Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОРТОГОНАЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО КОДИРОВАНИЯ В СЕТИ И СИСТЕМА РЕТРАНСЛЯЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к технологии кодирования в сети беспроводной связи, в частности к способу ортогонального или распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования и системе ретрансляционной передачи, основанной на этом способе.

Уровень техники

Беспроводная мобильная связь следующего поколения будет предоставлять все больше высокоскоростных служб мультимедиа и служб данных. Однако многолучевое замирание в мобильном канале является одной из главных помех, влияющих на качество связи и скорость передачи. За последние годы одной из актуальных проблем исследования является использование технологии ретрансляции для обеспечения дополнительных коэффициентов усиления при разнесенном приеме пользователям мобильной связи, с тем чтобы устранить влияние многолучевого замирания. Крупномасштабная беспроводная радиорелейная сеть, как правило, включает в себя множество узлов-источников и множество ретрансляционных узлов. В традиционных схемах ретрансляции (таких как ретрансляция с применением одиночной антенны и ретрансляция с применением системы со многими входами и многими выходами (MIMO)) необходимо пересылать данные для каждого узла-источника по отдельности, что приводит к значительному уменьшению эффективности передачи, поскольку масштаб сети увеличивается.

Посредством выполнения определенной линейной или нелинейной обработки (кодирования) информации в виде данных, принимаемой на множестве входных линий связи, сетевое кодирование может повышать пропускную способность сети, уменьшать число передач пакетов данных, улучшать свойство отказоустойчивости и эксплуатационную надежность сети и, таким образом, обладать выгодной перспективой применения в беспроводной радиорелейной сети.

Наряду с увеличением числа информационных источников в сети, в случае применения к сети беспроводной связи, традиционное сетевое кодирование, которое использует коллективный способ, может достигать пропускной способности только 1/(N+1) символов в секунду для пользователя. Для решения этой проблемы предложено освоить способ сетевого кодирования в комплексной области, который работает на символьном уровне физического слоя. Этот способ может достигать пропускной способности ¹/₂ символов для пользователя в течение символьного периода и подходит больше для области беспроводной связи.

Однако вышеупомянутый способ предусматривает только случай, когда для ретрансляции используется одна антенна, и не принимает во внимание ситуацию, когда для ретрансляции используется множество антенн или имеется множество ретрансляционных узлов. Вместе с тем система беспроводной связи с множеством входов и множеством выходов может всесторонне использовать трехмерные ресурсы пространства, времени и частоты и обладает широкой перспективой применения в будущих системах мобильной связи.

Раскрытие изобретения

С учетом вышеизложенного один аспект настоящего изобретения заключается в предоставлении способа ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования, решении технической проблемы низкой сетевой пропускной способности ретрансляционного(-ых) узла(-ов) и больших потерь при разнесенном приеме в сети беспроводной связи, включающей в себя целевой узел, узел-источник и ретрансляционный(-ые) узел(-ы).

Для достижения вышеупомянутой цели техническое решение настоящего изобретения реализовано следующим образом:

Способ ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования содержит следующие этапы:

Этап А, на котором узел-источник осуществляет широковещательную передачу информации в виде данных на ретрансляционный узел и целевой узел, причем для этапа А требуется T_SR символьных периодов; и

Этап В, на котором ретрансляционный узел выполняет ортогональное сетевое пространственно-временное кодирование и передает кодированные данные на целевой узел, причем для этапа В требуется два символьных периода.

Этап А представляет собой этап, на котором узел-источник осуществляет широковещательную передачу информации в виде данных. Как показывает сплошная линия на Фиг.1, на этом этапе N_S узлов-источников осуществляют одновременную широковещательную передачу информации в виде данных на ретрансляционный узел R и целевой узел D. Сигналы, принимаемые ретрансляционным узлом R и целевым узлом D в t-й символьный период, обозначены как y_SR(t) и y_SD(t) соответственно. Для этапа требуется T_SR символьных периодов.

Этап В представляет собой этап, на котором ретрансляционный узел выполняет ортогональное сетевое пространственно-временное кодирование и передачу. Как показывает пунктирная линия на Фиг.1, на этом этапе необходимо выполнить пять процессов, включающих в себя декодирование на ретрансляционном узле, группирование оценочной информации, сжатие оценочной информации, пространственно-временное кодирование сжатых данных и пространственно-временную передачу. Упомянутые пять процедур описаны далее совместно с Фиг.2.

Процесс декодирования на ретрансляционном узле состоит в том, что ретрансляционный узел R выполняет декодирование по максимальной вероятности в соответствии с принимаемым сигналом y_SR(t), чтобы получить оценочную информацию сигнальных векторов x(t), передаваемых посредством N_S узлов-источников:

при этом , t=0, 1, 2, …, T_SR-1, и - матрицы замирания каналов между N_S узлами-источниками и ретрансляционным узлом R.

Процесс группирования оценочной информации состоит в том, что ретрансляционный узел R разделяет оценочную информацию сигнальных векторов, передаваемых всеми N_S узлами-источниками от нулевого символьного периода до (T_SR-1)-го символьного периода, на два вектора-столбца с размерностью , при этом первый вектор содержит оцениваемую ретрансляционным узлом оценочную информацию сигнальных векторов, передаваемых N_s узлами-источниками от нулевого символьного периода до -го символьного периода, т.е. , и второй вектор содержит оцениваемую ретрансляционным узлом оценочную информацию сигнальных векторов, передаваемых N_S узлами-источниками от -го символьного периода до (T_SR-1)-го символьного периода, т.е. .

