Управление скоростью передачи в многоканальных системах связи
Изобретение относится к области беспроводной связи, в частности к способам и системам для определения скоростей передачи данных в обратном канале и планированию многопользовательской беспроводной сети. Изобретение раскрывает различные способы и системы для определения скоростей передачи данных по обратному каналу в многопользовательской системе связи. Например, раскрыт аппарат для управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого пользовательского оборудования в многопользовательской системе связи. Аппарат может содержать устройство оценки канала, выполненное с возможностью определения оценок канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, устройство демодуляции, выполненное с возможностью определения первого отношения сигнал/шум для первого пользовательского оборудования с использованием множества разных оценок канала, и устройство определения скорости передачи данных, выполненное с возможностью определения первой скорости передачи данных в обратном канале для первого пользовательского оборудования с использованием первого отношения сигнал/шум. 7 н. и 22 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящая заявка притязает на приоритет по предварительной заявке № 60/784586, «RATE CONTROL FOR MULTI-CHANNEL COMMUNICATION SYSTEMS», поданной в США 20 марта, 2006 г., содержание которой целиком включено в настоящую заявку путем отсылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к беспроводной связи. В частности, настоящее изобретение относится к способам и системам для определения скоростей передачи данных в обратном канале и планированию многопользовательской беспроводной сети.
Уровень техники
Система связи, основанная на мультиплексировании с ортогональным частотным разделением сигналов (система OFDM), эффективно делит полную ширину полосы пропускания системы на несколько (N F) поднесущих, которые могут также именоваться частотными подканалами, тонами или элементами разрешения по частоте. Для системы OFDM подлежащие передаче данные (т.е. биты данных), могут сначала кодироваться по конкретной схеме кодирования для генерации кодированных битов, и кодированные биты могут дополнительно группироваться в многобитовые символы, которые затем ставятся в соответствие модуляционным символам. Каждый модуляционный символ соответствует точке в сигнальной группе, заданной конкретной схемой модуляции (например, M-PSK (многократная фазовая манипуляция) или M-QAM (многократная квадратурная амплитудная модуляция)), применяемой для передачи данных. В каждом интервале времени, который может зависеть от ширины полосы пропускания каждой поднесущей, модуляционный символ может передаваться на каждой из N F поднесущих. OFDM можно применять для борьбы с межсимвольной интерференцией (ISI), обусловленной частотно-селективным замиранием, которая характеризуется разными степенями ослабления по ширине полосы пропускания системы.
Система связи со многими входами и выходами (MIMO) может использовать множество (N T) передающих антенн и множество (N R) приемных антенн для передачи данных. Канал MIMO, сформированный N T передающими антеннами и N R приемными антеннами, можно разбить на N S независимых каналов, где N S≤min (N T, N R). Каждый из N S независимых каналов может именоваться «пространственным подканалом» канала MIMO и соответствует измерению. Система MIMO может в принципе обеспечивать повышение рабочих характеристик (например, повышенную пропускную способность), если использовать дополнительные измерения, создаваемые множеством передающих и приемных антенн.
Для системы MIMO, которая использует OFDM (т.е. системы MIMO-OFDM), в каждом из N S пространственных подканалов для передачи данных доступно N F поднесущих. Каждую поднесущую каждого пространственного подканала можно именовать каналом передачи. Следовательно, для передачи данных между N T передающими антеннами и N R приемными антеннами доступно NF·NS каналов передачи.
Для системы MIMO-OFDM, N F частотных подканалов каждого пространственного подканала могут подвергаться действию разных условий канала (например, разному замиранию и многолучевым эффектам) и могут обеспечивать разные отношения сигнала к шуму и помехам (SNR). Каждый переданный модулированный символ может изменяться в зависимости от характеристик канала передачи, в котором произведена передача символа. В зависимости от профиля трассы при многолучевом распространении канала связи между передатчиком и приемником частотная характеристика может широко изменяться по всей ширине полосы пропускания системы для каждого пространственного подканала и может дополнительно широко изменяться между пространственными подканалами.
