ПЕРЕДАЧА ПИЛОТ-СИГНАЛА И ОЦЕНКА КАНАЛА ДЛЯ МНОЖЕСТВА ПЕРЕДАТЧИКОВ

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет по предварительной заявке № 60/590 864, озаглавленной «Pilot Transmission Schemes for a Multi-Antenna System» (Схемы передачи пилот-сигнала для многоантенной системы), которая подана 22 июля 2004 г., и правопреемником которой является правопреемник настоящей заявки, и которая включена по ссылке во всей своей полноте в настоящий документ.

Уровень техники

I. Область техники

Настоящее изобретение относится, в основном, к связи и более конкретно к передаче пилот-сигнала и оценке канала в системе беспроводной связи.

II. Уровень техники

В системе беспроводной связи часто необходимо выполнять оценку характеристики беспроводного канала от передатчика к приемнику. Оценка канала может использоваться для различных целей, таких как обнаружение данных, временная синхронизация, коррекция частоты, пространственная обработка, выбор скорости передачи и т.п. Оценка канала обычно выполняется посредством передачи пилот-сигнала, содержащего пилот-символы, которые известны априори как передатчику, так и приемнику. Приемник затем может оценивать коэффициенты усиления канала как отношение принятых пилот-символов к известным пилот-символам.

Пилот-сигнал обычно искажается как шумом, так и помехами. Эти искажения снижают качество оценки канала, полученной приемником на основе принятого пилот-сигнала. Шум может поступать от различных источников, таких как беспроводный канал, электронные схемы приемника и т.п. Вызванное шумом искажение обычно может исследоваться посредством передачи пилот-сигнала надлежащим образом и/или в течение достаточного периода времени, так что приемник может получить требуемое качество для оценки канала. Помехи могут происходить в результате работы множества передатчиков, передающих одновременно свои пилот-сигналы. Эти передатчики могут относиться к различным базовым станциям в системе, к различным антеннам одной и той же базовой станции и т.п. В любом случае пилот-сигнал от каждого передатчика является помехой для пилот-сигналов от других передатчиков. Эта помеха от пилот-сигналов снижает качество оценки канала.

В технике, поэтому, существует потребность в способах получения оценки канала высокого качества в присутствии множества передатчиков.

Сущность изобретения

В настоящей заявке описываются методы передачи пилот-сигналов от множества передатчиков и выполнения оценки канала для этих передатчиков. Эти методы могут подавлять или аннулировать помеху от пилот-сигналов и обеспечивать оценки канала с более высоким качеством. Каждому передатчику назначается только временной пилот-код, только частотный пилот-код или частотно-временной пилот-код для использования для передачи пилот-сигнала. Пилот-коды могут представлять собой псевдослучайные коды, ортогональные коды (например, коды Уолша), коды с циклическим сдвигом и т.п. или их комбинации. Каждый передатчик передает свой пилот-сигнал или по фиксированному набору частотных подполос, или по разным наборам частотных подполос в различных периодах символа и дополнительно использует свой назначенный пилот-код.

Обработка, выполняемая приемником с целью получения оценки канала для каждого рассматриваемого передатчика, а также качество оценки канала зависят от пилот-кодов, используемых передатчиками и от того как передаются пилот-сигналы, что описано ниже. Например, каждый передатчик может использовать частотно-временной пилот-код, состоящий из только временного кода и только частотного кода для передачи пилот-сигнала. Приемник затем может получать оценку канала для требуемого передатчика следующим образом. Для каждого периода символа с передачей пилот-сигнала приемник получает набор принятых символов для набора частотных подполос, используемых для передачи пилот-сигнала в этом периоде символа. Приемник умножает набор принятых символов на набор кодовых значений для только частотного кода, назначенного требуемому передатчику, и получает набор обнаруженных символов. Приемник выполняет обратное преобразование (например, обратное дискретное преобразование Фурье (ОДПФ)) каждого набора обнаруженных символов с целью получения начальной оценки импульсной характеристики. Приемник затем выполняет сопоставление кода по множеству начальных оценок импульсной характеристики, полученных для множества периодов символа, с только временным кодом, назначенным требуемому передатчику, с целью получения окончательной оценки импульсной характеристики для требуемого передатчика, что описано ниже. Приемник может выполнять усечение для сохранения первых L отводов канала окончательной оценки импульсной характеристики и обнулять остальные отводы канала. L может представлять собой ожидаемую длину импульсной характеристики канала для требуемого передатчика. Приемник также может выполнять оценку канала другими способами, как описано ниже.

Различные аспекты и варианты осуществления изобретения описываются более подробно ниже.

Краткое описание чертежей

Отличительные признаки и сущность настоящего изобретения станут более очевидными из подробного описания, изложенного ниже, рассматриваемого совместно с чертежами, на которых аналогичные позиции обозначают соответствующие элементы по всему документу.

Фиг.1 изображает блок-схему передатчика и приемника.

Фиг.2 изображает структуру чередования подполос.

Фиг.3 изображает фиксированную схему передачи пилот-сигнала.

Фиг.4 изображает схему с шахматным расположением передач пилот-сигнала.

Фиг.5 изображает процесс передачи пилот-сигнала.

Фиг.6 изображает процесс оценки канала, который выполняет сопоставление пилот-кода во временной области для только временного пилот-кода.

Фиг.7 изображает процесс оценки канала, который выполняет сопоставление пилот-кода в частотной области для только временного пилот-кода.

Фиг.8 изображает процесс оценки канала для только частотного пилот-кода.

Фиг.9 изображает процесс оценки канала для расположенного в шахматном порядке пилот-сигнала с кодом с циклическим сдвигом.

Фиг.10 изображает фазовые диаграммы кодов с циклическим сдвигом для четырех передатчиков.

Фиг.11 иллюстрирует импульсные характеристики канала для множества передатчиков с кодами с циклическим сдвигом.

Фиг.12 изображает процессы оценки канала для частотно-временного пилот-кода.