Процесс сжатия оценочной информации состоит в том, что вектор-столбец размерностью , который получается во время процесса группирования оценочной информации, сжимают в комплексный сигнал, т.е. единичный комплексный вектор-строку P_j с размерностью умножают слева на вектор-столбец , чтобы получить , причем P_j представляет собой значение весового коэффициента сетевого кодирования, который используется для сжатия вектора-столбца с размерностью в комплексный сигнал, чтобы улучшить производительность сетевого кодирования; и вектор-столбец с размерностью , который получается во время процесса группирования оценочной информации, сжимают в комплексный сигнал, т.е. единичный комплексный вектор-строку P_j с размерностью умножают слева на вектор-столбец , чтобы получить .

Процесс пространственно-временного кодирования сжатых данных состоит в том, что сигналы и , получаемые во время процесса сжатия оценочной информации, формируют матрицу 2×2, причем элементом в первой строке и первом столбце матрицы 2×2 является , элементом в первой строке и втором столбце матрицы 2×2 является , элементом во второй строке и первом столбце матрицы 2×2 является отрицательное сопряжение , т.е. - , и элементом во второй строке и втором столбце матрицы 2×2 является сопряжение , т.е. . Матрица 2×2 выглядит следующим образом:

.

Процесс пространственно-временной передачи состоит в том, что матрицу 2×2 передают соответствующим образом посредством двух антенн ретрансляционного узла в течение двух символьных периодов, причем два сигнала в первой строке матрицы 2×2 передают на целевой узел посредством двух антенн ретрансляционного узла в символьном периоде T_SR, т.е. первая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR, и вторая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR; и два сигнала во второй строке матрицы 2×2 передают на целевой узел посредством двух антенн ретрансляционного узла в символьном периоде T_SR+1, т.е. первая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR+1, и вторая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR+1.

Другая цель настоящего изобретения заключается в предоставлении системы ретрансляционной передачи с использованием ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования, основанной на способе ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования. Для достижения этой цели техническое решение настоящего изобретения реализовано следующим образом.

Система ретрансляционной передачи с использованием ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования, содержащая целевой узел, узел-источник и ретрансляционный узел, отличается тем, что:

узел-источник используется для осуществления широковещательной передачи информации в виде данных на ретрансляционный узел и целевой узел в T_SR символьных периодах; и

ретрансляционный узел используется для выполнения ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования принятой информации в виде данных и передачи кодированных данных на целевой узел, причем ретрансляционный узел совершает пять процедур в течение двух символьных периодов, а именно процесс декодирования на ретрансляционном узле, процесс группирования оценочной информации, процесс сжатия оценочной информации, процесс пространственно-временного кодирования сжатых данных и процесс пространственно-временной передачи.

Этапы обработки системы ретрансляционной передачи с использованием ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования аналогичны этапам способа ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования.

Другими словами, в настоящем изобретении оценочные сигналы ретрансляционного узла в T_SR символьных периодах разделяют на две группы для сетевого пространственно-временного кодирования и передают в двух символьных периодах, при этом пропускная способность может достигать символов для пользователя в течение символьного периода, причем пропускная способность увеличивается с увеличением T_SR, что не может быть достигнуто обычной ретрансляционной коллективной связью.

Сеть беспроводной связи, показанная на Фиг.7, содержит один целевой узел, множество узлов-источников, каждый из которых имеет одну антенну, и два ретрансляционных узла, каждый из которых имеет только одну антенну, формируя таким образом распределенную ретрансляционную сеть. В распределенной ретрансляционной сети необходимо управлять мощностью каждого ретрансляционного узла. Другая цель настоящего изобретения заключается в предоставлении способа распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования. Для достижения этой цели техническое решение настоящего изобретения реализовано следующим образом:

на этапе А узлы-источники осуществляют широковещательную передачу информации в виде данных на ретрансляционные узлы и целевой узел, причем для данного этапа требуется T_S символьных периодов; и

на этапе В ретрансляционные узлы R₁ и R₂ выполняют распределенное ортогональное сетевое пространственно-временное кодирование и передают кодированные данные на целевой узел, причем для данного этапа требуется два символьных периода.

Этап А представляет собой этап осуществления узлами-источниками широковещательной передачи информации в виде данных, на котором N_s узлов-источников осуществляют одновременную широковещательную передачу информации в виде данных на ретрансляционные узлы R₁ и R₂ и целевой узел D, причем сигнальный вектор, передаваемый N_S узлами-источниками, обозначается как , при этом сигналы, принимаемые ретрансляционными узлами R₁ и R₂ в t-м символьном периоде, обозначаются соответственно как и , а сигнал, принимаемый целевым узлом D в t-м символьном периоде, обозначается как y_SD(t). На этом этапе требуется T_S символьных периодов.