Для многолучевого канала с частотной характеристикой, которая не имеет плоского вида, скорость передачи информации (т.е. число битов данных на модуляционный символ), с которой возможна надежная передача по каждому каналу передачи, может отличаться от канала передачи к каналу передачи. Если модуляционные символы для конкретного пакета данных передаются по нескольким каналам передачи и если характеристика этих каналов передачи сильно изменяется, то упомянутые модуляционные символы могут приниматься со значениями SNR, изменяющимися в широких пределах. В таком случае значение SNR будет соответственно изменяться по всему принятому пакету данных, что может затруднить определение надлежащей скорости для пакета данных.
Поскольку разные передатчики и приемники могут подвергаться действию разных (и, возможно, широко изменяющихся) условий канала, возможно, не нецелесообразно передавать данные с одинаковой мощностью передачи и/или скоростью передачи данных во все приемники. Фиксация упомянутых параметров передачи, вероятно, имела бы следствием излишнюю трату передаваемой мощности, применение субоптимальных скоростей передачи данных и/или ненадежную связь для различных приемников, причем все вышеупомянутое приводит к нежелательному снижению пропускной способности системы.
Вышеприведенное описание раскрывает различные проблемы определения скорости для планирования обратных каналов любых пользователей. К сожалению, в случае систем связи MIMO, дополнительные сложности возникают при одновременной передаче множества потоков из множества антенн множества пользователей.
Кроме того, условия канала могут изменяться со временем по самым разным причинам. В результате, поддерживаемые скорости передачи данных в каналах передачи также могут изменяться со временем. Следовательно, разные возможности передачи каналов передачи для разных приемников плюс многолучевой и изменяющийся во времени характер упомянутых каналов передачи и более высокие степени свободы при назначении разной мощности и скоростей передачи из разных передающих антенн осложняют задачу эффективной передачи данных в системе MIMO.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведено подробное описание различных аспектов и вариантов осуществления изобретения.
В одном из вариантов осуществления аппарат для управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого UE (пользовательского оборудования) в многопользовательской системе связи содержит устройство оценки канала, выполненное с возможностью определения оценок канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, устройство демодуляции, выполненное с возможностью определения первого отношения сигнал/шум (SNR) для первого UE с использованием множества разных оценок канала, и устройство определения скорости передачи данных, выполненное с возможностью определения первой скорости передачи данных в обратном канале для первого UE с использованием первого SNR.
В другом варианте осуществления, аппарат для управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого UE в многопользовательской системе связи содержит схему обработки, связанную с памятью. Схема обработки выполнена с возможностью определения оценки канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, определять первое отношение сигнал/шум (SNR) для первого UE с использованием множества разных оценок канала и определять первую скорость передачи данных в обратном канале с использованием первого SNR.
В еще одном варианте осуществления, аппарат для управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого UE в многопользовательской системе связи содержит средство оценки канала для определения оценки канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, средство демодуляции для определения первого отношения сигнал/шум (SNR) для первого UE с использованием множества разных оценок канала и определяющее средство для определения первой скорости передачи данных в обратном канале с использованием первого SNR.
В еще одном варианте осуществления способ управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого UE в многопользовательской системе связи содержит этапы, заключающиеся в том, что определяют оценку канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, определяют первое отношение сигнал/шум (SNR) для первого UE с использованием множества разных оценок канала и определяют первую скорость передачи данных в обратном канале с использованием первого SNR.
В еще одном варианте осуществления аппарат для планирования скоростей передачи данных для множества UE содержит средство для управления мощностью соответствующих опорных сигналов из UE и средство для определения скорости передачи данных в обратном канале для соответствующих UE с использованием контрольного сигнала.