Подробное описание

Слово «примерный» используется в данном документе для того, чтобы означать «служащий в качестве примера, копии или иллюстрации». Любой вариант осуществления или образец, описанный в данном документе в качестве «примерного», необязательно должен толковаться как предпочтительный или выгодный относительно других вариантов осуществления или образцов.

Методы передачи пилот-сигнала и оценки канала, описанные в данном документе, могут использоваться для различных систем беспроводной связи. Эти методы могут использоваться для нисходящей линии связи, а также для восходящей линии связи. Нисходящая линия связи или прямая линия связи представляет собой линию связи от базовой станции к беспроводному устройству, и восходящая линия связи или обратная линия связи представляет собой линию связи от беспроводного устройства к базовой станции. Базовая станция, в основном, представляет собой стационарную станцию, которая устанавливает связь с беспроводными устройствами, и также может называться базовой приемопередающей системой (БППС), узлом доступа или определяться некоторой другой терминологией. Беспроводное устройство может быть стационарным или мобильным и может также называться абонентским терминалом, мобильной станцией, телефонной трубкой или определяться некоторой другой терминологией.

Системы связи широко используются для предоставления различных услуг связи, таких как передача речи, пакетных данных и т.п. Этими системами могут быть системы множественного доступа с временным, частотным и/или кодовым разделением каналов, способные одновременно поддерживать связь с множеством абонентов посредством совместного использования доступных ресурсов системы. Примеры таких систем множественного доступа включают в себя системы множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР), системы многочастотного МДКР (МЧ-МДКР), системы широкополосного МДКР (ШМДКР), системы высокоскоростного пакетного доступа нисходящей линии (ВСПДН), системы множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР), системы множественного доступа с частотным разделением каналов (МДЧР) и системы множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (МДОЧРК).

Методы, описанные в данном документе, также могут использоваться с различными методами многочастотной модуляции, такими как мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (МОЧРК). МОЧРК эффективно разделяет общую полосу частот системы на множество (К) ортогональных частотных подполос. Эти подполосы также называются тонами, поднесущими, элементами разрешения и частотными каналами. При МОЧРК каждая подполоса ассоциируется с соответствующей поднесущей, которая может модулироваться данными.

Фиг.1 изображает блок-схему передатчика 110 и приемника 150 в системе 100 беспроводной связи. Передатчик 110 может быть частью базовой станции, а приемник 150 может быть частью беспроводного устройства. Альтернативно передатчик 110 может быть частью беспроводного устройства, а приемник 150 может быть частью базовой станции. Вообще говоря, базовая станция может включать в себя любое количество передатчиков и любое количество приемников. Беспроводное устройство, аналогично, может включать в себя любое количество передатчиков и любое количество приемников.

В передатчике 110 процессор 120 данных передачи (ТХ) принимает данные различных типов, такие как, например, данные трафика/пакетов и служебные/управляющие данные. Процессор 120 данных ТХ обрабатывает (например, кодирует, перемежает и выполняет отображение символов) данные для генерирования символов данных и подает символы данных на модулятор (Мод) 130 МОЧРК. Как используется в данном документе, символ данных представляет собой символ модуляции для данных, пилот-символ представляет собой символ модуляции для пилот-сигнала, кодовый символ представляет собой пилот-символ, умноженный на кодовое значение, и символ модуляции представляет собой комплексное значение для точки в сигнальной совокупности для схемы модуляции (например, многопозиционная фазовая манипуляция (М-ФМ), многопозиционная квадратурная амплитудная модуляция (М-КАМ) и т.д.). Пилот-символы и кодовые символы известны априори как передатчику, так и приемнику. Процессор 122 пилот-сигнала принимает пилот-код, назначенный передатчику 110, генерирует кодовые символы на основе пилот-кода, как описано ниже, и подает кодовые символы на модулятор 130 МОЧРК.

Модулятор 130 МОЧРК мультиплексирует символы данных и кода по надлежащим подполосам и периодам МОЧРК-символа и выполняет модуляцию МОЧРК мультиплексированных символов для генерирования МОЧРК-символов. Для каждого периода МОЧРК-символа модулятор 130 МОЧРК выполняет К-точечное обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ) К мультиплексированных символов для К полных подполос и генерирует преобразованный символ, который содержит К выборок временной области. Каждая выборка представляет собой комплексное значение, подлежащее передаче в одном периоде выборки. Модулятор 130 МОЧРК затем повторяет часть каждого преобразованного символа и формирует МОЧРК-символ, который содержит К+С выборок, где С представляет собой количество повторяемых выборок. Повторенная часть часто называется циклическим префиксом и используется для противодействия межсимвольной интерференции (МСИ), вызванной частотно-селективным замиранием. Период МОЧРК-символа (или просто период символа) представляет собой длительность одного МОЧРК-символа и равен К+С периодам выборки. Модулятор 130 МОЧРК подает поток МОЧРК-символов на блок 132 передатчика (TMTR). Блок 132 передатчика обрабатывает (например, преобразует в аналоговую форму, усиливает, фильтрует и преобразует с повышением частоты) поток МОЧРК-символов и генерирует модулированный сигнал, который передается антенной 134.

В приемнике 150 антенна 152 принимает модулированные сигналы, переданные передатчиком 110, а также другими передатчиками, и подает принятый сигнал на блок 154 приемника (RCVR). Блок 154 приемника обрабатывает (например, фильтрует, усиливает, преобразует с понижением частоты и оцифровывает) принятый сигнал и подает поток принятых выборок. Демодулятор (Демод) 160 МОЧРК выполняет демодуляцию МОЧРК принятых выборок. Для каждого периода МОЧРК-символа демодулятор 160 МОЧРК удаляет циклический префикс, присоединенный к принятому МОЧРК-символу, выполняет К-точечное быстрое преобразование Фурье (БПФ) К принятых выборок для периода МОЧРК-символа и генерирует К принятых символов для К полных подполос. Демодулятор 160 МОЧРК подает принятые символы данных на детектор 170 и принятые пилот-символы на блок 172 оценки канала.

