ИЗМЕНЯЮЩЕЕСЯ СО ВРЕМЕНЕМ РАЗНЕСЕНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ЗАДЕРЖКИ СИСТЕМЫ OFDM

Перекрестная ссылка

Эта заявка испрашивает приоритет предварительной заявки № 60/572137, зарегистрированной 17 мая 2004 года, озаглавленной "Systems Time Varying Cyclic Delay Diversity of OFDM" и переуступленной правообладателю настоящей заявки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящий документ относится, в общем, к беспроводной связи и, среди прочего, к передаче сигналов в системе со многими антеннами.

Предшествующий уровень техники

В системе беспроводной связи RF (РЧ; радиочастотный) модулированный сигнал от передатчика может достигать приемник посредством некоторого количества путей распространения. Характеристики путей распространения обычно изменяются со временем вследствие некоторого количества факторов, таких как замирание и многолучевое распространение. Чтобы предоставить разнесение, направленное против вредных лучевых эффектов, и улучшить производительность, могут использоваться многочисленные передающие и приемные антенны. Система связи со многими входами и многими выходами (MIMO) применяет множество (N_T) передающих антенн и множество (N_R) приемных антенн для передачи данных. MIMO канал, сформированный N_T передающими и N_R приемными антеннами, может разлагаться в N_S независимых каналов с N_S ≤ min{N_T, N_R}. Каждый из N_S независимых каналов также может указываться как пространственный подканал (или канал передачи) MIMO канала и соответствует некоторому измерению.

Если пути распространения между передающими и приемными антеннами линейно независимы (т.е. передача по одному пути (лучу) не формируется как линейная комбинация передач по другим путям (лучам)), что, в общем, является истинным до, по меньшей мере, некоторой степени, то вероятность корректного приема передачи данных увеличивается по мере того, как увеличивается количество антенн. В общем, разнесение увеличивается, и производительность улучшается по мере того, как увеличивается количество передающих и приемных антенн.

Чтобы дополнительно улучшить разнесение каналов, может использоваться технология разнесения передачи. Были исследованы многие технологии разнесения передачи. Одна такая технология - это разнесение задержки передачи. В разнесении задержки передачи передатчик использует две антенны, которые передают один и тот же сигнал, причем вторая антенна передает задержанный дубликат сигнала, переданного первой антенной. Делая таким образом, вторая антенна создает разнесение посредством установки второго набора независимых многолучевых элементов, которые могут собираться в приемнике. Если многолучевой компонент, сгенерированный первым передатчиком, замирает, многолучевой компонент, сгенерированный вторым передатчиком, может не замирать, в этом случае в приемнике будет поддерживаться приемлемое отношение сигнала к шуму (SNR). Эта технология является легкой для реализации, так как только комбинированный TX0+TX1 канал оценивается в приемнике. Наибольший недостаток разнесения задержки передачи состоит в том, что оно увеличивает эффективный разброс задержки канала, и может показывать недостаточную производительность, когда многолучевой компонент, введенный второй антенной, наталкивается на, и взаимодействует деструктивно с многолучевым компонентом первой антенны, тем самым, уменьшая полный уровень разнесения.

Чтобы справиться со стандартными проблемами разнесения задержки, были разработаны дополнительные технологии разнесения задержки. Одна такая технология указывается как разнесение циклической задержки. Циклическая задержка - это задержка, где выборки каждого символа из n_i символов сдвигаются в порядке, в котором они передаются как часть символа. Те выборки, которые находятся за эффективной частью символа, передаются в начале того символа. В такой технологии к каждой выборке спереди присоединяется префикс, который фиксирует задержку, или порядок для передачи выборки от конкретной антенны как части символа. Циклические задержки позволяют более долгие задержки, однако, которые иначе были бы ограничены частями периода защитного интервала, чтобы избегать помех между символами.

Схема разнесения циклической задержки может вводить частотную избирательность в канале и, следовательно, может предоставлять преимущество разнесения для плоских каналов. Это не предоставляет, однако, какое-либо временное разнесение, когда канал не находится в и сам избирательный по времени. Например, если две передающие антенны находятся в медленном замирании или статических каналах, циклический сдвиг Δ_m может быть таким, что эти два канала, например, H₁(n) и H₂(n), суммируются деструктивно (или конструктивно) все время.

Поэтому требуется предоставить схему разнесения задержки, которая минимизирует возможность деструктивного или конструктивного суммирования каналов, используемых для предоставления разнесения.

Сущность изобретения

В одном аспекте способ для предоставления разнесения передачи содержит предоставление, первой антенне, первого символа после первого периода задержки, предоставление, первой антенне, второго символа после второго периода задержки, который является другим, нежели первый период задержки, и предоставление, первой антенне, третьего символа после третьего периода задержки, который является другим, нежели первый период задержки и второй период задержки.

В другом аспекте передатчик содержит, по меньшей мере, две антенны, модулятор и схему задержки, которая задерживает символы, выводимые из модулятора в антенну, на период задержки, который изменяется со временем.

В дополнительном аспекте беспроводной передатчик содержит, по меньшей мере, две антенны и память, которая сохраняет множество символов, каждый содержащий множество выборок, где память выводит множество выборок первого символа после первой задержки в одну антенну из упомянутых, по меньшей мере, двух антенн и второй символ из множества символов после второй задержки в упомянутую одну антенну. Первая задержка и вторая задержка являются разными.

В дополнительном аспекте передатчик содержит, по меньшей мере, три антенны, модулятор, первую схему задержки, подсоединенную между модулятором и одной из упомянутых, по меньшей мере, двух антенн, причем первая схема задержки осуществляет задержку символов, выводимых из модулятора в антенну, на период задержки, который изменяется со временем, и вторую схему задержки, подсоединенную между модулятором и другой из упомянутых, по меньшей мере, двух антенн, причем первая схема задержки осуществляет задержку символов, выводимых из модулятора в другую антенну, на другой период задержки, который изменяется со временем. Другой период задержки и период задержки являются разными.

В еще другом аспекте способ для предоставления разнесения передачи в многоканальной системе связи содержит применение первого фазового сдвига к первому символу, который должен передаваться по первой антенне, и применение второго фазового сдвига, иного, нежели первый фазовый сдвиг, к первому символу, который должен передаваться по второй антенне.