В еще одном варианте осуществления компьютерно читаемое запоминающее устройство содержит множество компьютерных команд. Компьютерно читаемое запоминающее устройство содержит первый код для определения оценки канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, второй код для определения первого отношения сигнал/шум (SNR) для первого UE с использованием множества разных оценок канала и третий код для определения первой скорости передачи данных в обратном канале с использованием первого SNR.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Признаки и сущность настоящего изобретения станут более понятны из нижеприведенного подробного описания, при его изучении совместно с чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции используются для соответствующих элементов, и где:
фиг. 1 - изображение примерной системы беспроводной связи с множественным доступом;
фиг. 2 - изображение примерной системы передачи;
фиг. 3 - детальное изображение узла B, показанного на фиг. 2; и
фиг. 4 - блок-схема последовательности операций для примера работы предложенных способов и систем.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Как описано выше, разные передатчики и приемники могут действовать в разных (и, возможно, широко изменяющихся) условиях канала, и, следовательно, возможно, было не нецелесообразно передавать данные с одинаковой мощностью передачи и/или скоростью передачи данных во все приемники. Поскольку фиксация упомянутых параметров передачи, вероятно, имела бы следствием нежелательное снижение пропускной способности системы, то было бы полезно определять оптимальные уровни мощности передачи и скорости передачи данных для каждого передатчика, по возможности.
Хотя нижеследующее описание относится, для примера, к системам связи MIMO-OFDM, специалистам в соответствующих областях техники должно быть понятно, что нижеследующее описание может также относиться к системам SIMO (с одним входом и множественным выходом)-OFDM, FDM (с мультиплексированием с частотным разделением сигналов) с одной несущей (SC-FDM), CDMA (с множественным доступом с кодовым разделением сигналов), SDMA (с множественным доступом с пространственным разделением сигналов) и другим стандартам связи, как будет описано ниже.
На фиг. 1 представлена примерная система 100 беспроводной связи с множественным доступом в соответствии с одним аспектом. Как показано на фиг. 1, система 100 беспроводной связи с множественным доступом содержит множество сот 102, 104 и 106. В соответствии с одним аспектом, показанным на фиг. 1, каждая сота 102, 104 и 106 может содержать узел B 150, который содержит несколько секторов. Несколько секторов могут быть сформированы группами антенн, причем каждая группа антенн отвечает за связь с UE на участке соты. В соте 102 группы 112, 114 и 116 антенн соответствуют, каждая, разному сектору. В соте 104 группы 118, 120 и 122 антенн соответствуют, каждая, разному сектору. В соте 106 группы 124, 126 и 128 антенн соответствуют, каждая, разному сектору.
Следует отметить, что каждая примерная сота 102, 104 и 106 может содержать несколько UE, которые имеют связь с, по меньшей мере, одним сектором каждого узла B. Например, UE 130 и UE 132 имеют связь с узлом B 142, UE 134 и UE 136 имеют связь с узлом B 144, и UE 138 и UE 140 имеют связь с узлом B 146.
В настоящем описании передачи из узла B в UE называются передачами в «прямом канале», тогда как передачи из UE в узел B называются передачами в «обратном канале».
Во время работы несколько UE могут иметь связь в режиме MIMO, в котором несколько антенн в группе антенн поддерживают связь с несколькими антеннами в UE. В этом режиме между узлом B и UE могут передаваться несколько информационных потоков. Другие UE могут поддерживать связь так, что между каждой группой антенн и несколькими UE передаются несколько потоков. В таких случаях потоки можно изменять с помощью нескольких методов адресации пользователям в разных пространственных положениях, без помех для других UE. Один из подходов такого типа называется множественным доступом с пространственным разделением каналов (SDMA).