Блок 172 оценки канала выводит оценку канала для беспроводного канала между передатчиком 110 и приемником 150 на основе принятых пилот-символов, как описано ниже. Детектор 170 выполняет обнаружение данных (например, выравнивание или согласованную фильтрацию) принятых символов данных с оценкой канала от блока 172 оценки канала и подает оценки символов данных, которые представляют собой оценки символов данных, посланных передатчиком 110. Процессор 180 данных приема (RX) обрабатывает (например, выполняет обратное отображение символов, устраняет перемежение и декодирует) оценки символов данных и выдает декодированные данные. Вообще говоря, обработка демодулятором 160 МОЧРК, процессором 180 данных RX и блоком 172 оценки канала является комплементарной по отношению к обработке модулятором 130 МОЧРК, процессором 120 данных ТХ и процессором 122 пилот-сигнала соответственно на передатчике 110.

Контроллеры 140 и 190 управляют работой передатчика 110 и приемника 150 соответственно. Блоки 142 и 192 памяти хранят программные коды и данные, используемые контроллерами 140 и 190, соответственно.

Фиг.2 изображает структуру 200 чередования подполос, которая может использоваться для передачи пилот-сигнала в системе 100. Вся полоса частот системы разделяется на К частотных подполос с использованием МОЧРК. Для простоты последующее описание предполагает, что все К подполос могут использоваться для передачи и им назначаются индексы k=1, ... К. К полных подполос размещаются в S «чередованиях», которые также могут называться группами или наборами подполос. Каждое чередование содержит Р подполос с индексами p=1, ... Р, где P=K/S. Р подполос для каждого чередования могут равномерно распределяться по К полным подполосам, так что последовательные подполосы в чередовании разделяются посредством S подполос. Пилот-сигнал может передаваться в одном чередовании в каждом периоде символа с передачей пилот-сигнала. Подполосы пилот-сигнала представляют собой подполосы, используемые для передачи пилот-сигнала.

Вообще говоря система 100 может использовать любую структуру МОЧРК с любым количеством полных подполос и подполос пилот-сигнала. Для ясности последующее описание предназначается для структуры МОЧРК, показанной на фиг.2, при этом Р подполос пилот-сигнала равномерно распределены по К полным подполосам. Эта структура пилот-сигнала дает возможность приемнику выполнять оценку коэффициентов усиления канала по всей полосе частот системы и дополнительно дает возможность приемнику выполнять Р-точечные обратные преобразования вместо К-точечных обратных преобразований для оценки канала.

В последующем описании требуемым передатчиком является передатчик, беспроводный канал которого оценивается. Создающим помехи передатчиком является передатчик, который вызывает помехи требуемому передатчику и оказывает влияние на оценку канала. Приемник может принимать пилот-сигналы от любого количества передатчиков, которые могут относиться к одному и тому же или разным передающим объектам (например, базовым станциям). Приемник может выводить оценки канала для множества передатчиков на основе пилот-сигналов, принятых от этих передатчиков. Каждый передатчик является требуемым передатчиком для оценки своего канала и создающим помехи передатчиком для оценок канала для других передатчиков.

Передатчики могут быть синхронными и могут передавать свои пилот-сигналы одновременно по одним и тем же подполосам пилот-сигнала в одинаковых периодах символа. Пилот-сигналы тогда будут создавать помехи друг другу. Чтобы облегчить оценку канала в присутствии множества передатчиков, каждый передатчик может умножать свои пилот-символы на пилот-код, назначенный этому передатчику. Пилот-коды для различных передатчиков созданы таким образом, чтобы хорошая оценка канала могла быть получена для любого рассматриваемого передатчика.

В таблице перечислены некоторые типы и схемы пилот-кодов, которые могут использоваться для передачи пилот-сигнала. Только временной код представляет собой код, который представляет собой функцию только времени или периодов символа. Только частотный код представляет собой код, который представляет собой функцию только частоты или подполос. Только временные коды T_i(n) для различных передатчиков могут быть псевдослучайными или ортогональными относительно друг друга. Только частотные коды F_i(k) для различных передатчиков могут быть псевдослучайными относительно друг друга или могут быть различными кодами с циклическим сдвигом. Псевдослучайные коды могут генерироваться генераторами псевдослучайных чисел (ПСЧ). Ортогональными кодами могут быть коды Уолша, ортогональные коды с переменным коэффициентом расширения (ОПКР) и т.п. Пилот-код, назначенный каждому передатчику, может быть только временным кодом, только частотным кодом или комбинацией только временного кода и только частотного кода. Различные типы пилот-кодов описаны ниже.

Как показано в таблице, частотно-временной пилот-код может быть сформирован произведением кода временной области и только частотного кода следующим образом:

где T_i(n) представляет собой только временной код, назначенный i-му передатчику;

F_i(k) представляет собой только частотный код, назначенный i-му передатчику; и

S_i(k,n) представляет собой частотно-временной пилот-код, назначенный i-му передатчику.

Для ясности в последующем описании индекс i=0 относится к требуемому передатчику, и индексы i=1, ... М относятся к М создающим помехи передатчикам, где М может быть любым значением целого числа. Каждое значение пилот-кода представляет собой комплексное значение с единичной величиной, так что , где S^*(k,n)представляет собой комплексно сопряженное число для S(k,n).

Передатчики могут передавать свои пилот-сигналы, используя различные схемы передачи пилот-сигнала. То, каким образом пилот-сигналы передаются, оказывает влияние на обработку, выполняемую приемником для оценки канала. Ниже описываются две примерные схемы передачи пилот-сигнала.

Фиг.3 изображает фиксированную схему 300 передачи пилот-сигнала, которая использует одно чередование для передачи пилот-сигнала во всех периодах символа. Кодовые символы для каждого передатчика могут генерироваться на основе только временного кода T_i(n) и/или только частотного кода F_i(k), назначенного этому передатчику. Кодовые символы для требуемого передатчика показаны на фиг.3. Пилот-сигнал может передаваться в каждом периоде символа, как показано на фиг.3, или только в некоторых периодах символа.