В еще дополнительном аспекте передатчик содержит, по меньшей мере, две антенны, модулятор и фазовый сдвигатель, который применяет фазовый сдвиг к символам, выводимым модулятором в антенну, посредством фазового сдвига, который изменяется со временем.

Краткое описание чертежей

Признаки, природа и преимущества настоящего изобретения станут более очевидны из подробного описания, излагаемого ниже, когда взяты в связи с чертежами, на которых одинаковые ссылочные символы всюду идентифицируются соответствующим образом, и где:

фиг.1 показывает блок-схему варианта осуществления системы передатчика и системы приемника в MIMO системе;

фиг.2 показывает блок-схему варианта осуществления модуля передатчика, который предоставляет изменяющееся со временем разнесение задержки;

фиг.3 показывает вариант осуществления изменяющейся со временем задержки, применяемой к символам, передаваемым от одной и той же антенны;

фиг.4 показывает вариант осуществления изменяющейся со временем задержки, применяемой к символу, передаваемому по множеству антенн;

фиг.5 показывает блок-схему другого варианта осуществления модуля передатчика, который предоставляет изменяющееся со временем разнесение задержки;

фиг.6 показывает блок-схему варианта осуществления модуля приемника, способного использовать изменяющееся со временем разнесение задержки;

фиг.7 показывает блок-схему варианта осуществления элемента задержки;

фиг.8 показывает блок-схему последовательности операций варианта осуществления способа для предоставления изменяющегося со временем разнесения;

фиг.9 показывает блок-схему дополнительного варианта осуществления модуля передатчика, который предоставляет изменяющееся со временем разнесение задержки; и

фиг.10 показывает блок-схему последовательности операций дополнительного варианта осуществления способа для предоставления изменяющегося со временем разнесения.

Подробное описание

Подробное описание, излагаемое ниже, в соединении с прилагаемыми чертежами предназначается как описание иллюстративных вариантов осуществления и не предназначается, чтобы представлять только варианты осуществления, в которых настоящее изобретение может использоваться на практике. Термин "иллюстративный", используемый всюду в этом описании, означает "служащий в качестве примера, экземпляра или иллюстрации", и не должен необходимо толковаться как предпочтительный или выгодный над другими вариантами осуществления. Подробное описание включает в себя конкретные детали в целях предоставления полного понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники должно быть ясно, что настоящее изобретение может использоваться на практике без этих конкретных деталей. В некоторых случаях, хорошо известные структуры и устройства показаны в форме блок-схемы, чтобы избежать затемнения понятий настоящего изобретения.

Многоканальные системы связи включают в себя системы связи со многими входами и многими выходами (MIMO), системы связи мультиплексирования с ортогональным разделением частот (OFDM), MIMO системы, которые применяют OFDM (т.е. MIMO-OFDM системы), и другие типы передач. Для ясности различные аспекты и варианты осуществления описываются конкретно для MIMO системы.

MIMO система применяет множество (N_T) передающих антенн и множество (N_R) приемных антенн для передачи данных. MIMO канал, сформированный N_T передающими и N_R приемными антеннами, может разлагаться в N_S независимых каналов с N_S ≤ min{N_T, N_R}. Каждый из N_S независимых каналов также может указываться как пространственный подканал (или канал передачи) MIMO канала. Количество пространственных подканалов определяется количеством собственных мод для MIMO канала, которое, в свою очередь, зависит от матрицы отклика канала, H , которая описывает отклик между N_T передающими и N_R приемными антеннами. Элементы матрицы отклика канала, H , составлены из независимых гауссовских случайных величин {h_i,j}, для i = 1, 2, ... N_R и j = 1, 2, ... N_T, где h_i,j - это сопряжение (т.е. комплексное усиление) между j-й передающей антенной и i-й приемной антенной. Для простоты предполагается, что матрица отклика канала, H , имеет полный ранг (т.е. N_S = N_T ≤ N_R), и один независимый поток данных может передаваться из каждой из N_T передающих антенн.

Фиг.1 - это блок-схема варианта осуществления системы 110 передатчика и системы 150 приемника в MIMO системе 100. В системе 110 передатчика данные трафика для некоторого количества потоков данных предоставляются из источника 112 данных процессору 114 передаваемых (TX) данных. В одном варианте осуществления каждый поток данных передается через соответствующую передающую антенну. Процессор 114 TX данных форматирует, кодирует и перемежает данные трафика для каждого потока данных, базируясь на конкретной схеме кодирования, выбранной для этого потока данных, чтобы предоставлять кодированные данные.

Кодированные данные для каждого потока данных могут мультиплексироваться с данными пилот-сигнала, используя, например, мультиплексирование с разделением по времени (TDM) или мультиплексирование с разделением по коду (CDM). Данные пилот-сигнала обычно являются известным шаблоном данных, который обрабатывается известным способом (если вообще обрабатывается), и могут использоваться в системе приемника для оценки отклика канала. Мультиплексированный пилот-сигнал и кодированные данные для каждого потока данных затем модулируются (т.е. преобразуются в символы), базируясь на конкретной схеме модуляции (например, BPSK, QSPK, M-PSK или M-QAM), выбранной для этого потока данных для предоставления символов модуляции. Скорость данных, кодирование и модуляция для каждого потока данных могут определяться управлением, предоставляемым процессором 130.

Символы модуляции для всех потоков данных затем предоставляются TX MIMO процессору 120, который может дополнительно обрабатывать символы модуляции (например, для OFDM). TX MIMO процессор 120 затем предоставляет N_T потоков символов модуляции N_T передатчикам (TMTR) 122a по 122t. Каждый передатчик 122 принимает и обрабатывает соответствующий поток символов для предоставления одного или более аналоговых сигналов, и дополнительно обрабатывает (например, усиливает, фильтрует и преобразует с повышением частоты) аналоговые сигналы для предоставления модулированного сигнала, подходящего для передачи через MIMO канал. N_T модулированных сигналов из передатчиков 122a по 122t затем передаются из N_T антенн 124a по 124t, соответственно.

В системе 150 приемника переданные модулированные сигналы принимаются N_R антеннами 152a по 152r, и принятый сигнал из каждой антенны 152 предоставляется соответствующему приемнику (RCVR) 154. Каждый приемник 154 обрабатывает (например, фильтрует, усиливает и преобразует с понижением частоты) соответствующий принятый сигнал, оцифровывает обработанный сигнал для предоставления выборок, и дополнительно обрабатывает выборки для предоставления соответствующего потока "принятых" символов.