Далее, разные схемы MIMO, которые позволяют нескольким пользователям выполнять передачу с использованием данной полосы пропускания и временного ресурса, можно считать схемой SDMA. Более сложный вид SDMA может использовать разновидность предварительного кодирования передачи, чтобы пользователи, которым одновременно назначены одни и те же полосы пропускания и временной ресурс, испытывали слабые взаимные помехи между потоками в своих индивидуальных приемниках. Третий вид SDMA заключается в использовании близко расположенных передающих антенных решеток, которые могут формировать несколько пучков, которые географически делят сектор на несколько подсекторов. Можно отметить, что UE в подсекторах, которые пространственно разделены на большое расстояние, можно планировать одновременно, без создания сильных взаимных помех. Возможно также использование других видов SDMA.
Во время работы каждому UE может быть назначена скорость передачи в обратном канале и скорость приема в прямом канале, либо в UE, либо связанным узлом B. В общем, пользователям в SDMA или многопользовательском (MU) режиме MIMO назначаются иные скорости передачи, возможно, с использованием разных алгоритмов, чем пользователям в однопользовательском режиме SIMO.
Другой многоантенный режим обратного канала представляет собой однопользовательский режим MIMO (режим SU-MIMO), в котором множество потоков передаются от множества антенн из одного UE. Кроме того, UE, использующие режим SU-MIMO, можно отнести к особому случаю UE, использующих режим MU-MIMO. Для пользователей с достаточно хорошей геометрией режим SU-MIMO может обеспечивать высокую максимальную скорость передачи данных. Кроме того, пропускная способность в режиме SU-MIMO также линейно зависит от минимального числа передающих и приемных антенн, что обеспечивает полное использование ресурсов системы.
Одной из проектных задач, связанных со схемами UL-MIMO, является определение скорости передачи. В системе SIMO узел B точно знает, какую скорость передачи следует назначить каждому UE на основе его опорного уровня мощности (т.е. мощности контрольного сигнала, сформированного в UE, который измеряется узлом B, если контрольный сигнал применяется как контрольный сигнал), операционного резерва усилителя мощности (PA) и загрузке других сот. Другими словами, скорость передачи данных, доступная для UE, характеризуется взаимнооднозначным соответствием с отношением спектральной плотности мощности (PSD) потока передачи UE к опорному сигналу UE. Такое отношение PSD именуется в настоящем описании отношением передаваемого потока к опорному сигналу («TS/RS»). Следует отметить, что пример TS/RS содержит отношение T2P, которое можно использовать для обозначения отношения трафика к мощности контрольного сигнала для обратного канала в системах SC-FDM, CDMA или SDMA.
К сожалению, во время работы в режиме MU-MIMO или режиме SU-MIMO узел B не может определять оптимальные скорости передачи, которые могут поддерживаться каждым UE, на основе простого соответствия TS/RS скорости передачи. Фактически, прямое соответствие может давать завышенные оценки назначаемых скоростей передачи данных. Это, в свою очередь, может приводить к субоптимальному планированию. Поэтому желательно усовершенствовать подходы к передаче в обратном канале.
На фиг. 2 представлена упрощенная система OFDM 200 беспроводной связи. Как показано на фиг. 2, система связи содержит первое UE 210, содержащий первую антенну 212, второе UE 220, содержащий вторую антенну 222, третье UE 230, содержащий третью антенну 232, и узел B 250, содержащий базовую антенную решетку 252. Хотя различные антенны 212, 222 и 232 UE изображены в виде одиночных устройств, следует понимать, что каждое UE 210, 220 и 230 может включать в себя любое число антенн, по желанию.
Так как система 200 связи основана на OFDM, то информационные данные можно передавать на нескольких отдельных поднесущих (например, 128 частотах), а контрольный сигнал можно передавать на каждой N-й (например, 6-й) поднесущей. Однако конкретные число и конфигурация информационных и контрольных несущих не особенно важны для предлагаемых способов и систем и, следовательно, могут сильно различаться в разных вариантах осуществления.
