Результат интеллектуальной деятельности: УПРАВЛЕНИЕ РАЗНЕСЕНИЕМ ПРИ ПРИЕМЕ С МНОЖЕСТВОМ АНТЕНН В БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ

Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет предварительной заявки № 60/550,756 на «Способ и устройство для управления разнесением в приемнике в беспроводной системе связи» от 5 марта 2004 и предварительной заявки № 60/583,902 на «Способ и устройство для управления разнесением в приемнике в беспроводной системе связи» от 28 июня 2004, переуступленных заявителю настоящей заявки и включенных в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к беспроводным системам связи и, более конкретно, к разнесению при приеме с множеством антенн в беспроводной системе связи.

Предшествующий уровень техники

Мобильное разнесение при приеме с использованием множества антенн относится к использованию множества приемников в устройстве беспроводной связи. Различные антенны обеспечивают вход в каждый отдельный приемник, тем самым обеспечивая разнесение для коммуникационного канала. Разнесение улучшает качество вызова и передачи данных и, следовательно, повышает производительность сети. Множество антенн обеспечивают разнесение по пространству, поскольку каждый сигнал многолучевого распространения представляется различным образом в каждой антенне. Поэтому эффекты многолучевого распространения не являются сильно коррелированными в разных приемниках. Выходы множества приемных трактов объединяются для обеспечения лучшей оценки символов перед их декодированием. Методы объединения, известные в технике, включают в себя, без ограничения указанным, объединение по методу минимума среднеквадратичной ошибки (МСКО), объединение по методу максимального отношения, объединение равного усиления и выборочное объединение. Основной недостаток мобильного разнесения при приеме состоит в том, что каждый тракт приемника затрачивает мощность, в частности в радиочастотных и аналоговых каскадах соответствующего тракта.

Исследованиями показано, что разнесение при приеме с множеством антенн значительно увеличивает производительность прямой линии связи. Увеличение производительности может быть выражено как более высокая пропускная способность, более низкая мощность передачи базовой станции, более низкая частота ошибок кадров (ЧОК) или комбинация указанных результатов. Одним из недостатков разнесения при приеме с множеством антенн являются затраты мощности на реализацию и работу таких приемников. Кроме того, выгоды от разнесения при приеме с множеством антенн могут не всегда быть использованы или не всегда необходимы.

Поэтому имеется потребность в управлении выбором, когда использовать разнесение при приеме, и когда его не использовать. В технике имеется потребность в способах и устройствах управления для использования разнесения в мобильных устройствах связи, когда выгоды от более высокой производительности линии связи, более высокой пропускной способности, меньшей мощности передачи, меньшей частоты ошибок и т.д. необходимы, и неиспользования мобильного разнесения, когда такие выгоды не обоснованы с точки зрения высоких затрат мощности. Кроме того, имеется потребность в управлении разнесением, чтобы оптимизировать компромисс между разнесением при приеме с множеством антенн и потреблением мощности в беспроводном устройстве связи.

Сущность изобретения

Мобильное устройство содержит приемный блок, который имеет, по меньшей мере, два приемника для реализации разнесения при приеме с множеством антенн. Блок управления, подключенный для управления приемниками, оценивает в мобильном устройстве долю использования канала трафика для мобильного устройства из общего запаса мощности передачи в базовой станции. Мобильное устройство управляет применением разнесения при приеме с множеством антенн в мобильном устройстве на основе использования ресурса мощности. В одном варианте осуществления мобильное устройство оценивает долю мощности, которую сеть передает к мобильному устройству, относительно опорного значения, такого как пилот-сигнал. В других вариантах осуществления указатели, основанные на качестве канала трафика между мобильным устройством и сетью, ограничивающих производительность ресурсах, числе секторов при гибкой передаче обслуживания в беспроводной системе и т.д., используются для управления применением разнесения при приеме с множеством антенн в мобильном устройстве.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - беспроводная система связи, в которой используется разнесение при приеме с множеством антенн;

Фиг.2 - мобильная станция, которая использует разнесение при приеме с множеством антенн;

Фиг.3 - блок-схема высокого уровня, которая иллюстрирует факторы разнесения при приеме с множеством антенн;

Фиг.4 - блок-схема варианта осуществления для оценивания отношения энергии трафика к энергии пилот-сигнала;

Фиг.5 - блок-схема, иллюстрирующая генерирование метрики энергии, используемой для управления разнесением при приеме с множеством антенн;

Фиг.6 - блок-схема, иллюстрирующая вариант осуществления для отключения разнесения при приеме с множеством антенн;

Фиг.7 - диаграмма состояний для одного варианта осуществления для динамического управления применением разнесения при приеме с множеством антенн.

Детальное описание

На фиг.1 приведен пример сети 100 беспроводной связи, в которой может быть использовано разнесение при приеме с множеством антенн. Мобильная станция (МС) 110, которая может быть подвижной или стационарной, может осуществлять связь с одной или более базовыми станциями (БС) 120. Мобильная станция 110 передает и принимает речевой сигнал или данные, или и то и другое через одну или более БС 120, соединенных с контроллером базовых станций (КБС) 130. БС 120 и КБС 130 образуют части сети, называемой сетью доступа (СД). КБС 130 соединен с проводной сетью 140, которая может использовать любые из различных технологий каналов. Сеть доступа транспортирует речевой сигнал и данные к БС 120 и от них. Сеть доступа также может быть соединена с дополнительными сетями вне сети доступа, например, системой проводной телефонной связи, корпоративной сетью интранет или с сетью Интернет, которые образуют части проводной сети 140. Сеть доступа может транспортировать речевые сигналы и данные между каждой получающей доступ мобильной станцией 110 и такими внешними сетями. МС 110, которая установила активное соединение канала трафика с одной или более БС 120, называется активной мобильной станцией и определяется как находящая в состоянии трафика. МС 110, которая находится в процессе установления активного соединения канала трафика с одной или более БС 120, определяется как находящаяся в состоянии установления соединения. Линия связи, по которой МС 110 посылает сигнал к БС 120, называется обратной линией связи (ОЛ) 150. Линия связи, посредством которой базовая станция посылает сигналы к мобильной станции, называется прямой линией связи (ПЛ) 160.