Этап В представляет собой этап, на котором ретрансляционный узел R₁ и ретрансляционный узел R₂ выполняют распределенное ортогональное сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, причем для этого требуется выполнение пяти процедур, а именно декодирование на ретрансляционных узлах, группирование оценочной информации, сжатие оценочной информации, управление мощностью ретрансляционных узлов и распределенное пространственно-временное кодирование и передачу сжатых данных.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс декодирования на ретрансляционных узлах состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ выполняют декодирование по максимальной вероятности в соответствии с принимаемыми сигналами и , при этом оценочная информация сигнального вектора, которая передается N_S узлами-источниками и получается в результате декодирования на ретрансляционном узле R₁, обозначается как , а оценочная информация сигнального вектора, которая передается N_S узлами-источниками и получается в результате декодирования на ретрансляционном узле R₂, обозначается как , причем оценочная информация и вычисляется в соответствии со следующими формулами:

При этом - матрица замирания канала между N_S узлами-источниками и ретрансляционным узлом R₁, а - матрица замирания канала между N_S узлами-источниками и ретрансляционным узлом R₂.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс группирования оценочной информации состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ группируют оценочную информацию и сигнальных векторов, которая передается N_S узлами-источниками и получается в результате декодирования на ретрансляционных узлах R₁ и R₂ соответственно, чтобы получить два вектора-столбца с размерностью .

Ретрансляционный узел R₁ разделяет оценочные сигналы в T_S символьных периодах на две части:

;

.

Ретрансляционный узел R₂ разделяет оценочные сигналы в T_S символьных периодах на две части:

;

.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс сжатия оценочной информации состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ соответствующим образом сжимают четыре вектора-столбца , , и с размерностью , используя единичный комплексный вектор-строку P_i с размерностью , т.е. ретрансляционный узел R₁ умножает слева единичный комплексный вектор-строку P_i с размерностью на векторы-столбцы и соответственно, чтобы получить и , а ретрансляционный узел R₂ умножает слева единичный комплексный вектор-строку P_i с размерностью на векторы-столбцы и соответственно, чтобы получить и , при этом P_i представляет собой значение весового коэффициента сетевого кодирования.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс управления мощностью ретрансляционных узлов состоит в том, что ретрансляционный узел R₁ и ретрансляционный узел R₂ вычисляют евклидово расстояние между ретрансляционным узлом R₁ и N_S узлами-источниками и евклидово расстояние между ретрансляционным узлом R₂ и N_S узлами-источниками в соответствии со способом модуляции, используемым N_S узлами-источниками, матрицу замирания канала между узлами-источниками и ретрансляционным узлом R₁ и матрицу замирания канала между узлами-источниками и ретрансляционным узлом R₂, и определяют коэффициенты p₁ и p₂ управления мощностью на ретрансляционном узле R₁ и ретрансляционном узле R₂ в соответствии с и .

Формула для вычисления евклидова расстояния выглядит следующим образом:

,

где - импульсный отклик канала между i-м узлом-источником и j-м ретрансляционным узлом D, θ_i - фазовый отклик i-го узла-источника, x_i(t) - символ, который, возможно, передается i-м узлом-источником, a - другой символ, который, возможно, передается i-м узлом-источником.

Существуют два способа определения коэффициентов р₁ и р₂ управления мощностью в соответствии с характеристиками изменения матрицы замирания канала:

Способ 1: Когда матрица замирания канала является квазистатической матрицей с медленными изменениями, формула вычисления коэффициента управления мощностью выглядит следующим образом:

где p_n - коэффициент управления мощностью n-го ретрансляционного узла, - евклидово расстояние от информационного источника до n-го ретрансляционного узла, - изменение импульсного отклика канала между информационным источником и n-м ретрансляционным узлом, - импульсный отклик канала между n-м ретрансляционным узлом и целевым узлом D и - изменение импульсного отклика канала между n-м ретрансляционным узлом и целевым узлом, и, как следует из вышеприведенной формулы, р₁ и р₂ выражаются следующим образом:

и ;

Способ 2: Когда матрица замирания канала изменяется относительно быстро, формула вычисления коэффициента управления мощностью выглядит следующим образом:

;

где p_n - коэффициент управления мощностью n-го ретрансляционного узла, - евклидово расстояние от информационного источника до n-го ретрансляционного узла, - изменение импульсного отклика канала между информационным источником и n-м ретрансляционным узлом и - изменение импульсного отклика канала между n-м ретрансляционным узлом и целевым узлом, и, как следует из вышеприведенной формулы, р₁ и р₂ выражаются следующим образом:

и

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс распределенного пространственно-временного кодирования и передачи сжатых данных состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ выполняют передачу в соответствии с матрицей ортогонального пространственно-временного кодирования, используя соответствующие сжатые данные , , и и коэффициенты р₁ и р₂ управления мощностью, т.е. ретрансляционный узел R₁ передает сигналы и в символьном периоде T_S и символьном периоде T_S+1 соответственно и ретрансляционный узел R₂ передает сигналы и в символьном периоде T_S и символьном периоде T_S+1 соответственно. В соответствии с сигналами, передаваемыми ретрансляционными узлами R₁ и R₂ в символьном периоде T_S и символьном периоде T_S+1, может быть сформирована следующая матрица распределенного пространственно-временного кодирования с размерами 2×2:

.