Фиг.4 изображает схему 400 с шахматным расположением передач пилот-сигнала, которая использует два чередования для передачи пилот-сигнала в чередующихся периодах символа. Вообще говоря для передачи пилот-сигнала может использоваться любое количество чередований. Конкретное чередование для использования для передачи пилот-сигнала в каждом периоде символа может выбираться на основе предварительно определенного шаблона или псевдослучайным образом. Кодовые символы для каждого передатчика могут генерироваться на основе только временного кода T_i(n) и/или только частотного кода F_i(k), назначенного этому передатчику. Кодовые символы для требуемого передатчика показаны на фиг.4.

Как для фиксированной схемы, так и для схемы с шахматным расположением передач пилот-сигнала Р подполосы, используемые для передачи пилот-сигнала в каждом периоде n символа, называются подполосами пилот-сигнала и обозначаются как K_pilot(n). Подполосы пилот-сигнала известны как передатчику, так и приемнику.

Фиг.5 изображает процесс 500 передачи пилот-сигнала передатчиком. Первоначально передатчик определяет только временной код и/или только частотный код, назначенный передатчику для передачи пилот-сигнала (блок 512). Передатчик определяет подполосы пилот-сигнала для каждого периода символа с передачей пилот-сигнала (блок 514). Различные чередования могут использоваться в различных периодах символа, и только частотный код может зависеть от конкретных подполос, используемых для передачи пилот-сигнала. Передатчик генерирует кодовые символы для каждого периода символа с передачей пилот-сигнала на основе (1) назначенного только временного кода и/или только частотного кода и (2) подполос пилот-сигнала для этого периода символа (блок 516). Затем передатчик передает кодовые символы по подполосам пилот-сигнала (блок 518).

1. Только временные пилот-коды

Для только временного пилот-кода пилот-код один и тот же для всех подполос пилот-сигнала и изменяется только по периодам символа. Кодовые символы, посылаемые требуемым передатчиком, могут быть выражены как:

где P(k) представляет собой пилот-символ для подполосы k; и C(k,n) представляет собой кодовый символ, посланный по подполосе k в периоде n символа.

Уравнение (2) предполагает, что один и тот же пилот-символ P(k) используется для подполосы k во всех периодах символа.

Кодовые символы, посланные каждым создающим помехи передатчиком, могут быть выражены как:

где X_i(k,n) представляет собой кодовый символ, посланный по подполосе k в периоде n символа i-м создающим помехи передатчиком.

Принятые символы для Р подполос пилот-сигнала (или, просто, принятые пилот-символы) в приемнике могут быть выражены как:

где Y(k,n) представляет собой принятый пилот-символ для подполосы k в периоде n символа;

H(k,n) представляет собой коэффициент усиления канала от требуемого передатчика к приемнику для подполосы k в периоде n символа;

E_d представляет собой мощность передачи, используемую для пилот-сигнала требуемым передатчиком;

G_i(k,n) представляет собой коэффициент усиления канала от i-го создающего помехи передатчика к приемнику для подполосы k в периоде n символа;

E_i представляет собой мощность передачи, используемую для пилот-сигнала i-м создающим помехи передатчиком; и

W(k,n) представляет собой шум в подполосе k в периоде n символа в приемнике.

Предполагается, что шумом W(k,n) может быть аддитивный белый гауссов шум (АБГШ) с нулевым средним и дисперсией N₀.

Каждый передатчик передает свой пилот-сигнал с уровнем мощности, определенным техническими требованиями системы, регулирующими ограничения и т.п. Требуемый и создающие помехи передатчики могут передавать свои пилот-сигналы с одинаковыми или разными уровнями мощности. Уровни мощности пилот-сигнала оказывают влияние на качество оценки канала, но, в основном, не изменяют обработку приемником для оценки канала.

Для простоты в нижеследующем описании предполагается, что все передатчики передают свои пилот-сигналы с единичной мощностью, так что E_d=E_i=1 для всех i. Кроме того, предполагается, что пилот-символы имеют значения P(k)=1+j0, так что C(k,n)=C(n)=T₀(n ) и X_i(k,n)=X_i(n)=T_i(n) для только временного пилот-кода. Принятые пилот-символы тогда могут быть выражены как:

Приемник обрабатывает принятые пилот-символы с целью получения оценки характеристики беспроводного канала от требуемого передатчика к приемнику. Этот беспроводный канал может характеризоваться или импульсной характеристикой канала, или частотной характеристикой канала. Как используется в данном документе и согласуется с обычной терминологией, «импульсная характеристика канала» или «импульсная характеристика» представляет собой характеристику во временной области беспроводного канала, и «частотная характеристика канала» или «частотная характеристика» представляет собой характеристику в частотной области беспроводного канала. В системе с выборочными данными частотная характеристика канала представляет собой дискретное преобразование Фурье (ДПФ) импульсной характеристики канала.

Приемник может получать оценку канала для требуемого передатчика посредством выполнения сопоставления пилот-кода (или просто, сопоставления кода) во временной области или частотной области. Сопоставление кода относится к обработке с использованием пилот-кода требуемого передатчика для получения оценки канала для требуемого передатчика и для подавления или аннулирования помех от пилот-сигналов от других передатчиков.

Фиг.6 изображает процесс 600 вывода оценки канала посредством выполнения сопоставления кода во временной области для только временного пилот-кода. Для этого варианта осуществления приемник получает начальную оценку импульсной характеристики (которая представляет собой последовательность выборок временной области) для каждого периода символа и затем выполняет сопоставление кода для каждого отвода канала с целью получения окончательной оценки импульсной характеристики для требуемого передатчика. Первоначально приемник выполняет обратное преобразование Р принятых пилот-символов, Y(k,n) для k∈K_pilot(n), для каждого периода n символа с целью получения начальной оценки импульсной характеристики, y(l,n) для l=1, ... Р, для этого периода символа (блок 612). Обратным преобразованием может быть ОДПФ или некоторое другое линейное преобразование.

Начальная оценка импульсной характеристики содержит линейное изменение фазы по Р отводам канала. Наклон линейного изменения фазы определяется индексом первой подполосы пилот-сигнала. Линейное изменение фазы может быть удалено (блок 614) посредством умножения каждого отвода канала следующим образом:

где k_n представляет собой индекс первой подполосы пилот-сигнала для периода n символа; и

представляет собой l-й отвод канала для периода n символа после удаления линейного изменения фазы.

