СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВТОРИЧНОЙ СТАНЦИЕЙ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу управления вторичной станцией в системе связи, подобной системе мобильной связи, например системе LTE. В данных системах связи станции могут поддерживать связь посредством потоков передач по технологии MIMO (технологии с множеством входов/множеством выходов).

Настоящее изобретение относится, например, к системам LTE или LTE-Advanced.

Уровень техники

В системах, использующих технологию MIMO, например, системе LTE, вторичная станция (или абонентское устройство, или сокращенно UE) может передавать в первичную станцию (или базовую станцию, или сокращенно eNB (для базовой станции сети LTE)) данные обратной связи относительно состояния нисходящего канала. Упомянутые данные могут, частично, содержать индекс матрицы предварительного кодирования, выбранной из кодовой таблицы матриц. В альтернативном варианте, как предложено для сети LTE-A, прекодер определяется парой индексов, по одному для одной из двух кодовых таблиц, при этом прекодер получают из матричного умножения двух матриц. В данном случае может быть по меньшей мере два конкретных типа «матричного умножения», которые можно применять.

Обычно матрицу предварительного кодирования задают так, чтобы коэффициенты в столбце матрицы представляли собой коэффициенты предварительного кодирования, применяемые к каждой передающей антенне для данного пространственного канала.

Для построения кодовой таблицы предложено ограничение, чтобы обеспечить вычисление показателей качества канала (CQI), которое может соответствовать одинаковой мощности на каждую передающую антенну по меньшей мере с поднабором элементов кодовой таблицы. Такой подход рассчитан на поддержку полного использования усилителя мощности (PA), когда для каждой антенны требуется одинаковая полная выходная мощность:

[WW^*]_mm=κ, m=1, …, N_T,

где W означает общий прекодер, и

N_T означает число передающих антенн.

Кроме того, возможен вариант, в котором по меньшей мере поднабор элементов кодовой таблицы должен также иметь ортогональные столбцы с единичной нормой (т.е. соответствующий унитарному предварительному кодированию).

При рассмотрении построения кодовой таблицы в стандарте RAN1 упоминали целесообразность ограничения алфавита (например, QPSK (квадратурной фазовой манипуляции), 8-PSK (8-позиционной фазовой манипуляции) или 16-PSK (16-позиционной фазовой манипуляции)) для коэффициентов предварительного кодирования. Одно из преимуществ использования алфавита, основанного на M-позиционной фазовой манипуляции (M-PSK) более высокого порядка (например, с M=8 или 16), состоит в том, что таким образом можно лучше согласовать характеристики канала, чем в случае M-PSK низкого порядка (например, при M=4). Строгое ограничение M-PSK обеспечит автоматическое выполнение требований как к полному использованию усилителя мощности (PA), так и к единичной норме для всех элементов кодовой таблицы. При ограниченном алфавите, возможно также некоторое снижение сложности вычислений, но, не ясно, насколько значительным может быть такое снижение на практике. Однако представляется интересным исследовать другие алфавиты, которые могут оказаться полезными (например, следует ли допускать разные амплитудные значения в прекодере). В принципе, идеальный прекодер, даже с балансировкой мощности между антеннами, будет нуждаться в неограниченном алфавите, но в настоящем случае основное внимание сосредоточено на ограниченных алфавитах.

Оптимальное распределение мощности между коэффициентами предварительного кодирования можно рассматривать в качестве аналогии проблемы «создания избытка данных». Общеизвестно, что «создание избытка данных при постоянной мощности» (т.е. назначение либо нулевой, либо постоянной мощности) почти приближается к оптимальному решению при условии, что неиспользованную мощность можно переназначить в другое место. Вышеизложенное подсказывает, что добавление возможности «нуля» в алфавит M-PSK обеспечит почти все потенциальные преимущества, доступные с алфавитом с разными амплитудами.

Общий принцип установки некоторых элементов прекодера в нуль уже известен.

Раскрытие изобретения

Однако, рассматривать можно также другие коэффициенты масштабирования амплитуды (например, в форме APSK (амплитудно-фазовой манипуляции), при которой нулевая амплитуда является специальным случаем). В общем, можно рассмотреть алфавит для M-QAM (M-позиционной квадратурной амплитудной модуляции) (т.е. ограниченный набор амплитуд для составляющих I и Q.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа, который исключает вышеупомянутые проблемы.

Другая задача настоящего изобретения состоит в создании способа управления вторичной станцией, который позволяет поддерживать балансировку мощности в матрице предварительного кодирования, независимо от выбранного алфавита.