Процессор 160 RX MIMO/данных затем принимает и обрабатывает N_R потоков принятых символов из N_R приемников 154, базируясь на конкретной технологии обработки приемника, для предоставления N_T потоков "обнаруженных" символов. Обработка процессором 160 RX MIMO/данных описывается в дополнительных деталях ниже. Каждый поток обнаруженных символов включает в себя символы, которые являются оценками символов модуляции, переданных для соответствующего потока данных. Процессор 160 RX MIMO/данных затем демодулирует, устраняет перемежение и декодирует каждый поток обнаруженных символов, чтобы восстановить данные трафика для потока данных. Обработка процессором 160 RX MIMO/данных является комплементарной обработке, выполняемой TX MIMO процессором 120 и процессором 114 TX данных в системе 110 передатчика.

RX MIMO процессор 160 может выводить оценку отклика канала между N_T передающими и N_R приемными антеннами, например, базируясь на пилот-сигнале, мультиплексированном с данными трафика. Оценка отклика канала может использоваться для выполнения пространственной или пространственной/временной обработки в приемнике. RX MIMO процессор 160 может дополнительно оценивать отношения сигнала к шуму и помехам (отношения SNR) потоков обнаруженных символов, и возможно другие характеристики канала, и предоставляет эти величины процессору 170. Процессор 160 RX MIMO/данных или процессор 170 может дополнительно выводить оценку "рабочего" SNR для системы, которое показывает состояние линии связи. Процессор 170 затем предоставляет информацию состояния канала (CSI), которая может содержать различные типы информации относительно линии связи и/или потока принятых данных. Например, CSI может содержать только рабочее SNR. CSI затем обрабатывается процессором 178 TX данных, модулируется модулятором 180, обрабатывается передатчиками 154a по 154r и передается назад системе 110 передатчика.

В системе 110 передатчика модулированные сигналы из системы 150 приемника принимаются антеннами 124, обрабатываются приемниками 122, демодулируются демодулятором 140 и обрабатываются процессором 142 RX данных для восстановления CSI, сообщенной системой приемника. Сообщенная CSI затем предоставляется процессору 130 и используется для (1) определения скоростей данных и схем модуляции и кодирования, которые должны использоваться для потоков данных и (2) генерирования различных команд управления (controls) для процессора 114 TX данных и TX MIMO процессора 120.

Процессоры 130 и 170 направляют работу в системах передатчика и приемника, с которыми они соединены, включая сюда соответствующие процессоры передаваемых и принимаемых данных. Запоминающие устройства 132 и 172 предоставляют хранилище для программных кодов и данных, используемых процессорами 130 и 170, соответственно.

Модель для OFDM MIMO системы может быть выражена как:

где y - это принятый вектор, т.е. y =[y₁ y₂ ... ]^T, где {y_i} - это вхождение, принятое по i-й приемной антенне, и i {1, ...,N_R};

x - это переданный вектор, т.е. x =[x₁ x₂ ... ]^T, где {x_j} - это вхождение, переданное из j-й передающей антенны, и j {1, ..., N_T};

H - это матрица отклика канала для MIMO канала;

n - это аддитивный белый гауссовский шум (AWGN) с вектором среднего, равным 0, и ковариационной матрицей Λ _n=σ² I , где 0 - это вектор нулей, I - это единичная матрица с единицами по диагонали и нулями всюду в других местах, и σ² - это дисперсия шума; и

[.]^T обозначает транспонирование для [.].

Вследствие рассеивания в среде распространения, N_T потоков символов, переданных из N_T передающих антенн, интерферируют друг с другом в приемнике. В частности, заданный поток символов, переданный из одной передающей антенны, может приниматься всеми N_R приемными антеннами при разных амплитудах и фазах. Каждый принятый сигнал может затем включать в себя компонент каждого из N_T потоков переданных символов. N_R принятых сигналов будут коллективно включать в себя все N_T потоков переданных символов. Однако эти N_T потоков символов рассеиваются среди N_R принятых сигналов.

В приемнике могут использоваться различные технологии обработки для обработки N_R принятых сигналов для обнаружения N_T потоков переданных символов. Эти технологии обработки приемника могут группироваться в две первичных категории:

- технологии пространственной и пространственно-временной обработки приемника (которые также указываются как технологии уравнивания), и

- технология обработки приемника "последовательного обнуления/уравнивания и аннулирования помех" (которая также указывается как технология обработки приемника "последовательного аннулирования помех" или "последовательного аннулирования").

Фиг.2 - это блок-схема части модуля 200 передатчика, которая может являться вариантом осуществления передающей части системы передатчика, например, такой как система 110 передатчика на фиг.1. В одном варианте осуществления отдельная скорость данных и кодирование и схема модуляции могут использоваться для каждого из N_T потоков данных, которые должны передаваться по N_T передающим антеннам (т.е. отдельное кодирование и модуляция на основе каждой антенны). Конкретная скорость передачи данных и кодирование и схемы модуляции, которые должны использоваться для каждой передающей антенны, могут определяться, базируясь на управлении, предоставляемом процессором 130, и скорости передачи данных могут определяться, как описано выше.

Модуль 200 передатчика включает в себя, в одном варианте осуществления, процессор 202 передаваемых данных, который принимает, кодирует и модулирует каждый поток данных в соответствии с отдельным кодированием и схемой модуляции для предоставления символов модуляции, и процессор 202 передачи MIMO/передаваемых данных и процессор 204 передаваемых данных являются одним вариантом осуществления процессора 114 передаваемых данных и процессора 120 передачи MIMO, соответственно, из фиг.1.

В одном варианте осуществления, как показано на фиг.2, процессор 202 передаваемых данных включает в себя демультиплексор 210, N_T кодировщиков 212a по 212t, и N_T модулей 214a по 214t перемежения каналов (т.е. один набор демультиплексоров, кодировщиков и модулей перемежения каналов для каждой передающей антенны). Демультиплексор 210 демультиплексирует данные (т.е. информационные биты) в N_T потоков данных для N_T передающих антенн, которые должны использоваться для передачи данных. N_T потоков данных могут быть ассоциированными с разными скоростями передачи данных, как определяется функциональностью управления скоростью, которая в одном варианте осуществления может обеспечиваться процессором 130 или 170 (фиг.1). Каждый поток данных предоставляется соответствующему кодировщику 212a по 212t.