Разнесение при приеме с множеством антенн может существенным образом увеличить производительность прямой линии связи беспроводной системы связи. Хотя разнесение при приеме с множеством антенн связано с непроизводительными затратами, операционная среда беспроводной системы может обеспечить выгоды от операции разнесения при приеме с множеством антенн по сравнению с режимом работы с использованием только одного приемного канала. Для согласования целей снижения потребления мощности и получения преимуществ от разнесения при приеме с множеством антенн в таких средах, желательно управлять операцией разнесения при приеме с множеством антенн в МС 110. Управление разнесением при приеме с множеством антенн можно было бы осуществлять путем отключения режима разнесения, когда он дает мало выгод, и при этом сэкономить мощность, и включения режима разнесения, когда это было бы выгодно.

Описанные ниже варианты осуществления включают в себя способы и устройства для управления применением разнесения при приеме с множеством антенн в целях экономии мощности, при сохранении преимуществ, обеспечиваемых разнесением, когда оно необходимо. Разнесение при приеме с множеством антенн управляется в соответствии с операционными условиями, требованиями передачи и пользовательскими установками, в числе других критериев. Конкретные условия для переключения в режим разнесения могут зависеть от стандартных технических условий и протоколов, в соответствии с которым работает МС, как описано ниже.

Способы, описанные ниже, предназначенные для управления разнесением при приеме с множеством антенн в МС, применимы к любой беспроводной системе связи, использующей различные схемы множественного доступа, такие как, без ограничения указанным, множественный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР), множественный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР), мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (МОЧР) и множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР). Примеры схем множественного доступа МДКР включают в себя системы, поддерживаемые протоколами стандартов TIA/EIA/IS-95, TIA/EIA/IS-2000 или cdma2000, 1xEV-D), 1xEV-DV и WCDMA, но не ограничиваются ими. Варианты осуществления, описанные здесь, могут использоваться в любой беспроводной системе, имеющей два или более действующих приемника (например, один приемник плюс один или более приемников разнесения, в мобильной станции для данной коммуникационной схемы).

На фиг.2 приведена схема части МС 110 с двумя или более антеннами и двумя или более приемниками, как показано на фиг. 1. Хотя конкретные описанные варианты осуществления приведены для случая степени разнесения, равной двум (т.е. две антенны, два приемника, или два приемных тракта), такие варианты осуществления описаны для наглядности и не препятствуют использованию других степеней разнесения. Описываемое изобретение может быть применено для разнесения при приеме с множеством антенн, реализуемого с применением двух или более антенн, двух или более приемников или двух или более приемных каналов. В данном раскрытии термин «основной приемник» используется для указания основного приемного тракта, а также частей приемного тракта, используемых для операций приема независимо от того, используется ли режим разнесения при приеме с множеством антенн, или нет. Термин «приемник разнесения» указывает на дополнительный приемник, приемный тракт или части дополнительного приемного тракта, которые обеспечивают разнесение при использовании режима разнесения при приеме с множеством антенн. Поэтому устройство связи со степенью разнесения, равной двум, имеет один основной приемник и один приемник разнесения. Кроме того, основной приемник, канал приемника разнесения или части канала приемника разнесения могут быть интегрированы в составе единой микросхемы или распределены по множеству микросхем. Также, основной приемник, канал приемника разнесения или части канала приемника разнесения могут быть интегрированы в микросхему вместе с другими функциями беспроводного устройства.

В одном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, основной приемник 210 и приемники 220-240 разнесения обеспечивают входные сигналы для блока 250 демодулятора/объединителя. Основной приемник 210 может включать в себя аналоговые входные РЧ-блоки приемника, а также другие функциональные средства и операции, включая РЧ-обработку, аналоговую обработку, демодуляцию, декодирование и другие функции приемника в любой комбинации. Блок 250 демодулятора/объединителя объединяет выходные сигналы основного приемника 210 и любого или всех приемников 220-240 разнесения и обеспечивает символы для декодера 260. Отметим, что когда режим разнесения при приеме с множеством антенн отключен, основной приемник 210 продолжает выдавать выходные сигналы на блок 250 демодулятора/объединителя. Декодер 260 преобразует символы в биты. Биты подаются в блок 280 приемника данных/приложения. Блок 270 управления разнесением принимает указатели с выходов блока 250 демодулятора/объединителя или декодера 260 или их обоих. Блок 270 управления разнесением также принимает другие указатели, как описано ниже. Блок 270 управления разнесением, как показано в варианте осуществления по фиг. 2, использует как символы, так и биты, для определения того, следует ли включить режим разнесения при приеме с множеством антенн, или отключить его. Кроме того, блок 270 управления разнесением использует различные другие операционные условия и настройки отдельно или в комбинации. Блок 270 управления разнесением выводит управляющие сигналы 295 на приемники 220-240 разнесения для управления их соответствующими операциями. Управляющие сигналы 295 могут представлять собой один или множество сигналов. Кроме того, управляющие сигналы 295 могут представлять собой отдельные сигналы, подаваемые на каждый из приемников 220-240 разнесения, или общие сигналы для всех приемников 220-240 разнесения. Управляющие сигналы 295 могут мультиплексироваться, кодироваться или форматироваться с использованием различных методов, известных в технике.

В одном варианте осуществления таймер или тактовый генератор 272 может использоваться для реализации временного интервала для операции разнесения. Таймер 272 может запускаться при инициировании управления разнесением и оставаться включенным в течение предварительно определенного или динамически определяемого периода времени, после которого управление разнесением отключается. Отметим, что таймер может быть реализован для отслеживания управления разнесением для оптимизации процесса управления разнесением. Таким способом таймер 272 должен обеспечивать возможность блоку 270 управления разнесением сохранять сценарии работы в режиме управления разнесением, позволяя блоку 270 управления разнесением прогнозировать будущие операции. Например, информация таймера может обеспечить возможность блоку 270 управления разнесением регулировать период времени, после которого режим разнесения отключается.