Другая цель настоящего изобретения состоит в предоставлении системы ретрансляционной передачи с использованием распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования, основанной на способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временно кодирования. Для достижения этой цели техническое решение настоящего изобретения реализовано следующим образом:

Система ретрансляционной передачи с использованием распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования, содержащая целевой узел, узел-источник и ретрансляционный узел, отличается тем, что:

узел-источник используется для осуществления широковещательной передачи информации в виде данных на ретрансляционный узел и целевой узел в T_SR символьных периодах; и

ретрансляционный узел используется для осуществления распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования принятой информации в виде данных и передачи кодированных данных на целевой узел, при этом ретрансляционный узел совершает в течение двух символьных периодов пять процедур, а именно декодирование на ретрансляционном узле, группирование оценочной информации, сжатие оценочной информации, управление мощностью ретрансляционного узла и распределенное пространственно-временное кодирование и передачу сжатых данных.

Этапы обработки системы ретрансляционной передачи с использованием распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования аналогичны этапам способа распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования.

Согласно этому решению данные, передаваемые N_S пользователями в TS временных интервалах, перенаправляются на ретрансляционный узел в течение двух временных интервалов с помощью сетевого кодирования и распределенных пространственно-временных кодов, причем пропускная способность в этом решении составляет T_S/(T_S+2) символов для пользователя в течение временного интервала, и когда число узлов-источников T_S>2, пропускная способность больше, чем пропускная способность существующего сетевого кодирования в комплексной области. Кроме того, когда T_S приближается к бесконечности, пропускная способность в этом решении стремится к 1 символу для пользователя в течение символьного периода.

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут истолкованы в нижеследующем описании, и, кроме того, части из них станут очевидными из описания или осмыслены посредством осуществления настоящего изобретения. Цель и другие преимущества настоящего изобретения могут быть осознаны и получены с помощью структуры, указанной, в частности, в описании, формуле изобретения и на сопровождающих чертежах.

Краткое описание чертежей

Чертежи используются в настоящем документе для обеспечения дополнительного понимания настоящего изобретения и формирования части описания. Варианты осуществления настоящего изобретения и их раскрытие используются для истолкования настоящего изобретения, а не для его чрезмерного ограничения. На сопровождающих чертежах:

Фиг.1 представляет собой модель сети беспроводной связи, содержащую множество узлов-источников, ретрансляционный узел и целевой узел в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 представляет собой принципиальную структурную схему технического решения настоящего изобретения;

Фиг.3 представляет собой принципиальную структурную схему Примера 1 настоящего изобретения;

Фиг.4 представляет собой кривую рабочей характеристики Примера 1 настоящего изобретения;

Фиг.5 представляет собой принципиальную структурную схему Примера 2 настоящего изобретения;

Фиг.6 представляет собой кривую рабочей характеристики Примера 1 и Примера 2 настоящего изобретения;

Фиг.7 представляет собой принципиальную структурную схему Примера 3 настоящего изобретения;

Фиг.8 представляет собой схему модулирования рабочей характеристики Примера 3 настоящего изобретения;

Фиг.9 представляет собой принципиальную структурную схему Примера 4 настоящего изобретения; и

Фиг.10 представляет собой схему модулирования рабочей характеристики Примера 4 настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Чтобы разъяснить цель, техническое решение и преимущества настоящего изобретения, оно описывается далее подробно с помощью примеров и со ссылками на чертежи. Первый вариант осуществления

Как показано на Фиг.3, где T_SR=2, способ ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования, предусмотренный в этом примере настоящего изобретения, завершается в два этапа, при этом первый этап представляет собой этап, на котором узел-источник осуществляет широковещательную передачу информации в виде данных, причем для этого требуется T_SR=2 символьных периодов, а второй этап представляет собой этап, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, причем для этого требуется два символьных периода.

На этапе, на котором узел-источник осуществляет широковещательную передачу информации в виде данных, N_S узлов-источников одновременно передают информацию широковещательным способом на ретрансляционный узел R и целевой узел D, при этом сигналы, принимаемые ретрансляционным узлом R и целевым узлом D в t-м символьном периоде, обозначены соответственно как y_SR(t) и y_SD(t). Для этого этапа требуется T_SR=2 символьных периодов.

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, необходимо совершить пять процедур, а именно декодирование на ретрансляционном узле, группирование оценочной информации, сжатие оценочной информации, пространственно-временное кодирование сжатых данных и пространственно-временную передачу.

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, процесс декодирования на ретрансляционном узле состоит в том, что ретрансляционный узел R выполняет декодирование по максимальной вероятности в соответствии с принимаемым сигналом y_SR(t), чтобы получить оценочную информацию сигнальных векторов x(t), передаваемых N_S узлами-источниками:

,

где , t=0,1, - матрицы замирания канала между N_S узлами-источниками и ретрансляционным узлом R, a argmin указывает декодирование по максимальной вероятности.

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, процесс группирования оценочной информации состоит в том, что ретрансляционный узел R разделяет оценочные значения сигналов, передаваемых всеми N_S узлами-источниками в нулевом символьном периоде, на два вектора-столбца с размерностью , при этом первый вектор включает в себя оцениваемое ретрансляционным узлом оценочное значение сигнала, передаваемого N_S узлами-источниками в нулевом символьном периоде, т.е. , а второй вектор включает в себя оцениваемое ретрансляционным узлом оценочное значение сигнала, передаваемого N_S узлами-источниками в символьном периоде , т.е. .