Каждый кодировщик 212a по 212t принимает и кодирует соответствующий поток данных, базируясь на конкретной схеме кодирования, выбранной для этого потока данных, для предоставления кодированных битов. В одном варианте осуществления кодирование может использоваться для увеличения надежности передачи данных. Схема кодирования может включать в себя в одном варианте осуществления любую комбинацию кодирования с циклическим избыточностным контролем (CRC), сверточного кодирования, турбокодирования, блочного кодирования, или подобного. Кодированные биты из каждого кодировщика 212a по 212t затем предоставляются соответствующему модулю 214a по 214t перемежения канала, который перемежает кодированные биты, базируясь на конкретной схеме перемежения. Перемежение предоставляет временное разнесение для кодированных битов, позволяет данным быть переданными, базируясь на среднем SNR для каналов передачи, используемых для потока данных, противодействует замиранию и дополнительно удаляет корреляцию между кодированными битами, используемыми для формирования каждого символа модуляции.

Кодированные и перемеженные биты из каждого модуля 214a по 214t перемежения канала предоставляются соответствующему блоку 222a по 222t преобразования в символы процессора 204 передачи MIMO, который преобразует эти биты в символы модуляции.

Конкретная схема модуляции, которая должна реализоваться каждым блоком 222a по 222t преобразования в символы, определяется управлением модуляцией, обеспечиваемым процессором 130. Каждый блок 222a по 222t преобразования в символы группирует наборы q_j кодированных и перемеженных битов для формирования небинарных символов и дополнительно отображает (устанавливает соответствие) каждый небинарный символ на конкретную точку в совокупности (созвездии) сигналов, соответствующей выбранной схеме модуляции (например, QPSK, M-PSK, M-QAM или некоторой другой схеме модуляции). Каждая точка отображенного сигнала соответствует M_j-му символу модуляции, где M_j соответствует конкретной схеме модуляции, выбранной для j-й передающей антенны, и M_j = . Блоки 222a по 222t преобразования в символы затем предоставляют N_T потоков символов модуляции.

В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг.2, процессор 204 передачи MIMO также включает в себя модулятор 224 и блок 226a по 226t обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT), вместе с блоками 222a по 222t преобразования в символы. Модулятор 224 модулирует выборки для формирования символов модуляции для N_T потоков на должных поддиапазонах и передающих антеннах. В дополнение модулятор 224 предоставляет каждый из N_T потоков символов на предписанном уровне мощности. В одном варианте осуществления модулятор 224 может модулировать символы согласно скачкообразной последовательности, управляемой процессором, например, процессором 130 или 170. В таком варианте осуществления частоты, с помощью которых модулируются N_T потоков символов, могут изменяться для каждой группы или блока символов, кадра или части кадра цикла передачи.

Каждый IFFT блок 226a по 226t принимает соответствующий поток символов модуляции от модулятора 224. Каждый IFFT блок 226a по 226t группирует наборы N_F символов модуляции для формирования соответствующих векторов символов модуляции и преобразует каждый вектор символов модуляции в его представление временной области (которое указывается как OFDM символ), используя обратное быстрое преобразование Фурье. IFFT блоки 226a по 226t могут проектироваться для выполнения обратного преобразования на любом количестве частотных подканалов (например, 8, 16, 32, ..., N_F).

Каждое представление временной области вектора символов модуляции, сгенерированного IFFT блоками 226a по 226t, предоставляется ассоциированному генератору 228a по 228t циклического префикса. Генераторы 228a по 228t циклического префикса присоединяют спереди префикс фиксированного количества выборок, которые, в общем, являются некоторым количеством выборок из конца OFDM символа, к N_S выборкам, которые составляют OFDM символ, для формирования соответствующего символа передачи. Префикс проектируется для улучшения производительности, направленного против вредных лучевых эффектов, таких как дисперсия канала, вызываемая избирательным затуханием частот. Генераторы 228a по 228t циклического префикса затем предоставляют поток символов передачи ассоциированному элементу 230a по 230t-1 задержки.

Каждый элемент 230a по 230t-1 задержки предоставляет задержку каждому символу, который выводится из генераторов 228a по 228t циклического префикса. В одном варианте осуществления задержка, предоставляемая каждым элементом 230a по 230t-1 задержки изменяется во времени. В одном варианте осуществления эта задержка является такой, что задержка изменяется между последовательными символами, выводимыми генератором циклического префикса, или последовательными символами, которые должны последовательно передаваться из модуля 200 передатчика. В других вариантах осуществления задержка может изменяться между группами из двух, трех, четырех или более символов с каждым символом внутри группы, имеющим одну и ту же задержку. В дополнительных вариантах осуществления все символы в кадре или периоде пакета будут иметь некоторую одну и ту же задержку, причем каждый кадр или период пакета имеет другую задержку для каждого символа, нежели предшествующий или последующий кадр или период пакета.

Также, в варианте осуществления, изображенном на фиг.2, задержка, предоставляемая каждым элементом 230a по 230t-1 задержки, является другой, нежели задержка, предоставляемая каждым другим элементом задержки. Дополнительно, в то время как фиг.2 изображает, что генератор 228a циклического префикса не соединен с элементом задержки, другие варианты осуществления могут предоставлять элемент задержки к выходу каждого из генераторов 228a по 228t циклического префикса.

Символы, выводимые элементами 230a по 230t-1 задержки, предоставляются ассоциированному передатчику 232a по 232t, который побуждает символы передаваться антеннами 232a по 232t согласно задержке, предоставленной элементами 230a по 230t-1 задержки.

Как указывалось выше, в одном варианте осуществления изменяющаяся со временем задержка Δ_m, предоставляемая каждым элементом 230a по 230t- задержки, изменяется со временем. В одном варианте осуществления i-й OFDM символ передается как передаваемый символ из антенны m согласно задержке из уравнения 2:

уравнение 2

Результирующий полный канал в этом случае может быть описан как

уравнение 3

где H_m(i,n) - это n-й коэффициент дискретного преобразования Фурье (DFT) канала для импульсной характеристики канала из m-й передающей антенны в приемную антенну.