Во время работы каждое UE 210, 220 и 230 может транслировать информационный и контрольный сигналы в узел B 250. В свою очередь, узел B может обеспечивать управляющую информацию для каждого UE 210, 220 и 230, чтобы управлять уровнем мощности информационных и контрольных сигналов каждого UE 210, 220 и 230, а также обеспечивать информацию планирования, чтобы предоставлять данному UE 210, 220 и 230 возможность передачи в некоторые периоды времени. Контрольный сигнал может передаваться в период передачи каждого символа. Следует понимать, что в качестве альтернативы контрольные сигналы можно мультиплексировать с временным разделением (TDM), методами SC-FDM, OFDM, CDMA и т.д. Контрольный сигнал можно использовать как опорный сигнал для управления мощностью в обратном канале. В некоторых вариантах осуществления опорный сигнал можно обеспечивать по некоторым другим каналам, например по каналу CQI (показателя качества канала). В таком случае опорный сигнал может содержать информацию о канале для прямого канала, например отчет CQI, формируемый в UE.
Узел B 250 может принимать и преобразовывать потоки данных, передаваемых беспроводным способом, и контрольные/опорные сигналы из UE 210, 220 и 230 в аналоговые сигналы, которые можно контролировать по уровням мощности или любому другому показателю качества канала. В свою очередь, аналоговые сигналы можно использовать для генерации команд управления мощностью и команд планирования для UE 210, 220 и 230. Следует отметить, что в различных вариантах осуществления можно передавать и/или регулировать по мощности контрольный/опорный сигнал только от одной антенны каждого UE.
Для UE с единственной антенной, имеющей связь с узлом B 250 (который содержит множество антенн), опорный/контрольный сигнал (либо контрольный, управляющий сигнал, например канал CQI) может регулироваться по мощности с обратной связью до требуемого уровня для обеспечения опорного сигнала для управления мощностью канала трафика. В общем, передачами трафика в обратном канале можно управлять по мощности соответственно максимально допустимой спектральной плотности мощности (PSD) при одновременном выдерживании допустимого уровня взаимных помех от смежных сот. PSD канала трафика можно обозначить «ΔP», а уровень мощности опорного/контрольного сигнала можно обозначить «P0». Следовательно, TS/RS в данной системе можно выразить в виде «ΔP/P0».
Следовательно, после определения PSD скорость передачи данных можно выбирать в зависимости от SNR канала трафика. Соответственно, в данном случае существует взаимно однозначное соответствие между PSD информационного канала и скоростью передачи данных.
С другой стороны, для режима MIMO обратного канала PSD информационного канала и планируемая скорость передачи могут быть развязаны. Выбор скорости передачи в системе, которая назначает UE для работы в режиме SU-MIMO или SDMA, может быть тесно связан с опорным сигналом и управлением мощности, но, все же, может иметь некоторое существенное расхождение с таковыми в режиме SIMO. В некоторых аспектах факторы, которые используются для управления скоростью передачи, содержат, но без ограничения: (1) мощность опорного/контрольного сигнала, передаваемого из UE, которым обычно управляют по мощности; (2) управление мощностью для UE; (3) уровень, т.е. число передаваемых пространственных потоков; (4) тип приемника, используемого в узле B; и (5) другие каналы от любой пары приемно-передающих антенн.
Следует отметить, что для режима MIMO возможно существование нескольких вариантов выбора опорного/контрольного сигнала, в том числе: (A) от одной антенны, (B) от всех антенн одновременно или (C) от чередующихся антенн. Хотя в долгосрочном плане статистические характеристики канала должны быть одинаковыми для разных антенн, реализации различных доступных каналов могут сильно различаться из-за замирания. Кроме того, например, когда доступны как внешняя, так и внутренняя антенны (например, для типичного мобильного устройства), коэффициенты усиления антенн могут существенно различаться для разных антенн.
Одно решение может состоять в обеспечении опорного сигнала, управляемого по мощности, например сигнала информации о качестве канала, с использованием только облучающей антенны UE. В таком случае можно получать различия каналов по схеме специального канала запроса или по более общей схеме широкополосного контрольного сигнала. При этом данный узел B может получать эквивалентные уровни опорного сигнала от всех передающих антенн UE при относительного небольших потерях.