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, процесс сжатия оценочной информации состоит в том, что вектор-столбец с размерностью сжимают в комплексный сигнал, т.е. единичный комплексный вектор-строку Р₂ с размерностью умножают слева на вектор-столбец , чтобы получить , и вектор-столбец с размерностью сжимают в комплексный сигнал, т.е. единичный комплексный вектор строку Р₂ с размерностью умножают слева на вектор-столбец , чтобы получить .

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, процесс пространственно-временного кодирования сжатых данных состоит в том, что сигналы и , получаемые во время процесса сжатия оценочной информации, формируют матрицу 2×2, причем элемент в первой строке и первом столбце матрицы 2×2 представляет собой , элемент в первой строке и втором столбце матрицы 2×2 представляет собой , элемент во второй строке и первом столбце матрицы 2×2 представляет собой отрицательное сопряжение , т.е. , и элемент во второй строке и втором столбце матрицы 2×2 представляет собой сопряжение , т.е. . Матрица 2×2 выглядит следующим образом:

.

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, процесс пространственно-временной передачи состоит в том, что матрицу 2×2 передают соответствующим образом посредством двух антенн ретрансляционного узла в течение двух символьных периодов, при этом два сигнала в первой строке матрицы 2×2 передают на целевой узел посредством двух антенн ретрансляционного узла в символьном периоде T_SR=2, т.е. первая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR=2, а вторая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR=2; и два сигнала во второй строке матрицы 2×2 передают на целевой узел посредством двух антенн ретрансляционного узла в символьном периоде T_SR+1=3, т.е. первая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR+1=3, а вторая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR+1=3.

В этом примере вектор Р₂ выбирают следующим образом:

.

Поскольку T_SR=2, пропускная способность решения в этом примере составляет символов для пользователя в течение символьного периода.

На Фиг.4 показана кривая моделирования для случая использования этого примера, а также сравнение рабочих характеристик между пространственно-временным кодированием, предоставляемым этим примером, и коллективным сетевым кодированием в комплексной области, при этом по оси ординат отложена частота появления ошибочных символов, а по оси абсцисс - отношение сигнал-шум для каждого символа. Решения, предоставляемые примерами настоящего изобретения, и решение сетевого кодирования в комплексной области используют двоичную фазовую (BPSK) модуляцию и имеют пропускную способность ¹/₂ символа для пользователя в течение символьного периода. Как видно из фигуры, когда SER=10^-4, решение, предоставляемое настоящим изобретением, обладает коэффициентом усиления 5 дБ по сравнению с решением сетевого кодирования в комплексной области. Кроме того, в случае одинаковой пропускной способности решение примера настоящего изобретения может достигать дополнительных коэффициентов усиления при разнесенном приеме. Главная причина кроется в том, что в решении примера настоящего изобретения, когда ретрансляционный узел обнаруживает информацию в виде данных узла-источника, может быть использован способ объединения максимальных отношений. Таким образом, решение настоящего изобретения может достигать дополнительных коэффициентов усиления при разнесенном приеме по сравнению с решением сетевого кодирования в комплексной области с двумя ретрансляционными узлами.

Второй вариант осуществления

Как показано на Фиг.5, где T_SR=4, способ ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования, предоставляемый в примере настоящего изобретения, завершается в два этапа, причем для этого требуется T_SR+2 символьных периодов; при этом первый этап, для которого требуется T_SR=4 символьных периодов, состоит в том, что узел-источник осуществляет широковещательную передачу информации в виде данных, а второй этап, для которого требуется два символьных периода, состоит в том, что ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу.

На этапе, на котором узел-источник осуществляет широковещательную передачу информации в виде данных, N_S узлов-источников одновременно передают информацию широковещательным способом на ретрансляционный узел R и целевой узел D, при этом сигналы, принимаемые ретрансляционным узлом R и целевым узлом D в t-м символьном периоде, обозначаются соответственно как y_SR(t) и y_SD(t). Для этого этапа требуется T_SR=2 символьных периодов.

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, необходимо выполнить пять процедур, а именно декодирование на ретрансляционном узле, группирование оценочной информации, сжатие оценочной информации, пространственно-временную передачу сжатых данных и пространственно-временную передачу.

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, процесс декодирования на ретрансляционном узле состоит в том, что ретрансляционный узел R выполняет декодирование по максимальной вероятности в соответствии с принимаемым сигналом y_SR(t), чтобы получить оценочную информацию сигнального вектора x(t), передаваемого N_S узлами-источниками:

,

где , при этом t=0, 1, 2, 3.

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, процесс группирования оценочной информации состоит в том, что ретрансляционный узел R разделяет оценочные значения сигналов, передаваемых всеми N_S узлами-источниками от нулевого символьного периода до символьного периода T_SR-1=3, на два вектора-столбца с размерностью ; при этом первый вектор включает в себя оцениваемое ретрансляционным узлом оценочное значение сигнала, передаваемого N_S узлами-источниками от нулевого символьного периода до символьного периода , т.е. , а второй вектор включает в себя оцениваемое ретрансляционным узлом оценочное значение сигнала, передаваемого N_S узлами-источниками от символьного периода до символьного периода , т.е. .