Использование этой изменяющейся со временем задержки может вводить как частотную избирательность, так и временную избирательность в канал, что может использоваться для улучшения производительности. Например, посредством использования изменяющихся со временем задержек для символов передачи по разным поднесущим и разным OFDM символам может одновременно предоставляться как временная избирательность, так и частотная избирательность. Более того, в случае передачи многочисленным пользователям временное изменение канала, которое предоставляется посредством изменения задержки для символов, может использоваться для обеспечения выигрыша от разнесения каждому из многочисленных пользователей, так как приемник каждого пользователя будет иметь разные состояния канала, нежели приемник каждого другого пользователя.

В одном варианте осуществления задержка Δ_m(i) может изменяться линейным способом со временем с каждым последовательным, или группой последовательных символов, которые задерживаются на n*β выборок, где β - это константа, и n изменяется от 0, 1,..., N-1, где N - это количество символов в кадре, периоде пакета или потоке символов. В другом варианте осуществления задержка Δ_m(i) может быть случайной задержкой, базирующейся на псевдослучайной последовательности, по отношению к смежному каналу, т.е. антенне, из N_T антенн, предшествующему и/или последующему символу. В дополнительном варианте осуществления задержка может изменяться с помощью f(x), где f - это функция, такая как синус, косинус или другая изменяющаяся со временем функция, и x изменяется от 0, 1, ..., N-1 или некоторые кратные этого, где N - это количество символов в кадре, периоде пакета или потоке символов. В каждом из предыдущих вариантов осуществления задержка также может изменяться, базируясь на информации обратной связи, в этом случае приемник посылает назад указатель качества канала, который описывает полные состояния канала, и Δ_m(i) изменяется для улучшения общего качества.

Ссылаясь на фиг.3, показан вариант осуществления изменяющейся со временем задержки, применяемой к символам, передаваемым из одной и той же антенны. Символы S₁, S₂, S₃ и S₄ генерируются, чтобы передаваться в течение последовательных интервалов T₁, T₂, T₃ и T₄ времени, соответственно. Каждый символ S₁, S₂, S₃ и S₄ содержит девять выборок N_S1, N_S2, N_S3, N_S4, N_S5, N_S6, N_S7, N_S8, N_S9, и циклический префикс N_C1 и N_C2 из двух выборок, которые являются выборками N_S8 и N_S9, соответственно. Следует отметить, что содержимое каждой выборки может быть разным для каждого из символов. Следует отметить, что выборки N_S1, N_S2, N_S3, N_S4,

N_S5, N_S6, N_S7, N_S8, N_S9 должны комбинироваться для формирования символа S₁ в порядке N_S1, N_S2, N_S3, N_S4, N_S5, N_S6, N_S7, N_S8, N_S9.

Элемент задержки, например, элемент 230a задержки, затем предоставляет задержку символу S₁, S₂, S₃ и S₄, которые передаются из одной и той же антенны. В варианте осуществления, изображенном на фиг.3, задержка для символа S₁ является одним периодом t₁ выборки. Следующий символ S₂, который должен передаваться по той же антенне немедленно после символа S₁, задерживается с помощью двух периодов t₁ и t₂ выборки. Следующий символ S₃, который должен передаваться по той же антенне немедленно после символа S₂, задерживается на три периода t₁, t₂ и t₃ выборки. Следующий символ S₄, который должен передаваться по той же антенне немедленно после символа S₃, задерживается на четыре периода t₁, t₂, t₃ и t₄ выборки. Если дополнительные символы должны передаваться по одной и той же антенне, следующий последовательный символ будет передаваться с задержкой из пяти периодов t₁, t₂, t₃, t₄ и t₅ выборки. Этим способом, линейная изменяющаяся со временем задержка может применяться к передаче из антенны, которая может быть или может не быть частью MIMO системы.

Следует отметить, что линейное изменение периода задержки не обязано быть последовательным по одному периоду выборки, а также может быть последовательным по 2 или более периодам выборки, например, первый символ S₁ может задерживаться на три периода выборки, второй символ S₂ задерживается на шесть периодов выборки, третий символ S₃ задерживается на девять периодов выборки, и четвертый символ S₄ задерживается на двенадцать периодов выборки. Также линейное изменение не обязано изменяться между каждым последовательным символом, но обязано для групп символов, например, символы S₁ и S₂, каждый, задерживаются на один период выборки, и символы S₃ и S₄, каждый, задерживаются на два или более периодов выборки.

Ссылаясь на фиг.4, показан вариант осуществления изменяющейся со временем задержки, применяемой к символу, передаваемому по многочисленным антеннам. Один и тот же символ S₁ должен передаваться из антенн A₁, A₂, A₃ и A₄. Символ S₁ содержит девять выборок N_S1, N_S2, N_S3, N_S4, N_S5, N_S6, N_S7, N_S8, N_S9 и циклический префикс N_C1 и N_C2 из двух выборок, которые являются выборками N_S8 и N_S9, соответственно. Из первой антенны A₁ символ S₁ не задерживается на какие-либо периоды выборки. Из второй антенны A₂ символ S₁ задерживается на один период t₁ выборки. Из третьей антенны A₃ символ S₁ задерживается на два периода t₁ и t₂ выборки. Из четвертой антенны A₄ символ S₁ задерживается на три периода t₁, t₂ и t₃ выборки. Как таковое, временное и частотное разнесение может предоставляться в MIMO системе в дополнение к пространственному разнесению, предоставляемому антеннами A₁, A₂, A₃ и A₄.

Временное разнесение, предоставляемое для схемы, изображенной на фиг.4, и его изменения, предоставляет уменьшение в вероятности столкновений посредством одних и тех же выборок одного и того же символа, тем самым минимизируя возможность деструктивного или конструктивного сложения каналов.

Следует отметить, что изменение задержки между одним и тем же символом, передаваемым по одной и той же антенне, не должно быть линейным или даже связанным с задержкой по другим антеннам при условии, что, если символ должен передаваться, по существу, одновременно, он должен задерживаться на разную величину на каждой антенне.

Следует отметить, что используемый порядок не обязан соответствовать количеству антенн и может изменяться для меньших групп или в большем количестве, чем количество антенн.