В одном варианте осуществления блок 270 управления разнесением включает в себя первый блок оценивания, упоминаемый как блок 274 оценивания нагрузки на производительность (ресурсы) сети, и второй блок 276 оценивания, упоминаемый как блок 276 оценивания использования производительности (ресурсов). Блок 270 управления разнесением также содержит средство 278 управления, которое управляет операциями, по меньшей мере, одного приемника разнесения, такого как приемники 220, 230, 240 разнесения, в ответ на оценки первого и второго блоков 274 и 276 оценивания, соответственно. Один вариант осуществления включает в себя блок 500 оценивания нагрузки, подробно представленный на фиг. 4. Блок 500 оценивания нагрузки обеспечивает указание части производительности, используемой данной мобильной станцией, в контексте условия нагрузки сети. Такая оценка затем используется для принятия решений по управлению разнесением при приеме с множеством антенн.

Альтернативные варианты осуществления могут использовать больше или меньше блоков оценивания для оценивания любого из множества операционных параметров, включая, без ограничения указанным, параметры сети и/или беспроводного устройства (например, МС 10).

Обзор факторов разнесения при приеме с множеством антенн

Описанные методы используют один или более указателей для определения того, следует ли включить или выключить разнесение при приеме с множеством антенн. На фиг. 3 представлена блок-схема высокого уровня, иллюстрирующая факторы разнесения при приеме с множеством антенн. Средство управления 300 разнесением при приеме с множеством антенн получает один или более указателей из числа указателей 310 производительности сети, указателей 320 качества (например, пользовательского опыта), и/или указателей 330 уровня заряда батареи питания. В некоторых вариантах осуществления указатели 310 производительности сети используются для управления применением разнесения при приеме с множеством антенн. В некоторых вариантах осуществления указатели 320 качества, также определяемые как пользовательский опыт, используются для управления применением разнесения при приеме с множеством антенн. В некоторых вариантах осуществления используются другие факторы, такие как указатели 330 уровня заряда батареи питания. В других вариантах осуществления могут использоваться различные комбинации качества, производительности сети, уровня заряда батареи питания в мобильном устройстве, а также другие указатели.

В общем случае для определения того, следует ли применять разнесение при приеме с множеством антенн, учитываются два параметра производительности сети. Один параметр определяет полный объем ресурсов, назначаемый сетью, а второй параметр определяет использование мобильной станцией сетевых ресурсов. Если сеть не испытывает высокой нагрузки на сетевые ресурсы (например, мощность передачи), то сеть имеет ресурсы для предоставления пользователю большей мощности. В результате, система может принять решение отключить разнесение при приеме с множеством антенн. Что касается второго фактора производительности сети, мобильная станция может включить разнесение при приеме с множеством антенн, если мобильная станция использует большую долю доступной производительности сети. Если мобильная станция использует лишь малую долю имеющейся производительности сети, то система может принять решение отключить разнесение при приеме с множеством антенн. В одном варианте осуществления беспроводной системы, передающей речевые сигналы, как нагрузка на сетевые ресурсы, так и использование мобильной станцией сетевых ресурсов применяются для управления разнесением при приеме с множеством антенн. Таким образом, если мобильная станция использует большую долю производительности сети, то система может извлечь выгоду из применения разнесения при приеме с множеством антенн.

Указатели производительности сети для управления разнесением при приеме с множеством антенн

В одном варианте осуществления мобильная станция оценивает величину нагрузки на сетевые ресурсы. Оценка нагрузки на сетевые ресурсы может быть выражена в следующем виде:

где I_OR - полная переданная энергия, приходящаяся на элементарную посылку, от данной базовой станции для всех каналов, передаваемых от базовой станции, такой как БСМ 120; где такая полная энергия является суммой энергии канала пилот-сигнала, всех каналов трафика и т.д., и где Е_CP представляет энергию, приходящуюся на элементарную посылку, канала пилот-сигнала. МС 110 также оценивает использование производительности мобильной станцией. Оценивание использования производительности посредством МС 110, т.е. часть переданной мощности, направленной конкретной мобильной станции, может быть выражена в следующем виде:

где I_OR - как и выше, полная переданная энергия, приходящаяся на элементарную посылку, для всех каналов, передаваемых от базовой станции, и где Е_CT представляет энергию, приходящуюся на элементарную посылку, канала трафика для данной мобильной станции. Для оценки как нагрузки на производительность сети, так и использования производительности мобильной станцией, мобильная станция выполняет следующую оценку:

В одном варианте осуществления мобильная станция взвешивает каждую из оценок для получения следующего соотношения:

где α₁ представляет весовой параметр для оценки нагрузки на производительность сети, а α₂ представляет весовой параметр для использования производительности мобильной станцией. Формула приведена в представлении в децибеллах. Различные метрики могут применяться для генерации весовых параметров α₁ и α₂. Весовые параметры могут настраиваться в соответствии с конструкцией системы, приоритетами и/или работой системы. В одном варианте осуществления обе оценки взвешиваются одинаково (то есть α₁ = α₂) для получения следующего выражения:

Оценка отношения мощности сигнала трафика к мощности пилот-сигнала, то есть оценка Е_CT/E_CP иллюстрируется на фиг.4, как описано ниже. Большое значение I_OR/E_CP указывает на большую нагрузку сети, т.е. множество мобильных станций, каждая с мощностью E_CT канала трафика, вносят вклад в большую величину I_OR; и большое значение E_CT/I_OR указывает на то, что данная мобильная станция использует большую долю производительности. Желательно использовать механизмы управления разнесением при приеме с множеством антенн, если мобильная станция использует большую долю производительности, т.е. E_CT/I_OR велико, если только нагрузка сети невелика, т.е. I_OR/E_CP мало, и в этом случае для данной мобильной станции нет оснований использовать большую долю производительности. В соответствии с фиг.4, удобным способом оценки условий нагрузки является объединение метрик следующим образом:

Один вариант осуществления предусматривает оценку использования мощности в прямой линии связи. В этом варианте осуществления мобильная станция оценивает долю мощности, выделенной для канала передачи данных прямой линии связи, нацеленного на данную МС 110. Для оценки мощности прямой линии связи можно принять во внимание полную мощность прямой линии связи, при этом можно учитывать только мощность, выделенную конкретной мобильной станции, такой как МС 110 в данном примере, или можно включить измерения мощности для других мобильных станций. Вычисления мощности могут выполняться относительно известного опорного сигнала. Алгоритм управления разнесением может затем включить разнесение, если метрика превышает заданный порог, и отключить разнесение, если метрика снижается ниже заданного порога.

В одном варианте осуществления система вычисляет оценку отношения энергии трафика к энергии пилот-сигнала. Отношение энергии трафика к энергии пилот-сигнала является мерой мощности сети, передаваемой к мобильной станции (E_CT) относительно опоры, то есть пилот-сигнала (E_CP). В общем случае отношение энергии трафика к энергии пилот-сигнала оценивает в мобильной станции мощность, которую сеть выделяет мобильной станции. В одном варианте осуществления отношение энергии трафика к энергии пилот-сигнала вычисляется на основе оценок из битов управления мощностью (БУМ). Отношение энергии трафика к энергии пилот-сигнала, измеренное из управления мощностью прямой линии связи, может быть выражено следующим образом:

где E_CT - оценка энергии, приходящейся на элементарную посылку, для трафика для данной мобильной станции, и

E_CP - оценка энергии, приходящейся на элементарную посылку, для канала пилот-сигнала.

В одном варианте осуществления отношение энергии трафика к энергии пилот-сигнала оценивается из подканала управления мощностью в прямой линии связи. Биты управления мощностью не маскированы шумами и, таким образом, подходят для такой оценки. Величина битов управления мощностью оценивается стандартными методами (например, путем сжатия и накопления в схеме МДКР). В системе с 16 битами управления мощностью на кадр канала трафика (например, для стандарта cdma2000), отношение энергии трафика к энергии пилот-сигнала может оцениваться как сумма оценок следующим образом:

В одном варианте осуществления выборки из 16 битов управления мощностью берутся каждые 20 мс для получения суммы оценок.

На фиг.4 показана блок-схема, иллюстрирующая вариант осуществления, по меньшей мере, одного блока 500 оценивания, включенного в контроллер 270 разнесения по фиг.2. Входные сигналы в блок 500 оценивания поступают с блока 250 демодулятора/объединителя. Блок 500 оценивания обеспечивает оценку отношения энергии трафика к энергии пилот-сигнала. В одном варианте осуществления взвешенная величина пилот-сигнала, полученная от цифрового процессора сигналов в МС или мобильном устройстве, используется для оценивания отношения энергии трафика к энергии пилот-сигнала. Взвешенная величина пилот-сигнала является средней величиной, а не энергией, «проколотого» подканала управления мощностью прямой линии связи. Взвешенная величина битов трафика E_BT сохраняется в регистре 510, а взвешенная величина пилот-сигнала E_СР сохраняется в регистре 515 в каждом кадре длительностью 20 мс. Взвешенные величины битов трафика пересчитываются для преобразования величины бита управления мощностью (БУМ) в эквивалентную величину Е_СТ канала управления прямой линии связи (FCH). Иными словами, блок 512 масштабирования битов преобразует величину битов трафика E_BT в эквивалентную величину Е_СТ. Масштабирование учитывает длину БУМ (например, 128 элементарных посылок в соответствии со стандартом cdma2000) и отношение энергий элементарных посылок подканала управления мощностью и канала FCH. Как показано на фиг.4, 16-бтовое целое число E_BT вводится в умножитель 520 для преобразования в 32-битовое целое число Q12. 16-битовое целое число E_СР вводится в сумматор 530 вместе с единицей, чтобы исключить деление на нуль при вычислении отношения. Отношение величин канала FCH и канала пилот-сигнала формируется из масштабированных значений в делителе 540 и затем преобразуется в 16-битовое целое число Q12 без знака в блоке 550. Это значение возводится в квадрат в вычислительном блоке 560 для формирования отношения мощностей как 32-битового целого числа Q24 без знака. Представление посредством 32-битового целого числа Q24 без знака поддерживает отношения E_CT/Е_СР в диапазоне от -72 дБ до +24 дБ. Однако разрешение может быть снижено на нижнем конце этого диапазона.

В другом варианте осуществления система вычисляет в качестве, по меньшей мере, частичного указателя для принятия решения, следует ли включить или выключить режим разнесения при приеме с множеством антенн, другую оценку отношения энергии трафика к энергии пилот-сигнала. Для данного варианта осуществления система осуществляет оценку отношения энергии шума к энергии пилот-сигнала. В одной реализации оценка отношения энергии шума к энергии пилот-сигнала умножается на постоянную T_fixed. Для данного варианта выражение для указателя имеет вид:

где N_T - оценка принятого шума, приходящегося на элементарную посылку; Е_СР - оценка энергии, приходящейся на элементарную посылку, и T_fixed - постоянная. Значение T_fixed масштабирует отношение и может содержать любую предварительно определенную постоянную. В одном варианте осуществления T_fixed содержит масштабирующий коэффициент, основанный на скорости передачи данных канала трафика. В одной реализации T_fixed установлено на значение 1/# элементарных посылок на бит.