Члены «k_n-1» (вместо «k_n») и «l-1» (вместо «l») в экспоненте в уравнении (6) обусловлены тем, что индексы начинаются с 1 вместо 0. Индекс k_n является фиксированным для всех периодов символа для фиксированной схемы передачи пилот-сигнала и разным для разных периодов символа для схемы с шахматным расположением передач пилот-сигнала. Удаление линейного изменения фазы и обратное преобразование также могут выполняться одновременно на одном этапе с использованием соответствующей матрицы обратного преобразования.

Приемник выполняет сопоставление кода по начальным оценкам импульсной характеристики (после удаления линейного изменения фазы) для множества периодов символа с только временным кодом (блок 616). Сопоставление кода для каждого индекса отвода (или положения отвода) l может выполняться следующим образом:

где представляет собой l-й отвод канала для требуемого передатчика; и

R представляет собой длину только временного кода.

Как показано в уравнении (7), R отводов канала в начальных оценках импульсной характеристики для каждого индекса/положения l отвода сначала умножаются на сопряженные кодовые значения пилот-кода, назначенного требуемому передатчику. Результаты затем накапливаются для получения результата для отвода канала с этим индексом/положением l отвода.

Предполагается, что импульсная характеристика канала для требуемого передатчика может иметь длину L, где L<P. В этом случае приемник может выполнять усечение оценки импульсной характеристики, полученной из уравнения (7), и устанавливать в нуль каждый из отводов с L+1 по Р канала (блок 618). Это усечение может быть выражено следующим образом:

где представляет собой l-й отвод канала для окончательной оценки импульсной характеристики для требуемого передатчика. Усечение удаляет шум в излишних отводах канала с индексами отводов, большими, чем L. Если усекаются отводы с L+1 по Р канал, тогда приемник может выполнять сопоставление кода только для первых L отводов канала в блоке 616 и пропустить блок 618.

Сопоставление кода во временной области, показанное на фиг.6, может использоваться как для фиксированной схемы, так и для схемы с шахматным расположением передач пилот-сигнала. Любое чередование может использоваться для передачи пилот-сигнала. Приемник удаляет линейное изменение фазы, связанное с чередованием, используемым для передачи пилот-сигнала, как показано в уравнении (6), до выполнения сопоставления кода.

Фиг.7 изображает процесс 700 вывода оценки канала посредством выполнения сопоставления кода в частотной области для только временного пилот-кода. Для данного варианта осуществления приемник выполняет сопоставление кода по принятым пилот-символам с целью получения обнаруженных символов и затем выводит оценку импульсной характеристики для требуемого передатчика. Первоначально приемник умножает Р принятых пилот-символов, Y(k,n) для k∈K_pilot(n), для каждого периода n символа на пилот-код для требуемого передатчика с целью получения обнаруженных символов, Z(k,n) для k∈K_pilot(n), для этого периода символа (блок 712). Обнаруженные символы могут быть выражены как:

где C(n)·C^*(n)=1, R_i(n)=X_i(n)·C^*(n) и . Уравнение (9) указывает, что Р обнаруженных символов для каждого периода символа представляют собой Р оценок коэффициента усиления канала для Р подполос пилот-сигнала. Эти оценки коэффициента усиления канала ухудшаются как помехами от пилот-сигналов от других передатчиков, так и шумом.

Приемник затем выполняет обратное преобразование (например, ОДПФ) Р обнаруженных символов для каждого периода символа с целью получения начальной оценки импульсной характеристики канала с Р отводами, z(l,n) для l=1, ... Р, для этого периода символа (блок 714). Начальная оценка импульсной характеристики может быть выражена как:

где h(l,n) представляет собой l-й отвод канала для требуемого передатчика;

g_i(l,n) представляет собой l-й отвод канала для i-го создающего помехи передатчика;

z(l,n) представляет собой l-й отвод канала для требуемого передатчика; и

представляет собой шум для l-го отвода канала.

В уравнении (10) член R_i(n)·g_i(l,n) представляет собой l-й отвод канала беспроводного канала от i-го создающего помехи передатчика к приемнику. Уравнение (10) указывает, что каждый отвод h(l,n) канала для требуемого передатчика наблюдает за М соответствующими отводами канала для М создающих помехи передатчиков.

Приемник удаляет линейное изменение фазы по Р отводам канала для каждого периода символа (блок 716) следующим образом:

где представляет собой l-й отвод канала для периода n символа после удаления линейного изменения фазы. Приемник затем накапливает R отводов канала, для n=1, ... R, полученных по длине пилот-кода, для каждого индекса l отвода (блок 718). Приемник может выполнить усечение для сохранения первых L отводов канала и обнулить остальные отводы канала, например, как показано в уравнении (8) (блок 720).

Для схемы 1 пилот-кодов в таблице только временные пилот-коды, назначенные различным передатчикам, являются псевдослучайными по отношению друг к другу во времени. R_i(n) для каждого создающего помехи передатчика затем рандомизирует помехи от пилот-сигналов, воспринимаемые каждым отводом канала для требуемого передатчика. Для схемы 2 пилот-кодов в таблице только временные пилот-коды, назначенные различным передатчикам, являются ортогональными друг к другу во времени. Характеристики канала для создающих помехи передатчиков затем аннулируются посредством сопоставления кода, если только ортогональность не нарушается изменениями во времени в беспроводных каналах для требуемого и создающих помехи передатчиков.

Длина (R) только временных пилот-кодов определяет количество передатчиков, которые могут различаться приемником посредством сопоставления кода. Длина пилот-кода обычно ограничивается длительностью времени (и выбирается меньшей, чем длительность времени), в течение которой беспроводный канала может считаться статичным.

2. Только частотные пилот-коды

Для только частотного пилот-кода пилот-код является одинаковым для всех периодов символа и изменяется только по подполосам. Кодовые символы, посланные требуемым передатчиком, могут быть выражены как:

где C(k) представляет собой кодовый символ, посланный по подполосе k требуемым передатчиком.