В дополнение, как описывалось по отношению к фиг.2, задержка может быть случайной и может базироваться на некоторой функции, такой как синус, косинус или другая функция. В некоторых вариантах осуществления период задержки ограничен количеством выборок в символе, где период задержки может повторяться после фиксированного или случайного количества символов. Также, следует отметить, что задержка между символами может быть дробными частями периодов выборки и не ограничивается, чтобы быть кратными целым периодам выборки. Дробная задержка может реализоваться, в одном варианте осуществления, посредством использования частей периодов тактовых импульсов от одного или более генератора тактовых импульсов модуля 200 передатчика.

Ссылаясь на фиг.5, показана блок-схема другого варианта осуществления модуля передатчика, который предоставляет изменяющееся со временем разнесение задержки. Модуль 500 передатчика является, по существу, идентичным модулю 200 передатчика. В дополнение, масштабирующие схемы 554a по 554t-1, каждая, подсоединяется к выходу одного из элементов 530a по 530t-1 задержки. Масштабирующие схемы 534a по 534t-1 обеспечивают фиксированный скалярный сдвиг задержке, предоставляемой каждым из элементов 530a по 530t-1 задержки. Например, фиксированный сдвиг применяется к каждой задержке так, что, например, если применяется постоянный сдвиг, равный 0,5, то одна задержка периода выборки будет 0,5 периодов выборок, задержка периода из двух выборок будет одним периодом выборки, и задержка периода из пяти выборок будет два и половина периодов выборки. В одном варианте осуществления каждая из масштабирующих схем 554a по 554t-1 предоставляет сдвиг, который является другим, нежели от любой другой масштабирующей схемы. В одном варианте осуществления по масштабирующим схемам 554a по 534t-1 обеспечивается линейная прогрессия, то есть масштабирующая схема 554a предоставляет сдвиг, меньший чем от 554b, который меньше чем от 554c, и т.д.

Следует отметить, что в то время как фиг.5 изображает, что генератор 228a циклического префикса не подсоединен к элементу задержки, другие варианты осуществления могут предоставлять элемент задержки на выходе каждого из генераторов 228a по 228t циклического префикса. Также, в то время как фиг.5 изображает, что генератор 228a циклического префикса не подсоединен к масштабирующей схеме, другие варианты осуществления могут предоставлять масштабирующую схему на выходе каждого из генераторов 228a по 228t циклического префикса, независимо от того, подсоединена ли схема задержки к генератору циклического префикса.

Ссылаясь на фиг.6, показана блок-схема варианта осуществления модуля приемника, способного использовать изменяющееся со временем разнесение задержки. Переданные сигналы принимаются антеннами 602a по 602r и обрабатываются приемниками 604a по 604r, соответственно, для предоставления N_R потоков выборок, которые затем предоставляются RX процессору 606.

Внутри демодулятора 608 элемент 612a по 612r удаления циклического префикса и FFT блоки 614a по 614r предоставляют N_R потоков символов. Элементы 612a по 612r удаления циклического префикса удаляют циклический префикс, включенный в каждый символ передачи, для предоставления соответствующего восстановленного OFDM символа.

FFT блоки 614a по 614r затем преобразуют каждый восстановленный символ потока символов, используя быстрое преобразование Фурье, для предоставления вектора N_F восстановленных символов модуляции для N_F частотных подканалов для каждого периода символа передачи. FFT блоки 614a по 614r предоставляют N_R потоков принятых символов пространственному процессору 620.

Пространственный процессор 620 выполняет пространственную или пространственно-временную обработку над N_R потоками принятых символов для предоставления N_T потоков обнаруженных символов, которые являются оценками N_T потоков переданных символов. Пространственный процессор 620 может реализовывать линейный ZF выравниватель, выравниватель инверсии матрицы корреляции канала (CCMI), выравниватель минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE), MMSE линейный выравниватель (MMSE-LE), выравниватель обратной связи решения (DFE) или некоторый другой выравниватель, которые описаны и изображены в патентных заявках США с номерами 09/993087, 09/854235, 09/826481 и 09/956444, каждая из которых включается сюда по ссылке в своей полноте.

Пространственный процессор 620 может быть способен компенсировать изменяющуюся со временем задержку, предоставленную элементами задержки и/или масштабирующей схемой передатчиков, которые описаны по отношению к фиг.2 и 5. Эта компенсация может предоставляться в одном варианте осуществления посредством использования схемы задержки, например, линейной, случайной согласно некоторой псевдослучайной последовательности, или функции, известной заранее модулю 600 приемника. Это знание может предоставляться, например, посредством использования одной и той же схемы, используемой всеми передатчиками, или предоставления информации в отношении схемы, используемой как часть инициализации связи между передатчиком и модулем 600 приемника.

Мультиплексор/демультиплексор 622 затем мультиплексирует/демультиплексирует обнаруженные символы, и предоставляет N_D агрегированных потоков обнаруженных символов для N_D потоков данных N_D элементам 624a по 624r обратного преобразования символов. Каждый элемент 624a по 624r обратного преобразования символов затем демодулирует обнаруженные символы в соответствии со схемой демодуляции, которая является комплементарной схеме модуляции, используемой для потока данных. N_D потоков демодулированных данных из N_D элементов 624a по 624r обратного преобразования символов затем предоставляются процессору 610 RX данных.

Внутри процессора 610 RX данных, у каждого потока демодулированных данных устраняется перемежение модулем устранения перемежения 632a по 632r канала способом комплементарным способу, выполняемому в системе передатчика для потока данных, и данные с устраненным перемежением дополнительно декодируются декодером 634a по 634r способом комплементарным способу, выполняемому в системе передатчика. Например, Турбо декодер или декодер Витерби могут использоваться для декодера 634a по 634r, если Турбо или сверточное кодирование, соответственно, выполняется в модуле передатчика. Декодированный поток данных из каждого декодера 634a по 634r представляет оценку потока переданных данных. Декодеры 634a по 634r также могут предоставлять состояние каждого принятого пакета (например, показывающее, был ли он принят корректно или с ошибкой). Декодер 634a по 634r может дополнительно хранить демодулированные данные для пакетов, не декодированных корректно, так что эти данные могут комбинироваться с данными из последующей инкрементной передачи и декодироваться.

В варианте осуществления, показанном на фиг.6, модуль 640 оценивания канала оценивает отклик канала и вариацию шума и предоставляет эти оценки процессору 650. Отклик канала и вариация шума могут оцениваться, базируясь на обнаруженных символах для пилот-сигнала.