Многие стандарты беспроводных систем, такие как cdma2000, используют управление мощностью для модуляции мощности передачи мобильной станции и базовой станции для удовлетворения целевым критериям эффективности при изменяющихся условиях функционирования, при обеспечении повышенной производительности сети. В другой реализации для оценивания отношения энергии шума к энергии пилот-сигнала, мобильная станция вычисляет оценку заданного значения (уставки) быстродействующего прямого управления мощностью. В этом варианте осуществления указатель может быть выражен следующим образом:

где T_adapt, оцениваемое посредством E_b/N_T, представляет целевое значение для отношения сигнала к шуму уставки быстродействующего прямого управления мощностью. В одном варианте осуществления T_adapt оценивается из внешнего контура управления мощностью для конкретной частоты ошибок кадров (ЧОК). Уставка управления мощностью во внешнем контуре в типовом случае задана как отношение энергии на бит к энергии шума, Eb/No. Отношение Eb/No обеспечивает целевой параметр в приемнике для удовлетворения требований по ЧОК. Большее значение уставки прямого управления мощностью указывает на то, что мобильной станции требуется более высокое Eb/No, чтобы достичь целевого параметра ЧОК из внутреннего контура управления мощностью. Мобильная станция может извлечь выгоду от разнесения при приеме с множеством антенн в таких случаях, поскольку объединение двух или более приемных трактов сокращает величину требуемого отношения сигнала к шуму (ОСШ) в приемнике.

Масштабированное отношение шума к пилот-сигналу представляет собой оценку мобильной станцией мощности трафика, вычисляемой мобильной станцией для приема из сети. Таким образом, отношение энергии шума к энергии пилот-сигнала определяет, требуется ли мобильной станции малая или большая доля энергии из сети. Если мобильной станции не требуется большая доля мощности прямой линии связи, получаемой из сети, то мобильная станция может принять решение не включать режим разнесения при приеме с множеством антенн. Соответственно, масштабированное отношение энергии шума к энергии пилот-сигнала может использоваться в качестве указателя того, следует ли включить или выключить режим разнесения при приеме с множеством антенн, на основе предположения, что внутренний контур прямого управления мощностью находится в состоянии сходимости.

В другом варианте осуществления генерируется и анализируется дополнительная метрика энергии для принятия решения о том, следует ли включить или выключить режим разнесения при приеме с множеством антенн. На фиг.5 представлена блок-схема, иллюстрирующая формирования метрики энергии, используемой для управления режимом разнесения при приеме с множеством антенн. В данном варианте осуществления кадр декодируется, и биты выделяются на интервале 20 мс. Биты являются цифровым представлением последовательности входных символов. В варианте по фиг.5 биты декодируются в декодере 600 символов. Биты затем повторно кодируются для получения кадра декодером 610 символов. Сигнал повторно кодированного кадра представляет собой сигнал в отсутствие шума, в предположении, что кадр был декодирован надлежащим образом. Повторно кодированные биты коррелируются с первоначально принятыми символами для обеспечения оценки метрики энергии в блоке 620 сравнения символов. Различие между начальным и конечным сигналами является указателем качества канала. Например, большое различие между начальным и конечным сигналами указывает на низкое качество сигнала.

Сравнение символов дает оценку энергии, приходящейся на символ. Оценка энергии, приходящейся на символ, пропорциональна энергии, приходящейся на элементарную посылку, т.е. Е_СТ. Энергия, приходящаяся на символ, взвешивается для формирования оценки для энергии, приходящейся на элементарную посылку. К оценке Е_СТ применяется порог, чтобы сформировать в блоке 630 пороговой обработки и управления, по меньшей мере, частичный указатель того, следует ли включить или выключить режим разнесения при приеме с множеством антенн.

В одном варианте осуществления блоки 600, 610 и 620 конфигурированы в декодере 260, показанном на фиг.2. В альтернативных вариантах осуществления такие блоки могут конфигурироваться в мобильной станции для выполнения тех же функций. В одном варианте осуществления блок 630 пороговой обработки и управления конфигурирован в блоке 270 управления разнесением. В альтернативных вариантах осуществления могут использоваться альтернативные конфигурации.

Указатели секторов гибкой передачи обслуживания для управления режимом разнесения при приеме с множеством антенн

В другом варианте осуществления система измеряет число секторов при гибкой передаче обслуживания в качестве указателя того, следует ли включить или выключить режим разнесения при приеме с множеством антенн. В общем случае, большее число секторов, используемых при гибкой передаче обслуживания, указывает на большее использование сетевых ресурсов. В свою очередь, объем сетевых ресурсов, выделяемых мобильной станции, может использоваться для того, чтобы принять решение, следует ли включить или выключить режим разнесения при приеме с множеством антенн. Указатель может быть вычислен следующим образом:

где N представляет число секторов при гибкой передаче обслуживания, Е_СТ/Е_СР представляет оценку отношения энергии трафика к энергии пилот-сигнала, F₁ - фильтр для фильтрации взвешенного согласно гибкой передаче обслуживания отношения (Е_СТ/Е_СР)N энергии трафика к энергии пилот-сигнала, F₂ - фильтр для фильтрации числа секторов гибкой передачи обслуживания для получения усредненного на большом интервале времени размера зоны гибкой передачи обслуживания. В общем случае фильтр F₂ имеет большую постоянную времени, чем фильтр F₁.

В другом варианте осуществления указатель может быть вычислен следующим образом:

где N представляет число секторов при гибкой передаче обслуживания, N_Т/Е_СР*(T_adapt)*N представляет оценку отношения энергии шума к энергии пилот-сигнала, умноженную на переменные T_adapt и N, F₁ - фильтр для фильтрации взвешенного согласно гибкой передаче обслуживания отношения N_Т/Е_СР*(T_adapt)*N энергии трафика к энергии пилот-сигнала, F₂ - фильтр для фильтрации числа секторов гибкой передачи обслуживания для получения усредненного на большом интервале времени размера зоны гибкой передачи обслуживания. В одном варианте осуществления фильтрация выполняется блоком 270 управления разнесением, показанным на фиг.2. Отметим, что в системе МДКР, соответствующей стандарту IS-95 или cdma2000, информация о числе секторов непосредственно передается к мобильной станции в информационных сообщениях передачи обслуживания. Каждый сектор в активном наборе осуществляет передачу к мобильной станции. Мобильная станция использует информацию передачи обслуживания для приема различных сигналов.