После того как определены уровни мощности опорного/контрольного сигналов, изменение PSD для информационного канала можно определить на основе нагрузки на соседние сектора, операционного резерва усилителя мощности, разности в расстоянии между обслуживающей сотой и другими сотами и т.п. Следует отметить, что возможны различия в определении PSD для режимов SU-MIMO и MU-MIMO. Если из одного и того же UE передается множество потоков, то суммарная мощность всех потоков должна удовлетворять некоторым требованиям, которые отражают суммарный операционный резерв PA (усилителя мощности) для упомянутого UE.
С другой стороны, если все потоки передаются из разных UE, то PSD для UE должна удовлетворять операционному резерву PA этого UE.
Для планирования поддиапазона, когда пользователи планируются на поднаборы из общего числа поднесущих, сначала пользователи могут быть распределены по группам в различные поддиапазоны на основе широкополосного контрольного сигнала (например, контрольного или каких-то других каналов сигнализации, например канала REQCH запроса или CQICH (показателя качества канала)). В каждом поддиапазоне устройство/планировщик может выбирать пользователей/уровни для максимального увеличения пространственного разнесения с одновременным выдерживанием выполнения других требований QOS (к качеству обслуживания). Пространственное разнесение может быть основано на оценках каналов, полученных либо из широкополосного контрольного сигнала, либо по схеме специального канала запроса.
Далее, принятый сигнал Y(k) для каждой антенны UE можно описать нижеследующим уравнением (1):
где k означает индекс частотного тона в выбранном поддиапазоне, P i означает переданную мощность из i-го потока, и H i означает векторную частотную характеристику канала для N r антенн узла B. В некоторых аспектах H i (k) можно получить из широкополосного контрольного сигнала, либо из канала запроса. Переданную мощность P i можно определять по уровню и ΔP опорного сигнала в запланированном поддиапазоне.
Далее применяются следующая система обозначений:
(i) N u=число планируемых пользователей;
(ii) N s=число планируемых потоков от данных Nu пользователей;
(iii) N r=число приемных антенн в узле B; и
(iv) N t=число передающих антенн в UE.
На фиг. 3 представлена подробная схема узла B 250, показанного на фиг. 2. Как показано на фиг. 3, узел B 250 содержит аналоговый входной каскад 310, устройство 312 измерения мощности, устройство 314 оценки канала, устройство 316 демодуляции («demod»), устройство 318 определения скорости передачи, устройство 320 управления мощностью и устройство 322 планирования.
Хотя детали архитектуры узла B 250 не показаны, следует понимать, что можно применить любую известную или разработанную в будущем архитектуру, которая широко известна специалистам в данной области техники.
Например, в различных вариантах осуществления различные компоненты 310-322 могут быть в виде отдельных электронных компонентов, связанных одной или рядом отдельных шин. Кроме того, в других вариантах осуществления, по меньшей мере, один из различных компонентов 310-322 могут быть в виде процессора или даже отдельного сервера, подсоединенного по, по меньшей мере, одной сети. Кроме того, следует понимать, что каждый из компонентов 310-322 можно эффективно реализовать с использованием нескольких согласованно работающих вычислительных устройств.
Следует также понимать, что некоторые из вышеперечисленных компонентов 310-322 могут быть в виде структур программного обеспечения/встроенных программ и процедур, постоянно находящихся в памяти и подлежащих исполнению или исполняемых контроллером, или даже структур или процедур программного обеспечения/встроенных программ, постоянно находящихся в отдельных запоминающих устройствах в отдельных серверах/компьютерах, работающих с управлением от разных контроллеров.
Во время работы, когда потоки трафика данных и контрольных сигналов принимаются антенной решеткой 252, аналоговый входной каскад 310 может получать принятые потоки, предварительно обрабатывать потоки и подавать предварительно обработанные потоки в устройство 312 измерения мощности.