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, процесс сжатия оценочной информации состоит в том, что вектор-столбец с размерностью сжимают в комплексный сигнал, т.е. единичный комплексный вектор-строку Р₃ с размерностью умножают слева на вектор-столбец , чтобы получить , и вектор-столбец с размерностью сжимают в комплексный сигнал, т.е. единичный комплексный вектор-строку Р₃ с размерностью умножают слева на вектор-столбец , чтобы получить .

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, процесс пространственно-временного кодирования сжатых данных состоит в том, что сигналы и , получаемые во время процесса сжатия оценочной информации, формируют матрицу 2×2, причем элемент в первой строке и первом столбце матрицы 2×2 представляет собой , элемент в первой строке и втором столбце матрицы 2×2 представляет собой , элемент во второй строке и первом столбце матрицы 2×2 представляет собой отрицательное сопряжение , т.е. , и элемент во второй строке и втором столбце матрицы 2×2 представляет собой сопряжение , т.е. . Матрица 2×2 выглядит следующим образом:

.

На этапе, на котором ретрансляционный узел выполняет сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, процесс пространственно-временной передачи состоит в том, что матрицу 2×2 передают соответствующим образом посредством двух антенн ретрансляционного узла в течение двух символьных периодов; при этом два сигнала в первой строке матрицы 2×2 передают на целевой узел посредством двух антенн ретрансляционного узла в символьном периоде T_SR=4, т.е. первая антенна передает сигнал в символьном периоде TS_R=4, а вторая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR=4; и два сигнала во второй строке матрицы 2×2 передают на целевой узел посредством двух антенн ретрансляционного узла в символьном периоде T_SR+1=5, т.е. первая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR+1=5, а вторая антенна передает сигнал в символьном периоде T_SR+1=5.

В этом примере вектор Р₃ с размерностью 1×N_S выбирают следующим образом:

.

Поскольку T_SR=4, пропускная способность решения, обеспечиваемого этим примером, составляет символов для пользователя в течение символьного периода.

На Фиг.6 показана кривая сравнения рабочей характеристики решения настоящего изобретения с разными пропускными способностями, причем по оси ординат отложена частота появления ошибочных символов, а по оси абсцисс - отношение сигнал-шум для каждого символа. Как видно из фигуры, с увеличением пропускной способности производительность сетевого пространственно-временного кодирования слегка уменьшается, хотя нет очевидного изменения коэффициента усиления при разнесенном приеме при разных пропускных способностях.

Далее в отношении различных способов управления мощностью в описываемом решении предоставлены Пример 3 и Пример 4.

Третий вариант осуществления

Фиг.7 иллюстрирует структурную схему распределенной ретрансляционной сети, в которой имеются N_S узлов-источников и два ретрансляционных узла. Когда T_S=2, способ распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования осуществляется в два этапа, при этом требуется T_S+2=4 символьных периодов.

Первый этап заключается в том, что узлы-источники осуществляют широковещательную передачу информации в виде данных, причем для этого требуется T_S=2 символьных периодов.

Второй этап заключается в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ выполняют распределенное ортогональное сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, причем для этого требуется два символьных периода.

Этап, на котором узлы-источники осуществляют широковещательную передачу информации в виде данных, состоит в том, что N_S узлов-источников одновременно передают информацию широковещательным способом на ретрансляционные узлы R₁ и R₂ и целевой узел D, причем сигнальный вектор, передаваемый N_S узлами-источниками, обозначается как ; при этом сигналы, принимаемые ретрансляционными узлами R₁ и R₂ в t-м символьном периоде, обозначаются соответственно как и , а сигнал, принимаемый целевым узлом D в t-м символьном периоде, обозначается как y_SD(t). На этом этапе требуется T_S символьных периодов, причем t=0,1.

На этапе, на котором ретрансляционные узлы R₁ и R₂ выполняют распределенное ортогональное сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, необходимо выполнить пять процедур, а именно декодирование на ретрансляционных узлах, группирование оценочной информации, сжатие оценочной информации, управление мощностью ретрансляционных узлов и распределенное пространственно-временное кодирование сжатых данных и передачу.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс декодирования на ретрансляционных узлах состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ соответствующим образом выполняют декодирование по максимальной вероятности в соответствии с принимаемыми сигналами и , при этом оценочная информация сигнального вектора, который передается посредством N_S узлов-источников и получается при декодировании на ретрансляционном узле R₁, обозначается как , а оценочная информация сигнального вектора, который передается посредством N_S узлов-источников и получается при декодировании на ретрансляционном узле R₂, обозначается как , t=0,1. Оценочная информация и вычисляется в соответствии со следующими формулами:

,

,

где - матрица замирания канала между N_S узлами-источниками и ретрансляционным узлом R₁, a - матрица замирания канала между N_S узлами-источниками и ретрансляционным узлом R₂.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс группирования оценочной информации состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ соответствующим образом группируют оценочную информацию N_S узлов-источников в T_S символьных периодах, чтобы получить два вектора-столбца и с размерностью .

Ретрансляционный узел R₁ разделяет оценочные сигналы и в символьных периодах T_S=2 на две части:

и .

Ретрансляционный узел R₂ разделяет оценочные сигналы и в символьных периодах T_S=2 на две части:

и .