Ограничения производительности сети в качестве указателей для режима разнесения при передаче с множеством антенн

Одним из преимуществ разнесения при приеме с множеством антенн является то, что оно снижает мощность прямой линии связи. Однако в некоторый момент дальнейшее снижение мощности прямой линии связи не приводит к увеличению производительности и качества в системе ввиду ограничений, накладываемых степенями свободы модуляции в системе. В общем случае число степеней свободы в секунду является мерой числа ортогональных сигналов или базовых элементов, которые система может передать в каждую секунду. Согласно стандарту cdma2000, число степеней свободы для канала основывается на распределении кодов Уолша. Аналогичным образом, эти методы применимы к другим системам, в которых осуществляется распределение ресурсов ортогональных баз для пользователей (например, ортогональные коды с переменным расширением для широкополосного МДКР (WCDMA)).

Если система использует ресурсы для распределения ортогональных баз для мобильных станций (например, кодов Уолша), то использование ортогональных баз может накладывать ограничение на производительность системы. В одном варианте осуществления система использует ортогональные базы для определения порогового состояния для выключения разнесения при приеме с множеством антенн. Например, согласно стандарту cdma2000, если доля ресурсов кодов Уолша, распределяемых из сетевого пула ресурсов кодов Уолша, превышает долю энергии трафика Е_СТ, распределяемую из ресурса сетевой мощности, то разнесение при приеме с множеством антенн отключается. Таким образом, для данного варианта осуществления, коды Уолша используются для настройки целевого порога минимальной мощности прямой линии связи для отключения разнесения при приеме с множеством антенн.

Указатель(и) качества для управления разнесением при приеме с множеством антенн

В некоторых вариантах осуществления применение управления разнесением при приеме с множеством антенн основано на качестве соединения трафика между мобильной станцией и одной или более базовыми станциями.

Одним из указателей качества является параметр ЧОК канала трафика прямой линии связи. Если число ошибок превышает порог в течение некоторого временного интервала, то режим разнесения при приеме с множеством антенн может быть включен на конкретный период времени, пока параметр ЧОК не станет ниже приемлемого порога. Управление разнесением при приеме с множеством антенн может быть реализовано динамически, чтобы достичь желательного значения ЧОК. В качестве альтернативы, целевое значение ЧОК может быть фиксированным. Если целевое значение ЧОК превышает порог, то режим разнесения при приеме с множеством антенн может быть включен. Для управления применением разнесения при приеме с множеством антенн может быть реализован любой метод фильтрации, усреднения или сглаживания.

В одном варианте осуществления применение разнесения при приеме с множеством антенн основано на числе последовательных ошибок кадров. В этом варианте, если мобильная станция обнаруживает предварительно определенное число последовательных ошибок кадров, то режим разнесения при приеме с множеством антенн включается. Предварительно определенное число кадров может совпадать с другими порогами, установленными системой. Например, если система выключает передатчик после предварительно определенного числа ошибок кадров (например, 12 кадров), мобильная станция может включить режим разнесения при приеме с множеством антенн после некоторого последовательного числа ошибок кадров, меньшего чем 12 (например, 6 кадров), при попытке поддержания вызова. Альтернативно, вместо рассмотрения последовательных ошибок кадров, в качестве указателя может использоваться кратковременная ЧОК. В этом случае применяется фильтр с отдельными ошибками кадров в качестве входов, обеспечивая оценку ЧОК на интервале, определяемом постоянной времени фильтра. Если ЧОК превышает порог, то режим разнесения при приеме с множеством антенн включается.

После того как режим разнесения при приеме с множеством антенн включен, ввиду неадекватной величины ЧОК, он может быть отключен различными средствами. В одном варианте осуществления, режим разнесения при приеме с множеством антенн остается включенным в течение некоторого периода времени, после которого режим разнесения при приеме с множеством антенн выключается. В альтернативном варианте, режим разнесения при приеме с множеством антенн выключается на основе заданного критерия, например, когда ЧОК ниже порога выключения. Отметим, что использование указателя ЧОК для других каналов может привести к разным пороговым значениям, поскольку каждый канал может иметь различные допустимые ЧОК.

В некоторых вариантах осуществления управление разнесением при приеме с множеством антенн основано на «состоянии» соединения между мобильной станцией и одной или более базовыми станциями. В некоторых вариантах осуществления разнесение при приеме с множеством антенн включается, когда мобильная станция находится в состоянии доступа по отношению к базовой станции. Разнесение при приеме с множеством антенн применяется до тех пор, пока мобильная станция не установит соединение с базовой станцией. В одной реализации мобильная станция использует состояние протокола для определения того, находится ли мобильная станция в состоянии соединения с базовой станцией.

Другие указатели качества, такие как частота ошибок символов, также могут использоваться для управления применением разнесения при приеме с множеством антенн.

Выключение режима разнесения при приеме с множеством антенн

Когда режим разнесения при приеме с множеством антенн выключается, величина мощности прямой линии связи, требуемая в мобильной станции, увеличивается. Резкое выключение режима разнесения при приеме с множеством антенн может привести к снижению качества прямой линии связи. Для поддержания качества обслуживания в одном варианте осуществления система выполняет определенную процедуру для выключения режима разнесения при приеме с множеством антенн. На фиг.6 показана блок-схема, иллюстрирующая возможный вариант выключения режима разнесения при приеме с множеством антенн. В данном варианте уставка для управления мощностью сначала настраивается перед выключением режима разнесения при приеме с множеством антенн. Более конкретно, уставка мощности повышается в мобильной станции, если управление указывает на выключения режима разнесения при приеме с множеством антенн (блоки 700 и 710, фиг.6). Более конкретно, для решения о выключении, уставка управления мощностью в мобильной станции получает приращение в блоке 710. В свою очередь, мобильная станция посылает команду управления мощностью в базовую станцию для увеличения мощности в прямой линии связи (блок 720 на фиг.6). В результате команды увеличения мощности, базовая станция увеличивает мощность прямой линии связи, и затем режим разнесения при приеме с множеством антенн выключается (блоки 730 и 740 на фиг.6). В способе проверяется, прошел ли один кадр (блок 730) и если это так, то прием множеством антенн отключается (блок 740). Когда мобильная станция выключает режим разнесения при приеме с множеством антенн, уровень мощности прямой линии связи имеет адекватное значение, так что рабочие характеристики не ухудшаются, и уставка возвращается в свое предыдущее значение.