Кодовые символы, посланные каждым создающим помехи передатчиком, могут быть выражены как:

где X_i(k) представляет собой кодовый символ, посланный по подполосе ki-м создающим помехи передатчиком.

Фиг.8 изображает процесс 800 вывода оценки канала для требуемого передатчика для только частотного пилот-кода. Приемник первоначально умножает Р принятых пилот-символов для одного периода символа на пилот-код для требуемого передатчика с целью получения Р обнаруженных символов для этого периода символа (блок 812), следующим образом:

где C(k)·C^*(k)=1 и R_i(k)=X_i(k)·C^*(k).

Затем приемник выполняет обратное преобразование (например, ОДПФ) Р обнаруженных символов с целью получения начальной оценки импульсной характеристики канала с Р отводами (блок 814). Эта начальная оценка импульсной характеристики может быть выражена как:

где v_i(l) для l=1, ... Р представляет собой импульсную характеристику «эффективного» канала с Р отводами для i-го создающего помехи передатчика. Эта импульсная характеристика эффективного канала может быть выражена как:

где g_i представляет Р-точечное ОДПФ G_i(k) для Р подполос пилот-сигнала;

r_i представляет собой Р-точечное ОДПФ R_i(k) для Р подполос пилот-сигнала;

⊗ обозначает кольцевую свертку; и

v_i представляет собой Р-точечное ОДПФ V_i(k)=G_i(k)·R_i(k) для Р подполос пилот-сигнала.

В последующем описании f с подчеркиванием обозначает последовательность для f(l) по соответствующему диапазону индекса l. Например, v_i представляет собой последовательность, содержащую v_i(l) для l=1, ... Р.

Как показано в уравнении (15), оценка z импульсной характеристики равна импульсной характеристике h фактического канала для требуемого передатчика плюс импульсная характеристика v_i эффективного канала для каждого создающего помехи передатчика плюс шум. Как показано в уравнении (16), импульсная характеристика v_i эффективного канала для каждого создающего помехи передатчика равна кольцевой свертке импульсной характеристики g_i фактического канала и кодовой последовательности r_i временной области для этого создающего помехи передатчика. Эта кодовая последовательность r_i временной области представляет собой ОДПФ произведения пилот-кода X_i(k) для создающего помехи передатчика и комплексно сопряженного пилот-кода C*(k) для требуемого передатчика.

Для схемы 3 пилот-кодов в таблице только частотные пилот-коды, назначенные различным передатчикам, являются псевдослучайными по отношению друг к другу по частоте. В этом случае кодовая последовательность r_i временной области для каждого создающего помехи передатчика представляет собой псевдослучайную последовательность, которая распространяет (или размывает) импульсную характеристику g_i канала с L отводами для создающего помехи передатчика по Р отводам. Если L<P и избыточные отводы с L+1 по Р канала оценки z импульсной характеристики устанавливаются в нуль посредством усечения, тогда эффективно аннулируются помехи от пилот-сигналов в этих избыточных отводах канала. Помехи от пилот-сигналов в отводах 1-L канала подавляются вследствие свойства расширения псевдослучайных, только частотных пилот-кодов.

Для схемы 4 пилот-кодов в таблице только частотные пилот-коды, назначенные различным передатчикам, определяются так, чтобы предусматривать аннулирование помех от пилот-сигналов (вместо подавления) при определенных условиях. Только частотные пилот-коды могут определяться так, что кодовая последовательность r_i временной области для каждого создающего помехи передатчика имеет следующий вид:

Для дельта-функции, показанной в уравнении (17), импульсная характеристика v_i эффективного канала для каждого создающего помехи передатчика просто равна импульсной характеристике g_i нежелательного канала, циклически задержанной (т.е. циклически задержанной или циклически сдвинутой во времени) на Т_i отводов. Если T_i>L и T_i+L≤P для каждого создающего помехи передатчика, то g_i циклически задерживается на T_i отводов, и L циклически задержанных отводов канала попадают между индексами L+1 и Р отводов. Эти L циклически задержанных отводов канала могут быть полностью удалены посредством выполнения усечения оценки z импульсной характеристики и установки в нуль отводов с L+1 по Р канала z (блок 816). Окончательная оценка импульсной характеристики для требуемого передатчика тогда будет содержать только первые L отводов канала z и нули для всех остальных отводов канала. Например, если имеется только один создающий помехи передатчик (или М=1) и если Т₁=L+1 и Р>2L, то g₁ циклически задерживается на L+1 отводов и может быть полностью устранена посредством установки в нуль отводов с L+1 по Р канала z.

Код с циклическим сдвигом, который может предоставлять кодовую последовательность r_i временной области, показанную в уравнении (17), может быть выражен как:

где Т_i может выбираться, например, как T_i=i·L. Функция, данная в уравнении (18), соответствует последовательному сдвигу фазы по К полным подполосам. Сдвиг фазы изменяется в различной степени (или имеет различную крутизну фазы) для различных передатчиков. Для каждого передатчика i Р значений фазы в Р подполосах пилот-сигнала, k∈K_pilot(n), вычисляются на основе уравнения (18) и формируют только частотные кодовые значения для этого передатчика. Одна и та же функция F_i(k) используется для каждого передатчика, но Р значений фазы зависят от конкретных подполос (или чередования), используемых для передачи пилот-сигнала.

Фиг.10 изображает графики значений фазы по К полным подполосам для четырех кодов с циклическим сдвигом для четырех передатчиков. Функция F_i(k) в уравнении (18) создает линейный сдвиг фазы по всем К подполосам. Каждый передатчик i для i=0, ... М ассоциируется с крутизной фазы 2π·T_i/K, где T_i=i·T и М=3 на фиг.10. Для передатчика i значение фазы для каждой подполосы k определяется как 2π·(k-1)·T_i/K. Фаза смещена так, что центральная подполоса при k=K/2+1 имеет нулевое значение фазы.