Процессор 650 может проектироваться для выполнения различных функций, относящихся к выбору скорости. Например, процессор 650 может определять максимальную скорость передачи данных, которая может использоваться для каждого потока данных, базируясь на оценках канала и других параметрах, таких как схема модуляции.

Ссылаясь на фиг.7, показана блок-схема варианта осуществления элемента задержки. Процессор 700 соединен через шину 702 с памятью 704. Память 704 используется для хранения выборок представлений символов модуляции во временной области, которые предоставляются для передачи. Выборки каждого символа хранятся в местоположениях памяти, которые известны процессору 700. Процессор 700 может затем обеспечить вывод выборок каждого символа из памяти 704, используя любую требуемую изменяющуюся со временем задержку для последовательности, групп, или кадров или периодов пакета символов.

Как описано по отношению к фиг.3 и 4, задержка для каждого символа может изменяться между каждым символом, для групп символов, которые должны передаваться непрерывно, и между символами в разных кадрах или периодах пакетов. Использование памяти позволяет любой заданной или адаптивной схеме использоваться для предоставления задержки символов и поэтому предоставления временного разнесения, которое может изменяться, базируясь на состояниях канала, также как предварительно определенных схемах, например, линейное изменение.

Ссылаясь на фиг.8, показана блок-схема последовательности операций варианта осуществления способа для предоставления изменяющегося со временем разнесения задержки. Выборки того, что представляет один или более модулированных символов после того, как они были подвергнуты обратному быстрому преобразованию Фурье, предоставляются на этапе 800. Циклический префикс затем присоединяется спереди к каждому из модулированных символов, этап 802. Размер префикса может изменяться, как требуется, и в одном варианте осуществления может быть в тридцать две или более выборок.

Выборки, включающие в себя циклический префикс, затем сохраняются в памяти, этап 804, которая в одном варианте осуществления может быть буферной. В одном варианте осуществления выборки для каждого модулированного символа хранятся в памяти согласно порядку, в котором они предоставляются после присоединения спереди циклического префикса. В других вариантах осуществления выборки каждого модулированного символа могут храниться в любом порядке, который требуется. Первый символ, который должен передаваться для символа, удаляется согласно первой задержке N, этап 806. Следующий символ, который должен передаваться, затем удаляется согласно второй задержке, которая является другой, нежели первая задержка, этап 808. Вторая задержка и дополнительные задержки для более поздних символов могут быть задержками N+β, где β может быть линейным увеличением или уменьшением от N, случайным изменением от N или быть результатом некоторой функции.

Затем осуществляется определение в отношении, были ли символы, которые должны задерживаться, переданы или иным образом использованы, этап 810. Если нет, предоставляются дополнительные задержки к выводу дополнительных символов из памяти или буфера согласно одной и той же временной вариации, этап 808. Если да, то обработка прекращается, и предоставляются дополнительные символы, как описывалось в отношении этапов 800-804, этап 812.

Ссылаясь на фиг.9, показана блок-схема дополнительного варианта осуществления модуля передатчика, который предоставляет изменяющееся со временем разнесение задержки. Модуль 900 передатчика, по существу, идентичен модулю 200 передатчика. Однако вместо использования элемента 230a по 230t-1 задержки, подсоединенного к выходу IFFT блоков 226a по 226t, схемы 930a по 930t-1 фазового сдвига подсоединяются до входа IFFT блоков 926a по 926t, они принимают вывод модулятора 924. Схемы 930a по 930t-фазового сдвига обеспечивают изменяющийся со временем фазовый сдвиг для выборок каждого символа. Например, схема 930a фазового сдвига может предоставлять фазовый сдвиг Φ₁ выборкам первого символа и фазовый сдвиг Φ₁ выборкам следующего или более позднего символа, выводимого модулятором. Выборки более позднего символа могут иметь фазовый сдвиг другой или той же величины. Этот фазовый сдвиг может работать как задержка во временной области после применения IFFT блоками 926a по 926t IFFT.

Каждая схема 930a по 930t фазового сдвига может предоставлять другой фазовый сдвиг, чем каждая другая схема 930a по 930t фазового сдвига, так что задержка одного и того же символа, переданного из многочисленных антенн, отличается для каждой антенны. Вариация может быть или может не быть функцией фазового сдвига, применяемого по отношению к любой другой антенне.

В одном варианте осуществления фазовый сдвиг, предоставляемый каждой схемой 930a по 930t фазового сдвига, является таким, что фазовый сдвиг изменяется между последовательными символами, выводимыми модулятором. В других вариантах осуществления фазовый сдвиг может изменяться между группами двух, трех, четырех или более символов с каждым символом внутри группы, имеющей один и тот же фазовый сдвиг. В дополнительных вариантах осуществления все из символов в кадре или периоде пакета будут иметь один и тот же фазовый сдвиг, причем каждый кадр или период пакета имеет другой фазовый сдвиг для каждого символа, нежели предшествующий или последующий кадр или период пакета.

Следует отметить, что в то время как фиг.9 изображает, что схема фазового сдвига не подсоединена к генератору 928a циклического префикса, другие варианты осуществления могут предоставлять схему фазового сдвига на выходе каждого из генераторов 928a по 928t циклического префикса.

В некотором варианте осуществления модулятор и схема фазового сдвига могут содержать процессор.

Ссылаясь на фиг.10, показана блок-схема последовательности операций варианта осуществления способа для предоставления изменяющегося со временем разнесения задержки. Выборки первого символа, выводимого модулятором, подвергаются первому фазовому сдвигу Φ₁, этап 1000. Выборки второго символа затем подвергаются фазовому сдвигу Φ₂, который является другим, нежели Φ₁, этап 1002. Затем осуществляется определение, должны ли дополнительные символы еще сдвигаться по фазе, этап 1004. Если нет, то фазовый сдвиг, который может быть таким же или другим как Φ₁ или Φ₂, затем применяется к выборкам следующего символа, выводимого модулятором, этап 106. Этот процесс затем повторяется до тех пор, когда не имеется никаких дополнительных символов, чтобы сдвигать по фазе.