Способ управления вторичной станцией в сети связи, содержащей первичную станцию, содержит этапы, на которых

формируют матрицу предварительного кодирования, определяемую в виде адамарового произведения матрицы изменения алфавита и исходной матрицы предварительного кодирования, при этом исходная матрица предварительного кодирования состоит из комплексных коэффициентов равной величины,

передают сообщение о предварительном кодировании, представляющее матрицу предварительного кодирования, в первичную станцию.

В результате матрица изменения алфавита дает возможность балансировки мощности матрицы предварительного кодирования.

Настоящее изобретение относится также к вторичной станции и первичной станции, которые содержат средство для реализации способа в соответствии с первым аспектом изобретения.

Приведенные выше и другие аспекты изобретения станут очевидными из пояснений, приведенных в нижеследующем описании со ссылками на варианты осуществления.

Краткое описание чертежей

Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения в виде примера со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором:

Фиг. 1 является схемой, схематично представляющей сеть, в которой реализовано изобретение.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к системе мобильной связи, подобной системе, соответствующей стандарту 802.11, например, 802.11n, или UMTS (универсальной системе мобильной связи), например, системе UMTS LTE или LTE-Advanced, как показано на фиг. 1.

Как показано на фиг. 1, система радиосвязи в соответствии с изобретением содержит первичную станцию (базовую станцию (BS) или eNodeB) 100 и множество вторичных станций (мобильных стаций (MS) или абонентских устройств (UE)) 110. Первичная станция 100 содержит микроконтроллер (μC) 102, приемопередающее средство (Tx/Rx) 104, соединенное с антенным средством 106, представляющим, в настоящем случае, антенную решетку, содержащую множество антенн и контур антенной решетки для управления весовыми коэффициентами антенн, средство регулировки мощности (PC) 107 для изменения уровня передаваемой мощности и соединительное средство 108 для подключения к PSTN (телефонной сети общего пользования) или другой подходящей сети. Каждое устройство UE 110 содержит микроконтроллер (μC) 112, приемопередающее средство (Tx/Rx) 114, соединенное с антенным средством 116, представляющим, в настоящем случае, антенную решетку, содержащую множество антенн и контур антенной решетки для управления весовыми коэффициентами антенн и средство регулировки мощности (PC) 118 для изменения уровня передаваемой мощности. Передача из первичной станции 100 в мобильную станцию 110 происходит в нисходящих каналах, а передача из вторичной станции 110 в первичную станцию 100 происходит в восходящих каналах. В приведенном примере, нисходящие каналы содержат каналы управления. Микроконтроллер 112 вторичных станций способен формировать матрицу предварительного кодирования для контура антенной решетки в случае связи по технологии MIMO (технологии с множеством входов/множеством выходов).

Как упоминалось выше, желательной характеристикой схемы передачи является балансировка мощности между антеннами, которая допускает полное использование ресурсов усилителя мощности (PA). Упомянутую задачу, вероятно, легче решить с использованием APSK (амплитудно-фазовой манипуляции), чем с использованием M-QAM (M-позиционной квадратурной амплитудной модуляции), так как в первом случае требуется меньшее число дополнительных амплитуд.

Сначала авторы настоящего изобретения исследовали, как обеспечить балансировку мощности между антеннами для алфавита кодирования M-позиционной фазовой манипуляции (M-PSK) плюс нуль, при этом необходимо, чтобы каждой передающей антенне было назначено одинаковое число нулевых значений (т.е. чтобы каждая строка матрицы предварительного кодирования содержала одинаковое число нулевых значений). Обеспечение соответствия вышеописанному ограничению не составляет затруднений для случая полного ранга.

Например, для прекодера применимо любое число, вплоть до N_T, заданных ортогональных диаграмм нулей. Подходящие диаграммы могут быть созданы циклическим сдвигом базовой конфигурации с N_T нулями. Для передач рангами ниже балансировка мощности между антеннами может быть достижимой, но за счет разбалансировки мощности между уровнями. Следует отметить, что в случае, если к тому же, потребуется обеспечить равную мощность на каждый уровень, то каждый вектор предварительного кодирования должен будет содержать одинаковое число нулевых значений, но данное условие не обязательно является основным расчетным требованием.

Ниже предложены некоторые наборы возможных диаграмм нулей (удовлетворяющие требованию балансировки мощности).