Код с циклическим сдвигом, показанный в уравнении (18), применяется по Р подполосам пилот-сигнала в передатчике и приводит к круговой или циклической задержке для оценки характеристики канала для этого передатчика. Эта циклическая задержка является относительно длинной и может выбираться большей, чем длина L канала. Это отличается от нормального использования циклической задержки для обеспечения разнесения, которое обычно требует, чтобы циклическая задержка была значительно меньше, чем длина L канала.

Фиг.11 изображает импульсные характеристики канала для множества передатчиков с кодами с циклическим сдвигом. Импульсные характеристики канала для передатчиков 0, 1 и М показаны в верхней части фиг.11. Импульсная характеристика канала для каждого передатчика начинается при разном индексе отвода, который определяется его кодом с циклическим сдвигом. Умножение принятых пилот-символов на код с циклическим сдвигом для требуемого передатчика циклически сдвигает импульсные характеристики канала для всех передатчиков, так что импульсная характеристика канала для требуемого передатчика начинается с индекса 1 отвода. Усечение отводов канала с индексами, которые больше L, удаляет импульсные характеристики канала для всех создающих помехи передатчиков.

Аннулирование помех от пилот-сигналов с использованием кодов с циклическим сдвигом может использоваться для любого количества создающих помехи передатчиков. Пилот-коды могут определяться так, что кодовая последовательность r_i временной области для i-го создающего помехи передатчика имеет значение 1 для индекса l=i·L+1 и значения 0 для всех других индексов отвода. Импульсная характеристика g_i канала для i-го создающего помехи передатчика тогда циклически сдвигается на i·L+1. Если Р≥M·L, то импульсные характеристики канала для всех М создающих помехи передатчиков могут полностью аннулироваться посредством установки в нуль отводов с L+1 по Р канала оценки z импульсной характеристики.

Если Р<M·L, то часть импульсной характеристики g_i канала для создающего помехи передатчика может попадать в пределы первых L отводов оценки z импульсной характеристики после циклической задержки на r_i. Эта часть не может аннулироваться и ухудшает оценку требуемой импульсной характеристики h канала. Р может эффективно увеличиваться при использовании пилот-сигнала с шахматным расположением, например, как показано на фиг.4. Пилот-сигнал с шахматным расположением повышает общее количество подполос пилот-сигнала, наблюдаемых приемником, без увеличения количества подполос пилот-сигнала, используемых для передачи пилот-сигнала в любом одном периоде символа.

Фиг.9 изображает процесс 900 вывода оценки канала для требуемого передатчика, который передает пилот-сигнал с шахматным расположением, используя код с циклическим сдвигом. Приемник умножает Р принятых пилот-символов для каждого периода n символа на код с циклическим сдвигом для требуемого передатчика и получает Р обнаруженных символов для этого периода символа (блок 912). Обнаруженные символы могут быть выражены как:

где F₀(k,n) представляет собой код с циклическим сдвигом для требуемого передатчика для периода n символа. Для каждого периода n символа F₀(k,n) предоставляет Р значений фазы, генерируемых на основе уравнения (18) для k∈K_pilot(n), где K_pilot(n)={k_n, k_n+S, 2k_n+S, ..., k_n+(P-1)·S}. F₀(k,n) представляет собой функцию периода символа, так как K_pilot(n) представляет собой функцию периода символа.

Каждое чередование ассоциируется с различным набором подполос пилот-сигнала и, следовательно, с различным набором значений фазы для кода с циклическим сдвигом. S наборов значений фазы для S чередований все генерируются с одинаковым кодом с циклическим сдвигом, назначенным передатчику, как показано в уравнении (18). Р принятых пилот-символов для каждого периода символа умножаются на Р значений фазы для чередования, используемого для передачи пилот-сигнала в этом периоде символа. Так как различные чередования используются для передачи пилот-сигнала в различных периодах символа для пилот-сигнала с шахматным расположением, различные наборы значений фазы также используются для различных периодов символа.

Если S_p различных чередований используются для передачи пилот-сигнала в S_p периодах символа, то приемник получает S_p наборов Р обнаруженных символов для S_p периодов символа. Приемник формирует последовательность из Р_Т обнаруженных символов с S_p наборами Р обнаруженных символов, где Р_Т=S_p·Р (блок 914). Эти Р_Т обнаруженных символов предназначены для Р_Т различных подполос пилот-сигнала. Приемник затем выполняет обратное преобразование (например, ОДПФ) последовательности Р_Т обнаруженных символов с целью получения начальной оценки импульсной характеристики с Р_Т отводами канала (блок 916). Приемник затем выполняет усечение для установки в нуль отводов с L+1 по Р_Т канала (блок 918).

Если Р<M·L для фиксированной схемы передачи пилот-сигнала или Р_Т<M·L для схемы с шахматным расположением передач пилот-сигнала, то коды с циклическим сдвигом могут разрабатываться так, что кодовые последовательности r_i временной области для создающих помехи передатчиков имеют импульсные характеристики канала, которые разделяются меньшим, чем L числом отводов, например, T_i=i·P/M или T_i=i·P_T/M. Эти полуортогональные пилот-коды могут циклически сдвигать большую часть из энергии помех и могут реализовывать высокую степень аннулирования помех, обусловленных пилот-сигналами даже с Р<M·L или Р_Т<M·L.

3. Частотно-временные пилот-коды

В случае частотно-временного пилот-кода пилот-код изменяется как по подполосам, так и по периодам символа. Кодовые символы, посылаемые требуемым передатчиком, могут быть выражены как:

где C(k,n) представляет собой кодовый символ, посылаемый по подполосе k в периоде n символа требуемым передатчиком.

Кодовые символы, посылаемые каждым создающим помехи передатчиком, могут быть выражены как:

где X_i(k,n) представляет собой кодовый символ, посылаемый по подполосе k в периоде n символа i-м создающим помехи передатчиком.

Принятые пилот-символы, полученные приемником от передатчиков, использующих частотно-временные пилот-коды, показаны в уравнении (4). Приемник может получать оценку канала для требуемого передатчика различным образом.