В свою очередь, устройство 312 измерения мощности может выполнять различные измерения мощности и определения для каждого канала на основе трафика данных и контрольных сигналов, обеспечиваемых из UE. В различных вариантах осуществления, основанных на OFDM, устройство 312 измерения мощности может измерять каждую поднесущую OFDM, определять общую принятую мощность каждого индивидуального сигнала в обратном канале, измерять контрольные/опорные поднесущие, определять PSD индивидуальных сигналов в обратном канале и определять ΔP/P0 для каждого канала.
В различных вариантах осуществления узел B может обеспечивать определения PSD и ΔP/P0 для соответствующих UE с использованием передач по прямому каналу, после чего различные UE могут, каждое, определять и передавать информацию с учетом требуемого PSD, которое UE намерено (т.е. определило, что такое UE было бы выгодно) использовать.
Далее, устройство 314 оценки может оценивать канал передачи для каждой поднесущей OFDM каждого потока в обратном канале.
После того как определены различные оценки H(k) канала, устройство 316 демодуляции может определить SNR каждой поднесущей OFDM.
В ситуациях, когда устройство 316 демодуляции использует алгоритм с минимальной среднеквадратической ошибкой (MMSE), веса MMSE для j-го потока OFDM могут быть получены из уравнения (2):
Далее, в предположении, что из устройства 314 оценки канала доступны оценки H(k) канала, устройство 316 демодуляции может вычислить SNR для каждой частоты/поднесущей по нижеприведенному уравнению (3):
Тогда, с помощью SNR, обеспечиваемых устройством 316 демодуляции, соответствующие скорости передачи данных могут быть определены устройством 318 определения скорости передачи (обычно по таблице поиска), с одновременным учетом других соображений, например операционного резерва PA в UE, существующей или требуемой PSD для UE, других источников помех и т.д.
Как поясняется выше, известная проблема обычных подходов к оценке скорости передачи данных состоит в непосредственном установлении соответствия скорости передачи данных и отношения TS/RS. Последнее справедливо для передачи в режиме SIMO, но скорости не остаются более достоверными при работе в режиме MIMO в обратном канале. Настоящий подход смягчает данную проблему, так как скорости передачи данных, получаемые устройством 318 определения скорости передачи, намного больше связаны с SNR даже в случаях, когда режим MIMO в обратном канале осложнен одновременной передачей нескольких потоков в обратном канале от разных антенн. Точные скорости передачи определяются на основе знания архитектуры обработки данных приемника (например, приемника с MMSE или MMSE-SIC).
Как видно из фиг. 3, в вариантах осуществления, в которых устройство 316 демодуляции использует алгоритм с минимальной среднеквадратической ошибкой - последовательным подавлением помех (MMSE-SIC), следует определять порядок подавления. Одно решение состоит в сортировке поднесущих обратного канала в соответствии с суммарной принятой мощностью (см. нижеприведенное уравнение (4)) каждой антенной UE, которая, как изложено выше, может быть вычислена устройством 312 измерения мощности.
Для работы по методу MMSE-SIC, возможно, было бы желательно сортировать UE в порядке уменьшения мощности, чтобы самые мощные сигналы подавлялись первыми. Однако следует отметить, что конкретная схема упорядочивания для MMSE-SIC может отличаться от варианта осуществления к варианту осуществления.
При обработке данных приемника на основе MMSE-SIC, SNR для каждого потока после подавления может быть вычислено устройством 316 демодуляции с использованием нижеприведенного уравнения (5):
в предположении идеального подавления потоков-помех и белого шума.
Затем поддерживаемая скорость передачи данных для j-го пользователя/потока может быть вычислена устройством 318 определения скорости передачи на основе эффективного SNR, которое может быть, по существу, средним геометрическим из SNR на разных тонах.