Процедура применения режима разнесения при приеме с множеством антенн

Беспроводная система с разнесением при приеме с множеством антенн может использовать любой указатель или комбинацию из одного или более указателей, чтобы принять решение о том, следует ли включить или выключить режим разнесения при приеме с множеством антенн. Например, в одном варианте осуществления, система выбирает минимальное значение из (1) масштабированного отношения энергии шума к энергии пилот-сигнала или (2) отфильтрованного отношения энергии трафика к энергии пилот-сигнала, чтобы выключить режим разнесения при приеме с множеством антенн. Каждый параметр потенциально обеспечивает порог для выключения режима разнесения при приеме с множеством антенн. Например, отношение энергии трафика к энергии пилот-сигнала является мерой распределения энергии с точки зрения базовой станции. Если базовая станция в недостаточной степени извлекает выгоду из снижения мощности прямой линии связи, как показано отношением энергии шума к энергии пилот-сигнала, то преимущества работы в режиме разнесения при приеме с множеством антенн снижаются, и разнесение при приеме с множеством антенн отключается.

Фиг.7 иллюстрирует диаграмму состояний для одного варианта осуществления динамического управления применением разнесения при приеме с множеством антенн. В одном варианте осуществления конечный автомат тактируется каждые 20 мс (кадр). Два основных условия для работы конечного автомата - это производительность системы и качество передачи. Конечный автомат по фиг.7 описывает работу управления разнесением при приеме с множеством антенн только для оценок трафика прямой линии связи. Разнесение при приеме с множеством антенн соответствует включенному состоянию в следующих состояниях, показанных на фиг.7: RD_ONCT 1110, RD_ONQT 1130, RD_FON 1160, RD_ON 1115. Разнесение при приеме с множеством антенн соответствует выключенному состоянию в следующих состояниях, показанных на фиг.7: RD_POFF 1120, RD_FOFF 1135, RD_OFFT 1125, RD_EOFF 1105.

Начальное состояние, 1105, определяется как отключение разрешенного разнесения при приеме с множеством антенн блокировано (RD_EOFF). Если проверка для производительности сети дает положительный результат (т.е. метрика производительности больше, чем порог, для включения разнесения при приеме с множеством антенн), то конечный автомат переходит в состояние таймера производительности при включении разнесения при приеме с множеством антенн (RD_ONCT), 1110, как показано стрелкой «А» перехода. В состоянии 1110 таймера производительности при включении разнесения при приеме с множеством антенн, разнесение при приеме с множеством антенн включено, и установлен таймер производительности. Если время таймера производительности истекает, и проверка для качества трафика дает положительный результат (т.е. метрика качества меньше, чем порог для включения разнесения при приеме с множеством антенн), то конечный автомат переходит в состояние включения разнесения при приеме с множеством антенн (RD_ON), 1115 (стрелка перехода «В»).

В состоянии 1115 включения разнесения при приеме с множеством антенн, блок управления выполняет проверку для порогов производительности. Если проверки как производительности, так и качества не обосновывают применения разнесения при приеме с множеством антенн, то конечный автомат переходит из состояния RD_ON 1115 в состояние подготовки к выключению разнесения при приеме с множеством антенн (RD_POFF), 1120 (стрелка перехода «C»). Блок управления, в состоянии RD_POFF 1120 настраивает уставку прямого управления мощностью. Конечный автомат остается в состоянии RD_POFF 1120 в течение одного цикла конечного автомата (например, одного кадра). После одного цикла конечного автомата, если проверка качества не указывает на применение разнесения при приеме с множеством антенн, то конечный автомат переходит из состояния RD_POFF 1120 в состояние таймера отключения разнесения при приеме с множеством антенн (RD_OFFT) (1125) (стрелка перехода «D»). При входе в состояние RD_OFFT 1125 блок управления выключает разнесение при приеме с множеством антенн, возвращает уставку прямого управления мощностью на предыдущее значение и запускает таймер (например, на короткий интервал времени).

Из состояния RD_OFFT 1125, если время таймера истекает, и проверка качества не указывает на применение разнесения при приеме с множеством антенн, то конечный автомат переходит в состояние отключения разрешенного разнесения при приеме с множеством антенн (RD_EOFF), 1105 (стрелка перехода «Е»). Из состояния RD_EOFF 1105 или состояния RD_OFFT 1125 конечный автомат переходит в состояние таймера качества при включении разнесения при приеме с множеством антенн (RD_ONQT), 1130, если проверка качества указывает на применение разнесения при приеме с множеством антенн (стрелка перехода «F»). При таком сценарии блок управления включает разнесение при приеме с множеством антенн и запускает таймер качества на относительно длительный интервал. Конечный автомат повторно переходит в состояние RD_ONQT 1130 (т.е. из состояния RD_INQT), если проверка качества указывает на применение разнесения при приеме с множеством антенн (стрелка перехода «G»). Для условия повторного перехода таймер качества устанавливается в исходное состояние. Также конечный автомат переходит в состояние RD_ONQT 1130 из состояния RD_POFF 1120, если проверка качества указывает на применение разнесения при приеме с множеством антенн (стрелка перехода «Н»). При переходе в состояние RD_ONQT 1130 из состояния RD_POFF 1120 блок управления запускает таймер качества и возвращает уставку прямого управления мощностью на предыдущее значение. Конечный автомат также переходит в состояние RD_ONQT 1130, когда разнесение при приеме с множеством антенн включается из состояний RD_ONCT 1110 и RD_ON 1115 (стрелки перехода, соответственно «I» и «J»). Состояние RD_ONQT 1130 вводится из состояний RD_ONCT 1110 и RD_ON 1115, если проверка качества указывает на применение разнесения при приеме с множеством антенн. Из этих состояний блок управления инициирует таймер качества. Если время таймера качества истекает, а проверка качества не указывает на применение разнесения при приеме с множеством антенн, то конечный автомат переходит из состояния RD_ONQT 1130 в состояние RD_ON 1115 (стрелка перехода «К»).