Поскольку в отношении балансировки мощности применяют одни и те же соображения, то диаграммы такого же вида можно использовать, если применяют другой коэффициент амплитуды (вместо нуля) (например, 0,5 или 1,5).

Адамарово произведение можно определить следующим образом.

Для двух матриц с одинаковыми размерностями адамарово произведение известно так же как поэлементное произведение и произведение Шура.

Формально, для двух матриц с одинаковыми размерностями:

,

адамарово произведение A·B является матрицей такой же размерности

,

с элементами вида

.

Адамарово произведение является коммутативным.

В первом примерном варианте осуществления принята кодовая таблица с нулевым значением, содержащимся в алфавите (случай 4×4). В случае ранга 4 передачи для антенн 4Tx (передающих) и 4 Rx (приемных), ранг 4 прекодера представляет собой матрицу 4×4.

Авторы настоящего изобретения исходят из того, что алфавит для прекодера в целом представляет собой M-PSK плюс нуль, и что требуется балансировка мощности между антеннами. Это означает, что каждая строка и в векторе предварительного кодирования будет содержать одинаковое число коэффициентов с нулевыми значениями. Если применить дополнительное ограничение, состоящее в том, что каждый вектор предварительного кодирования содержит одинаковое число коэффициентов с нулевыми значениями (балансировка мощности между векторами предварительного кодирования), то каждый столбец будет содержать одинаковое число нулей.

Для формирования матрицы предварительного кодирования, вторичная станция может использовать матрицу изменения алфавита. Адамарово произведение применяют между исходной матрицей предварительного кодирования, матрицей предварительного кодирования в режиме M-PSK и матрицу изменения алфавита.

Матрицу изменения алфавита можно выбрать по нескольким критериям, например по одному из следующих:

- балансировка мощности;

- достижимая скорость передачи данных с использованием сформированной матрицы предварительного кодирования;

- ранг передачи для максимального повышения достижимой скорости передачи данных;

например, можно произвольно выбрать сохранение, при всех обстоятельствах, неравенство нулю первых элементов.

В данном случае, матрица изменения алфавита может быть одной из нижеприведенных примерных матриц, в которых диаграммы нулей выполняют критерий 1 нуля на одну антенну. В приведенных примерных матрицах все пробелы могут быть равными 1:-

.

В совокупности, существует 3×3×2=18 подобных диаграмм.

Если выбрать сохранение, при всех обстоятельствах, неравенство нулю диагональных элементов, существует 9 подобных диаграмм:

Примерный набор трех ортогональных диаграмм имеет вид:

Из линейной комбинации набора ортогональных матриц можно получить другие матрицы изменения алфавита при сохранении такого же эффекта балансировки мощности.

Примерные диаграммы нулей, соответствующие вышеупомянутому критерию 2 нулей на антенну, имеют вид:

Если выбирают сохранение, при всех обстоятельствах, неравенство нулю диагональных элементов, то существует 5 соответствующих диаграмм:

.

Следует отметить, что последняя матрица является блочно диагональной матрицей, которая может быть подходящей для кроссполяризационных антенн.

В случае, когда существует только одно ненулевое значение на антенну, то фактические значения коэффициентов (и позиции в матрице) не существенны, достаточно будет сохранять только диагональные элементы.

В случае балансировки мощности между элементами и векторами предварительного кодирования и сохранения всех диагональных элементов, сигнализация в абонентское устройство (UE), диаграммы которого применяют, потребует следующего числа бит:

Для ранга 3 и ниже можно применять усеченные варианты диаграмм, при этом неиспользуемый вектор предварительного кодирования устанавливается равным нулю, например, для ранга 3:

.

Или, для ранга 2, если требуется одинаковая мощность на каждый пространственный канал, то, к сожалению, мощность между антеннами разбалансируется.

.

Для передачи ранга 2 и 2 нулевых значений на вектор предварительного кодирования можно обеспечить балансировку мощности. Например:

Вариант осуществления представляет собой систему типа LTE-A, в которой абонентское устройство (UE) указывает базовой станции предпочтительную матрицу предварительного кодирования, применимую к по меньшей мере части полосы пропускания нисходящей передачи. Упомянутое указание предпочтительной матрицы предварительного кодирования содержит первый индекс для первой матрицы коэффициентов предварительного кодирования, выбранных из первой заданной кодовой таблицы. В случае 4 передающих (Tx) антенн, упомянутая кодовая таблица может быть кодовой таблицей, используемой для MIMO в системе LTE, Выпуск 8. Кроме того, указание из абонентского устройства (UE) содержит второй индекс для второй матрицы (выбранной из второй заданной кодовой таблицы), которая задает набор позиций, в которых коэффициенты первой матрицы подлежат изменению с использованием установленного коэффициента масштабирования, при этом другие позиции остаются неизмененными. В соответствии с разными видоизменениями варианта осуществления, установленный коэффициент масштабирования может быть одним из 0, 0,5 или 1,5.