Если не имеется никаких дополнительных символов, чтобы сдвигать по фазе, символы подвергаются IFFT, этап 1008, присоединению спереди циклического префикса, этап 1010, и сохранению символа в памяти, этап 1012, которая в одном варианте осуществления может являться буфером. В одном варианте осуществления выборки для каждого модулированного символа сохраняются в памяти согласно порядку, в котором они предоставляются после присоединения спереди циклического префикса. В других вариантах осуществления выборки каждого модулированного символа могут храниться в любом порядке, который требуется.

В некоторых вариантах осуществления фазовый сдвиг может быть разным между последовательными символами, группами символов, или кадров на фазу, которая равна постоянному углу, умноженному на изменяющееся число, соответствующее местоположению символа в потоке символов, или другому порядковому числу. Постоянный угол может быть фиксированным или может изменяться согласно другим временным константам. Также, постоянный угол, применяемый к символам, предназначенным для разных антенн, может быть разным.

В других вариантах осуществления фазовый сдвиг может изменяться согласно случайной фазе по отношению к любым другим символам. Это может предоставляться посредством использования псевдослучайного кода для генерирования фазового сдвига.

Следует отметить, что в то время как фиг.10 показывает ожидание выполнения IFFT и присоединения спереди циклического префикса до тех пор, когда фазовый сдвиг применяется ко всем символам кадра или периода пакета, каждый символ может подвергаться IFFT и присоединению спереди циклического префикса либо индивидуально, либо в группах до завершения применения фазовых сдвигов к каждому из символов кадра или периода пакета.

Следует отметить, что передатчик 200 и 500 может принимать и обрабатывать соответствующий поток символов модуляции (для MIMO без OFDM) или поток символов передачи (для MIMO с OFDM), чтобы генерировать модулированный сигнал, который затем передается из ассоциированной антенны. Другие конструкции для модуля передатчика также могут реализоваться и находятся в пределах объема этого изобретения.

Кодирование и модуляция для MIMO систем с и без OFDM описаны в дополнительных деталях в следующих патентных заявках США:

- патентная заявка США № 09/993087, озаглавленная "Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System", зарегистрированная 6 ноября 2001 года;

- патентная заявка США № 09/854235, озаглавленная "Method and Apparatus for Processing Data in a Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System Utilizing Channel State Information", зарегистрированная 11 мая 2001 года;

- патентные заявки США №№ 09/826481 и 09/956449, обе озаглавленные "Method and Apparatus for Utilizing Channel State Information in a Wireless Communication System", зарегистрированные 23 марта 2001 года и 18 сентября 2001 года, соответственно;

- патентная заявка США № 09/776075, озаглавленная "Coding Scheme for a Wireless Communication System", зарегистрированная 1 февраля 2001 года; и

- патентная заявка США № 09/532492, озаглавленная "High Efficiency, High Performance Communications System Employing Multi-Carrier Modulation", зарегистрированная 30 марта 2000 года.

Эти заявки все переуступлены правообладателю настоящей заявки и включены сюда по ссылке. Заявка № 09/776075 описывает схему кодирования, в силу чего могут достигаться разные скорости посредством кодирования данных с одним и тем же базовым кодом (например, сверточным или турбокодом) и регулировки прокалывания для достижения требуемой скорости. Другие кодирование и схемы модуляции также могут использоваться, и это находится внутри объема этого изобретения.

Специалисты в данной области техники должны понимать, что различные иллюстративные логические этапы, модули, схемы и алгоритмы, описанные в связи с вариантами осуществления, здесь раскрытыми, могут реализоваться как электронное аппаратное обеспечение, компьютерное программное обеспечение или комбинации обоих. Чтобы ясно проиллюстрировать эту взаимозаменяемость аппаратного обеспечения и программного обеспечения, различные иллюстративные компоненты, этапы, модули, схемы и алгоритмы были описаны выше, в общем, в терминах их функциональности. Реализуется ли такая функциональность как аппаратное обеспечение или программное обеспечение зависит от конкретного приложения и проектных ограничений, наложенных на всю систему. Квалифицированные производители могут реализовать описанную функциональность различными способами для каждого конкретного приложения, но такие решения реализации не должны интерпретироваться как вызывающие отход от объема настоящего изобретения.

Различные иллюстративные логические этапы, процессоры, модули и схемы, описанные в связи с вариантами осуществления, здесь раскрытыми, могут реализоваться или выполняться с помощью процессора общего назначения, цифрового сигнального процессора (DSP), схем, специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) или другого программируемого логического устройства, дискретного логического элемента или транзисторной логики, дискретных аппаратных компонентов, или любой комбинации перечисленного, спроектированных для выполнения функций, здесь описанных. Процессор общего назначения может быть микропроцессором, но в альтернативе, процессор может быть любым стандартным процессором, процессором, микропроцессором или конечным автоматом. Процессор также может реализовываться как комбинация устройств, например, комбинация DSP и микропроцессора, множество микропроцессоров, один или более микропроцессоров в соединении с ядром DSP, многочисленные логические элементы, многочисленные схемы или любая другая такая конфигурация.

Способы или алгоритмы, описанные в связи с вариантами осуществления, здесь раскрытыми, могут осуществляться напрямую в аппаратном обеспечении, в программном модуле, исполняемом процессором, или в комбинации упомянутых двух. Программный модуль может находиться в памяти RAM, флэш-памяти, памяти ROM, памяти EPROM, памяти EEPROM, регистрах, жестком диске, съемном диске, CD-ROM или любой другой форме запоминающего носителя, известного в данной области техники. Иллюстративный запоминающий носитель подсоединяется к процессору, такой процессор может считывать информацию из, и записывать информацию на, запоминающий носитель. В альтернативе, запоминающий носитель может быть объединенным с процессором. Процессор и запоминающий носитель могут находиться в ASIC. ASIC может находиться в пользовательском терминале. В альтернативе, процессор и запоминающий носитель могут находиться как дискретные компоненты в пользовательском терминале.

Предыдущее описание раскрытых вариантов осуществления предоставляется, чтобы позволить любому специалисту в данной области техники осуществить или использовать настоящее изобретение. Различные модификации этих вариантов осуществления должны быть непосредственно очевидны специалистам в данной области техники, и общие принципы, здесь определенные, могут применяться к другим вариантам осуществления без отхода от сущности или объема этого изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не предназначено быть ограниченным вариантами осуществления, здесь показанными, но ему должен предоставляться наибольший объем, совместимый с принципами и новыми признаками, здесь раскрытыми.