена посредством циклического сдвига этих K временных выборок.

Фиг.9A показывает блок-схему модулятора 230d OFDM и пространственного процессора 220d передачи, которые являются еще одним вариантом воплощения соответственно модулятора 230 OFDM и пространственного процессора 220 передачи на фиг.2. В модуляторе 230d OFDM блок 932 ОДПФ производит К-точечное ОДПФ над K символами модуляции и выдает K временных выборок, и параллельно-последовательный (P/S) преобразователь 934 преобразует K временных выборок в последовательную форму. Пространственный процессор 220d передачи включает в себя T блоков 922a-922t циклического сдвига для T передающих антенн. Каждый блок 922 принимает K временных выборок от параллельно-последовательного преобразователя 934, выполняет циклический сдвиг K временных выборок на i выборок для передающей антенны i и выдает циклически сдвинутый преобразованный символ, содержащий К выборок. В частности, блок 922a выполняет циклический сдвиг на 0 выборок для передающей антенны 234a, блок 922b выполняет циклический сдвиг на 1 выборку для передающей антенны 234b и так далее, и блок 922t выполняет циклический сдвиг на (T-1) выборок для передающей антенны 234t. T формирователей 936a-936t циклического префикса принимают циклически сдвинутые преобразованные символы от блоков 922a-922t соответственно. Каждый формирователь 936 циклического префикса прилагает циклический префикс из C выборок к своему циклически сдвинутому преобразованному символу и выдает символ OFDM, содержащий (K+C) выборок. Последующая обработка блоками 232a-232t передатчика выполняется, как описано выше.

Фиг.9B показывает временную диаграмму для T передач с T передающих антенн для варианта воплощения, показанного на фиг.9A. Разные версии символа OFDM формируются для каждой из T передающих антенн посредством циклического сдвига на разные величины. Однако T разных версий символа OFDM передаются T передающими антеннами в одно и то же время.

Варианты воплощения, показанные на фиг.8A, 8B и 9A, иллюстрируют некоторые из способов, которыми может быть выполнена пространственная обработка для управления разнесением. Вообще пространственная обработка для управления разнесением может быть выполнена различными способами и в разных местах в передающем объекте. Например, пространственная обработка может быть выполнена во временной области или в частотной области, с использованием цифровых схем или аналоговых схем, до или после модуляции OFDM и так далее.

Уравнения (6) и (7) представляют функцию, которая обеспечивает линейно изменяющиеся сдвиги фазы по K поддиапазонам для каждой передающей антенны. Применение линейно изменяющихся сдвигов фазы к символам модуляции в частотной области может быть достигнуто посредством либо задержки, либо циклического сдвига соответствующих временных выборок, как описано выше. Вообще сдвиги фазы по K поддиапазонам для каждой передающей антенны могут быть изменены непрерывно с использованием любой функции таким образом, чтобы лучи различались по поддиапазонам непрерывно, а не резко. Линейная функция сдвигов фазы - это только один пример непрерывной функции. Непрерывное изменение гарантирует, что эксплуатационные показатели для устройств с одной антенной, которые основаны на некоторых величинах корреляции по поддиапазонам (например, для упрощения оценки качества канала), не ухудшается.

Выше в описании управление разнесением реализуется для передачи одного символа модуляции в каждом поддиапазоне в каждый период символа. Множество (S) символов модуляции посредством T передающих антенн в одном поддиапазоне в одном периоде символа также могут передаваться принимающему объекту с R приемными антеннами с использованием управления разнесением, где S<min{T, R}.

Описанный способ управления разнесением может использоваться для различных беспроводных систем. Этот способ может также использоваться для нисходящей (прямой) линии связи, как и для восходящей (обратной) линии связи. Управление разнесением может быть выполнено любым объектом с множеством антенн.

Управление разнесением может использоваться различными способами. Например, передающий объект (например, узел доступа или пользовательский терминал) может использовать управление разнесением для передачи принимающему объекту (например, другому узлу доступа или пользовательскому терминалу), когда точная информация о беспроводном канале не доступна. Точная информация о канале может быть не доступна по различным причинам, например, таким как искаженный канал обратной связи, плохо откалиброванная система, слишком быстро изменяющееся состояние канала, чтобы передающий объект вовремя использовал/корректировал управление лучом по времени, и так далее. Быстро изменяющееся состояние канала может иметь место, например, из-за того, что передающий и/или принимающий объект движется с высокой скоростью.

Управление разнесением может также использоваться для различных приложений в беспроводной системе. В одном приложении каналы широковещательной передачи в системе могут передаваться с использованием управления разнесением, как описано выше. Использование управления разнесением позволяет беспроводным устройствам в системе принимать каналы широковещательной передачи с улучшенной надежностью, тем самым увеличивая дальность действия каналов широковещательной передачи. В другом приложении канал поискового вызова передается с использованием управления разнесением. С использованием управления разнесением могут быть реализована улучшенная надежность и больший охват для канала поискового вызова. В еще одном приложении узел доступа стандарта 802.11a использует управление разнесением для улучшения эксплуатационных показателей пользовательских терминалов в своей зоне покрытия.

Описанный способ управления разнесением может быть реализован различными средствами. Например, этот способ может быть реализован в аппаратных средствах, в программном обеспечении или в их комбинации. При аппаратной реализации блоки обработки, используемые для выполнения пространственной обработки для управления разнесением, могут быть реализованы в одном или более таких устройств, как специализированные интегральные схемы (ASIC), цифровые процессоры сигналов (DSP), устройства цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемые логические устройства (PLD), программируемые вентильные матрицы (FPGA), процессоры, контроллеры, микроконтроллеры, микропроцессоры, другие электронные блоки, выполненные с возможностью выполнять описанные здесь функции, или их комбинация.

При программной реализации способ управления разнесением может быть реализован с помощью модулей (например, процедур, функций и так далее), которые выполняют описанные здесь функции. Программные коды могут быть сохранены в блоке памяти (например, блоке 242 памяти на фиг.2) и выполняться процессором (например, контроллером 240). Блок памяти может быть реализован в процессоре или быть внешним по отношению к процессору, в последнем случае он может быть соединен с возможностью взаимодействия с процессором через различные средства, известные в области техники.

Предыдущее описание раскрытых вариантов воплощения предоставлено, чтобы дать возможность любому специалисту в области техники осуществить или использовать настоящее изобретение. Различные модификации этих вариантов воплощения будут легко очевидны для специалистов в области техники, и определенные здесь общие принципы могут быть применены к другим вариантам воплощения без отступления от сущности и объема изобретения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение не будет ограничено показанными здесь вариантами воплощения, но должно рассматриваться в самом широком объеме, совместимом с раскрытыми здесь принципами и новыми признаками.