В дополнительно измененном варианте осуществления, указание предпочтительной матрицы предварительного кодирования из абонентского устройства (UE) содержит также предпочтительный ранг передачи. В таком случае указание может быть составлено в виде третьего индекса для списка возможных комбинаций ранга передачи, первого индекса и второго индекса.

В дополнительном варианте, содержание по меньшей мере одной из первой и второй кодовых таблиц зависит от ранга передачи. В качестве альтернативы, значения в матрице изменения алфавита могут быть изменены в зависимости от предпочтительного ранга передачи. Аналогично, значения в матрице изменения алфавита могут быть изменены с учетом размера матрицы предварительного кодирования.

В дополнительном варианте, указание предпочтительной матрицы предварительного кодирования дополнительно содержит и указание значения коэффициента масштабирования.

В другом варианте осуществления, основанном на системе LTE-A, абонентское устройство (UE) указывает базовой станции предпочтительную матрицу предварительного кодирования, применимую для по меньшей мере части полосы пропускания нисходящей передачи. Упомянутое указание предпочтительной матрицы предварительного кодирования содержит:

• Первый индекс для первой матрицы коэффициентов предварительного кодирования, выбранных из первой заданной кодовой таблицы.

• Второй индекс для второй матрицы (также выбранной из второй заданной кодовой таблицы).

• Третий индекс для третьей матрицы, которая задает набор позиций, в которых коэффициенты первой матрицы подлежат изменению с использованием установленного коэффициента масштабирования, при этом другие позиции остаются неизмененными.

Одна из первой и второй кодовых таблиц соответствует долговременным/широкополосным характеристикам каналов, и другая кодовая таблица соответствует кратковременным/узкополосным характеристикам.

В другом варианте осуществления, основанном на системе LTE-A, абонентское устройство (UE) указывает базовой станции предпочтительную матрицу предварительного кодирования, применимую к по меньшей мере части полосы пропускания нисходящей передачи. Упомянутое указание предпочтительного вектора предварительного кодирования содержит:

• Первый индекс для первой матрицы коэффициентов предварительного кодирования, выбранных из первой заданной кодовой таблицы.

• Второй индекс для второй матрицы, которая задает набор позиций, в которых коэффициенты первой матрицы подлежат изменению с использованием установленного коэффициента масштабирования.

• Третий индекс для третьей матрицы, которая задает набор позиций, в которых коэффициенты первой матрицы подлежат изменению с использованием установленного второго коэффициента масштабирования. Второй коэффициент отличается от первого коэффициента масштабирования, и набор позиций, определяемых третьим индексом, ортогонален набору позиций, определяемых вторым индексом.

• Позиции, которые не изменяют с использованием первого или второго коэффициентов масштабирования, остаются неизмененными.

Примеры изобретения относятся главным образом к комплексным коэффициентам, т.е. к M-PSK. Для применения приведенных примеров к M-QAM, составляющие I и Q, можно обрабатывать независимо, подобно тому, как в вышеприведенных примерах.

В разновидностях вышеописанных вариантов осуществления, различные индексы могут быть кодированы совместно в форме единственного указания.

В другом варианте осуществления изобретения, формирование матрицы предварительного кодирования выполняется также в первичной станции, например, в станции E-NodeB или базовой станции.

Изобретение находит применение, в частности, но не исключительно, в беспроводных системах связи, например, системах UMTS, UMTS LTE и UMTS LTE-Advanced, а также беспроводных LAN (локальных сетях) (IEEE 802.11n) и широкополосных беспроводных сетях (IEEE 802.16).

В настоящей спецификации и формуле изобретения признак единственного числа перед элементом не исключает наличие множества упомянутых элементов. Кроме того, формулировка «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, кроме перечисленных элементов или этапов.

Присутствие позиций в скобках в формуле изобретения предназначено для достижения понимания и не предполагает ограничения.

После прочтения настоящего описания специалистам в данной области техники станут очевидными другие изменения. Данные изменения могут содержать другие признаки, которые уже известны в технике радиосвязи.