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс сжатия оценочной информации состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ соответствующим образом производят сжатие четырех векторов-столбцов , , и с размерностью , используя единичный комплексный вектор-строку Р₂ с размерностью , т.е. ретрансляционный узел R₁ умножает слева единичный комплексный вектор-строку Р₂ с размерностью на векторы-столбцы и соответственно, чтобы получить и , а ретрансляционный узел R₂ умножает слева единичный комплексный вектор-строку Р₂ с размерностью на векторы-столбцы и соответственно, чтобы получить и .

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс управления мощностью ретрансляционных узлов состоит в том, что ретрансляционный узел R_i вычисляет евклидовые расстояния и в соответствии со способом модуляции, используемым N_S узлами-источниками, и матрицу замирания канала между узлом-источником и ретрансляционным узлом R_j и определяет коэффициенты p₁ и p₂ управления мощностью на ретрансляционных узлах R₁ и R₂ в соответствии с и .

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования существуют два способа определения коэффициентов р₁ и р₂ управления мощностью в соответствии с характеристиками изменения матрицы замирания канала:

Способ 1: Когда матрица замирания канала является квазистатической, т.е. с медленными изменениями, коэффициенты р₁ и р₂ управления мощностью выражаются следующим образом:

и ;

Способ 2: Когда матрица замирания канала изменяется относительно быстро, коэффициенты p₁ и р₂ управления мощностью выражаются следующим образом:

и ,

при этом формула для вычисления евклидова расстояния выглядит следующим образом:

.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования распределенное пространственно-временное кодирование сжатых данных состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ выполняют передачу в соответствии с матрицей ортогонального пространственно-временного кодирования, используя соответствующие сжатые данные , , и , а также коэффициенты p₁ и р₂ управления мощностью, т.е. ретрансляционный узел R₁ передает сигналы и в символьном периоде T_S=2 и символьном периоде T_S+l=3 соответственно, и ретрансляционный узел R₂ передает сигналы и в символьном периоде T_S=2 и символьном периоде T_S+1=3 соответственно. В соответствии с сигналами, передаваемыми ретрансляционными узлами R₁ и R₂ в символьном периоде T_S=2 и символьном периоде T_S+1=3, может быть сформирована следующая матрица распределенного пространственно-временного кодирования с размерами 2×2:

.

В этом примере оценочные сигналы ретрансляционных узлов в символьных периодах T_S=2 подлежат распределенному ортогональному сетевому пространственно-временному кодированию посредством двух групп разных векторов соответственно и передаются в течение двух символьных периодов, причем пропускная способность может достигать T_S/(T_S+2)=1/2 символов для пользователя в течение временного интервала.

В этом примере вектор сетевого кодирования выбранного единичного комплексного вектора-строки Р₂ с размерностью выражается следующим образом:

.

На Фиг.8 показана кривая модулирования настоящего примера, когда используется BPSK-модуляция, причем по оси ординат отложена частота появления ошибочных символов, а по оси абсцисс - отношение сигнал-шум для каждого символа. На представленной фигуре обозначение (2,2,1) указывает, что имеются два узла-источника, два ретрансляционных узла и один целевой узел, при этом каждый узел имеет одну антенну, и пропускная способность составляет ¹/₂ символов для пользователя в течение символьного периода. Как видно из Фиг.4, в случае одинаковых пропускных способностей распределенное ортогональное сетевое пространственно-временное кодирование, основанное на алгоритме 1 управления мощностью, может достигать лучшей производительности, когда частота появления ошибочных символов SER=10^-4, причем решение кодирования, основанное на алгоритме 1 управления мощностью, предоставленном настоящим примером, имеет коэффициенты усиления примерно 5 дБ, а решение кодирования, основанное на алгоритме 2 управления мощностью, имеет коэффициенты усиления примерно 4 дБ.

Четвертый вариант осуществления

Фиг.9 иллюстрирует структурную схему распределенной ретрансляционной сети, в которой имеются N_S узлов-источников и два ретрансляционных узла. Когда T_S=4, способ распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования осуществляется в два этапа, при этом требуется T_S+2=6 символьных периодов.

Первый этап заключается в том, что узлы-источники осуществляют широковещательную передачу информации в виде данных, причем для этого требуется T_S=4 символьных периодов.

Второй этап заключается в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ выполняют распределенное ортогональное сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, причем для этого требуется два символьных периода.

Этап, на котором узлы-источники осуществляют широковещательную передачу информации в виде данных, состоит в том, что N_S узлов-источников одновременно передают информацию широковещательным способом на ретрансляционные узлы R₁ и R₂ и целевой узел D, причем сигнальный вектор, передаваемый N_S узлами-источниками, обозначается как ; при этом сигналы, принимаемые ретрансляционными узлами R₁ и R₂ в t-м символьном периоде, обозначаются соответственно как и , а сигнал, принимаемый целевым узлом D в t-м символьном периоде, обозначается как y_SD(t). На этом этапе требуется T_S символьных периодов, причем t=0, 1, 2, 3.