Как показано на фиг.7, вынужденная команда выключения, из состояния «отключения» разнесения при приеме с множеством антенн, приводит к переходу из состояний RD_ON 1115, RD_OFFT 1125 или RD_POFF 1120 в состояние вынужденного выключения разнесения при приеме с множеством антенн (RD_FOFF), 1135 (стрелки перехода «L», «M» и «N»). Для условия вынужденного выключения из состояния отключения разнесение при приеме с множеством антенн блокируется. Команда вынужденного выключения может быть выдана, если в мобильном устройстве не разрешен режим разнесения при приеме с множеством антенн, или некоторый гибридный режим использует ресурсы приемника.

Если режим разнесения при приеме с множеством антенн находится в любом состоянии «включения», представленном как «Любое состояние RRD ON на фиг.7, конечный автомат переходит в состояние RD_POFF 1120 в ответ на команду выключения (стрелка перехода «О»). Кроме того, блок управления настраивает уставку прямого управления мощности на отключение разнесения при приеме с множеством антенн. Если выдана команда отмены команды вынужденного выключения, то конечный автомат переходит из состояния RD_FOFF 1135 в состояние RD_EOFF 1105 (стрелка перехода «Р»). Система также может выдать команду вынужденного включения. Если выдана команда вынужденного включения, из любого состояния, показанная состоянием 1150 на фиг.7, то конечный автомат переходит в состояние вынужденного включения разнесения при приеме с множеством антенн (RD_FON), 1160 (стрелка перехода «Q»). Если система выдает команду отмены вынужденного включения, то конечный автомат переходит из состояния RD_FON 1160 в состояние RD_ON 1115 (стрелка перехода «В»).

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что информация и сигналы могут быть представлены с использованием любого из множества различных технологий и методов. Например, данные, инструкции, команды, информация, сигналы, биты, символы и элементарные посылки, на которые могут даваться ссылки в описании, могут быть представлены напряжениями, токами, электромагнитными волнами, магнитными полями или частицами, фотонами или любыми комбинациями указанных средств.

Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что приведенные для иллюстрации логические блоки, модули, схемы и этапы алгоритмов, описанные в связи с раскрытыми вариантами осуществления, можно реализовать в виде электронных аппаратных средств, компьютерного программного обеспечения или их комбинации. Для иллюстрации в явном виде такой взаимозаменяемости аппаратных средств и программного обеспечения, различные иллюстративные компоненты, блоки, модули, схемы и этапы описаны в терминах их функциональных возможностей. Выбор действительной реализации указанных функциональных возможностей в виде аппаратных средств или программного обеспечения зависит от конкретного приложения и конструктивных ограничений, наложенных на всю систему в целом. Специалисты в данной области техники могут реализовать описанные функциональные возможности различными путями для каждого конкретного применения, но такие реализации не должны интерпретироваться как вызывающие отклонение от объема настоящего изобретения.

Всевозможные иллюстративные логические блоки, модули, диаграммы состояний и схемы, описанные в связи с раскрытыми вариантами осуществления, могут быть реализованы посредством процессора общего назначения, цифрового сигнального процессора (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) или другого программируемого логического устройства, логического устройства на дискретных вентилях или транзисторах, отдельных аппаратных компонентов или любой их комбинации для выполнения описанных функций. В качестве процессора общего назначения может использоваться микропроцессор, однако, в альтернативном варианте процессором может служить любой обычный процессор, контроллер, микроконтроллер или конечный автомат. Процессор также может быть реализован как комбинация вычислительных устройств, например, комбинация DSP и микропроцессора, множество микропроцессоров, один или более микропроцессоров во взаимосвязи с ядром DSP, или любая другая такая конфигурация.

Этапы способа или алгоритм, описанные в связи с раскрытыми вариантами осуществления, могут быть реализованы непосредственно в виде аппаратных средств, в программном модуле, исполняемом процессором или как комбинация обоих указанных средств. Программный модуль может располагаться в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), флэш-памяти, постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), стираемом программируемом постоянном запоминающем устройстве (СППЗУ), электрически стираемом программируемом постоянном запоминающем устройстве (ЭСППЗУ), регистрах, на жестком диске, съемном диске, ПЗУ на компакт-диске или любом другом известном в данной области техники носителе для хранения информации. Иллюстративный носитель для хранения информации связан с процессором, так что процессор может считывать информацию с носителя и записывать информацию на носитель. В качестве альтернативы, носитель для хранения информации может быть встроен в процессор. Процессор и носитель могут находиться в схеме ASIC, которая может находиться в пользовательском терминале. В качестве альтернативы, процессор и носитель для хранения информации могут представлять собой дискретные компоненты в пользовательском терминале.

Настоящее описание раскрытых вариантов осуществления предусмотрено для обеспечения возможности любому специалисту в данной области техники реализовать и использовать настоящее изобретение. Различные модификации и видоизменения должны быть очевидны для специалистов в данной области техники, и общие определенные выше принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления без отклонения от сущности и объема изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено представленными вариантами осуществления, а должно соответствовать самому широкому объему, совместимому с раскрытыми принципами и новыми признаками.