Фиг.12 изображает процесс 1200 вывода оценки канала для требуемого передатчика, который использует частотно-временной пилот-код S₀(k,n), который состоит из только частотного кода F₀(k) и только временного кода T₀(n), как показано в уравнении (1). Только частотным кодом может быть псевдослучайный код, код с циклическим сдвигом и т.п. Только временным кодом может быть псевдослучайный код, ортогональный код и т.п. Процесс 1200 может использоваться для схем 5-8 пилот-кодов в таблице.

Приемник умножает Р принятых пилот-символов, Y(k,n) для k∈K_pilot(n), для каждого периода n символа на только частотный код с целью получения Р обнаруженных символов, Z(k,n) для k∈K_pilot(n), для этого периода символа (блок 1210). Обнаруженные символы могут быть выражены как:

где R_i(k,n)=X_i(k,n)·. Только частотный код F₀(k) может быть функцией периода символа для кода с циклическим сдвигом с пилот-сигналом, имеющим шахматное расположение, как описано выше.

Приемник затем выполняет обратное преобразование (например, ОДПФ) Р обнаруженных символов для каждого периода символа с целью получения начальной оценки импульсной характеристики с Р отводами для этого периода символа (блок 1212). Приемник затем удаляет линейное изменение фазы по Р отводам канала для каждого периода символа (блок 1214), например, как показано в уравнении (11). Приемник затем выполняет сопоставление только временного кода по начальным оценкам импульсной характеристики (после удаления линейного изменения фазы) для множества периодов символа с только временным кодом T₀(n) (блок 1216). Сопоставление только временного кода выполняется для каждого индекса/положения l отвода, например, аналогично тому, как показано в уравнении (7). Для каждого индекса l отвода приемник умножает отводы канала с этим индексом отвода для различных периодов символа на сопряженный только временной код и выполняет накопление по длине только временного кода с целью получения результата для отвода канала с этим индексом отвода. Приемник затем выполняет усечение для сохранения первых L отводов канала и обнуляет остальные отводы (блок 1218).

При альтернативной схеме оценки канала для частотно-временного пилот-кода приемник умножает принятые пилот-символы как на только частотный код, так и на только временной код с целью получения обнаруженных символов, у которых удален полный пилот-код. Приемник затем выполняет накопление обнаруженных символов по множеству периодов символа для каждой подполосы k с целью получения объединенного символа для этой подполосы. Приемник затем выполняет ОДПФ объединенных символов с целью получения начальной оценки характеристики канала и далее выполняет усечение для сохранения первых L отводов канала.

Схемы 7 и 8 пилот-кодов в таблице могут использоваться различным образом. В одном варианте осуществления каждому передатчику назначается различный код F_i(k) с циклическим сдвигом для различной задержки T_i. Для этого варианта осуществления импульсная характеристика канала для каждого передатчика может получаться посредством циклической задержки (достигаемой посредством сопоставления только частотного кода) и усечения. Сопоставление только временного кода по периодам символа улучшает качество оценки канала. В другом варианте осуществления формируется множество групп передатчиков, и каждой группе передатчиков назначается одинаковый код с циклическим сдвигом. Передатчикам в каждой группе дополнительно назначаются различные (например, ортогональные) только временные коды T_i(n). Приемник может получать оценки канала для каждой группы передатчиков посредством выполнения сопоставления только частотного кода с кодом F_i(k) с циклическим сдвигом, назначенным для этой группы. Сопоставление только частотного кода циклически сдвигает импульсные характеристики канала для всех других передатчиков к более высоким индексам отводов, так что эти импульсные характеристики канала могут аннулироваться посредством усечения. Приемник затем может получить оценку канала для индивидуальных передатчиков внутри выбранной группы посредством выполнения сопоставления только временного кода с различными только временными кодами, назначенными для этих передатчиков.

Для всех схем пилот-кодов приемник может получать окончательную оценку импульсной характеристики для требуемого передатчика, как описано выше. Приемник может выполнять фильтрацию для дальнейшего улучшения качества окончательной оценки импульсной характеристики. Приемник также может выполнять установление пороговых значений и обнулять отводы канала, имеющие энергию ниже предварительно определенного порога. Приемник может расширять окончательную оценку импульсной характеристики до длины К посредством присоединения нулей. Приемник может тогда выполнять К-точечное прямое преобразование (например, ДПФ) расширенной оценки импульсной характеристики с целью получения оценки частотной характеристики с коэффициентами усиления канала для всех К полных подполос.

Методы передачи пилот-сигнала и оценки канала, описанные в данном документе, могут быть реализованы различным образом. Например, эти методы могут быть реализованы аппаратными средствами, программными средствами или их комбинацией. Для аппаратной реализации блоки обработки, используемые для передачи пилот-сигнала в передатчике, могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах (специализированных ИС), процессорах цифровой обработки сигналов (ПЦОС), устройствах цифровой обработки сигналов (УЦОС), программируемых логических устройствах (ПЛУ), программируемых вентильных матрицах (ПВМ), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных блоках, разработанных для выполнения функций, описанных в данном документе, или их комбинациях. Блоки обработки, используемые для оценки канала в приемнике, также могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных ИС, ПЦОС, процессорах и т.п.

Для программной реализации методы, описанные в данном документе, могут быть реализованы при помощи модулей (например, процедур, функций и т.п.), которые выполняют функции, описанные в данном документе. Программные коды могут храниться в блоке памяти (например, блоке 142 или 192 памяти на фиг.1) и исполняться процессором (например, контроллером 140 или 190). Блок памяти может быть реализован внутри процессора или внешним по отношению к процессору.

Заголовки включены в данный документ для ссылки и помощи при определении местоположения определенных разделов. Эти заголовки не предназначены для ограничения объема принципов, описанных в них, и эти принципы могут иметь применимость в других разделах по всему описанию изобретения.

Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления представлено для того, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники выполнить или использовать настоящее изобретение. Различные модификации этих вариантов осуществления будут очевидны для специалиста в данной области техники, и общие принципы, определенные в данном документе, могут быть применены к другим вариантам осуществления без отступления от сущности или объема изобретения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, показанными в данном документе, но должно соответствовать наибольшему объему, согласующемуся с принципами и новыми признаками, описанными в данном документе.