На этапе, на котором ретрансляционные узлы R₁ и R₂ выполняют распределенное ортогональное сетевое пространственно-временное кодирование и передачу, необходимо выполнить пять процедур, а именно декодирование на ретрансляционных узлах, группирование оценочной информации, сжатие оценочной информации, управление мощностью ретрансляционных узлов и распределенное пространственно-временное кодирование сжатых данных и передачу.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс декодирования на ретрансляционных узлах состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ соответствующим образом выполняют декодирование по максимальной вероятности в соответствии с принимаемыми сигналами и , при этом оценочная информация сигнального вектора, который передается посредством N_S узлов-источников и получается при декодировании на ретрансляционном узле R₁, обозначается как , а оценочная информация сигнального вектора, который передается посредством N_S узлов-источников и получается при декодировании на ретрансляционном узле R₂, обозначается как , t=0, 1, 2, 3. Оценочная информация и вычисляется в соответствии со следующими формулами:

,

,

где - матрица замирания канала между N_S узлами-источниками и ретрансляционным узлом R₁, а - матрица замирания канала между N_S узлами-источниками и ретрансляционным узлом R₂.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс группирования оценочной информации состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ соответствующим образом группируют оценочную информацию N_S узлов-источников в T_S=4 символьных периодах, чтобы получить два вектора-столбца и с размерностью .

Ретрансляционный узел R₁ разделяет оценочные сигналы в T_S символьных периодах на две части:

;

.

Ретрансляционный узел R₂ разделяет оценочные сигналы в T_S символьных периодах на две части:

;

.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования процесс сжатия оценочной информации состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ соответствующим образом сжимают четыре вектора-столбца , , и с размерностью , используя единичный комплексный вектор-строку Р₃ с размерностью , т.е. ретрансляционный узел R₁ умножает слева единичный комплексный вектор-строку Р₃ с размерностью на векторы-столбцы и соответственно, чтобы получить и , а ретрансляционный узел R₂ умножает слева единичный

комплексный вектор-строку Р₃ с размерностью на векторы-столбцы и соответственно, чтобы получить и .

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования управление мощностью ретрансляционных узлов заключается в том, что ретрансляционный узел R_i вычисляет евклидовые расстояния и в соответствии со способом модуляции, используемым N_S узлами-источниками, и матрицу замирания канала между узлом-источником и ретрансляционным узлом R_j и определяет коэффициенты p₁ и р₂ управления мощностью на ретрансляционных узлах R1 и R2 в соответствии с и .

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования существуют два способа определения коэффициентов p₁ и р₂ управления мощностью в соответствии с характеристиками изменения матрицы замирания канала:

Способ 1: Когда матрица замирания канала является квазистатической, т.е. матрица замирания канала изменяется медленно, коэффициенты p₁ и р₂ управления мощностью выражаются следующим образом:

и ;

Способ 2: Когда матрица замирания канала изменяется относительно быстро, коэффициенты p₁ и р₂ управления мощностью выражаются следующим образом:

и ,

при этом формула для вычисления евклидова расстояния выглядит следующим образом:

.

В способе распределенного ортогонального сетевого пространственно-временного кодирования распределенное пространственно-временное кодирование сжатых данных состоит в том, что ретрансляционные узлы R₁ и R₂ выполняют передачу в соответствии с матрицей ортогонального пространственно-временного кодирования, используя соответствующие сжатые данные , , и , а также коэффициенты p₁ и р₂ управления мощностью, т.е. ретрансляционный узел R₁ передает сигналы и в символьном периоде T_S=4 и символьном периоде T_S+1=5 соответственно, и ретрансляционный узел R₂ передает сигналы и в символьном периоде T_S=4 и символьном периоде T_S+1=5 соответственно. В соответствии с сигналами, передаваемыми ретрансляционными узлами R₁ и R₂ в символьном периоде T_S=4 и символьном периоде T_S+1=5, может быть сформирована следующая матрица распределенного пространственно-временного кодирования с размерами 2×2:

.

В этом примере оценочные сигналы ретрансляционных узлов в символьных периодах T_S=4 подлежат сетевому пространственно-временному кодированию посредством двух групп разных векторов соответственно и передаются совместно в течение двух символьных периодов, причем пропускная способность может достигать T_S/(T_S+2}=2/3 символов для пользователя в течение временного интервала.

В этом примере выбранный единичный комплексный вектор-строка Р₃ с размерностью выражается следующим образом:

.

На Фиг.10 показана кривая модулирования настоящего примера, когда используется BPSK-модуляция, причем по оси ординат отложена частота появления ошибочных символов, а по оси абсцисс - отношение сигнал-шум для каждого символа. На представленной фигуре обозначение (2,2,1) указывает, что имеются два узла-источника, два ретрансляционных узла и один целевой узел, при этом каждый узел имеет одну антенну, и пропускная способность составляет 2/3 символов для пользователя в течение символьного периода. Как видно из Фиг.5, в случае одинаковых пропускных способностей распределенное ортогональное сетевое пространственно-временное кодирование, основанное на алгоритме 1 управления мощностью, может достигать лучшей производительности и иметь постоянные коэффициенты усиления при разнесенном приеме.

Вышеописанное решение может быть применено к многоточечной коллективной передаче. При этом узел-источник может быть мобильным терминалом, ретрансляционный узел - коллективной базовой станцией непервичной ячейки в многоточечной коллективной передаче, а целевой узел - главной базовой станцией в многоточечной коллективной передаче.

Кроме того, настоящее изобретение может быть осуществлено без модификации системной архитектуры, и представленная последовательность операций обработки, которая может быть с легкостью реализована, удобна для использования в данной области техники и обладает преимущественной промышленной применимостью.

Вышеизложенное является лишь предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения, которые не используются для ограничения объема охраны настоящего изобретения.