Если предполагается идеальное подавление, то последний декодированный пользователь (пользователь с наименьшей мощностью сигнала / PSD) не будет испытывать помехи от всех ранее декодированных UE. Его скорость передачи данных, фактически, не будет следовать тому же взаимнооднозначному соответствию, как в случае SIMO. То есть скорость передачи данных для последнего декодированного UE можно определить в виде функции от передаваемой мощности UE, которой обычно может управлять узел B. С другой стороны, ранее декодированные пользователи будут характеризоваться снижением скорости передачи данных вследствие помех от других потоков.
Следует отметить, что не всегда возможно предполагать идеальное подавление, так что следует обеспечить другие подходы, учитывающие больший операционный резерв PA.
Как видно из фиг. 3, после определения различных SNR и скоростей передачи данных для различных UE устройство 316 управления мощностью может назначать соответствующую скорость передачи для UE, и узел B 250 может обеспечивать такую информацию в соответствующие UE передачей по прямому каналу.
Кроме того, устройство 322 планирования, с использованием информации, обеспечиваемой устройством 318 определения скорости передачи, а также информацией, касающейся ΔP/P0, полученной устройством 312 оценки канала, может планировать передачу различными UE на соответствующих частотах и в соответствующие временные интервалы, что, вероятно, может оптимизировать всю передачу в обратных каналах из UE.
Что касается вышеприведенного описания, касающегося устройства 316 демодуляции, то следует понимать, что не требуется, чтобы вычисления SNR настоящими способами и системами были связаны с какой-либо формой осуществляемой демодуляции данных. Однако, так как определение SNR традиционно выполняется в демодуляторах, в настоящем описании термин «устройство демодуляции» (и его производные) должен применяться к любому устройству, способному выполнять определение SNR, независимо от того, применяются ли или нет его вычисления для других целей.
На фиг. 4 представлена блок-схема последовательности операций, отображающая примерный процесс определения скоростей передачи данных в обратных каналах в многопользовательской системе связи. Хотя этапы показаны на фиг. 4 в конкретном порядке, следует понимать, что различные этапы могут изменять порядок следования от варианта осуществления к варианту осуществления, претерпевать изменения или, возможно, частично исключаться, что может быть очевидно специалистам в данной области техники.
Процесс начинается с этапа 402, на котором узел B может передавать сигналы управления по прямому каналу, чтобы управлять уровнями мощности UE, поддерживающих связь с узлом B. В различных вариантах осуществления упомянутое управление может распространяться на трафик данных и контрольные/опорные сигналы, передаваемые каждым UE. Затем, на этапе 404, различные UE могут передавать их соответствующие потоки трафика данных и контрольные/опорные сигналы в узел B с использованием уровней мощности, обеспеченных на этапе 402. Как поясняется выше, контрольный/опорный сигнал может переносить информацию CQI, другую информацию о связи по прямому каналу, статусную информацию, касающуюся соответствующего UE, и т.д. Управление переходит на этап 406.
На этапе 406 для каждого канала могут выполняться различные измерения мощности и определения на основе трафика данных и контрольного сигнала с этапа 404, включая измерение мощности каждой поднесущей OFDM, определение суммарной принятой мощности каждого сигнала в обратном канале, измерение контрольных/опорных поднесущих, определение PSD индивидуального сигнала в обратном канале и определение ΔP/P0 для каждого канала. Затем, на этапе 408, определения PSD и ΔP/P0 с этапа 406 могут передаваться в соответствующие UE с использованием связи по прямому каналу. Затем, на этапе 410, по меньшей мере, один из различных UE может, каждый, определить и передать информацию, касающуюся требуемой PSD, которую UE требовалось бы использовать. Управление переходит на этап 412.
На этапе 412 может быть определена оценка канала для каждой поднесущей обратного канала в каждом потоке в обратном канале. Затем, на этапе 414, можно определить SNR для каждой поднесущей обратного канала с использованием вышеприведенного уравнения (3) (при обнаружении MMSE) или уравнения (5) (при MMSE-SIC). Как поясняется выше, обработка данных приемника MIMO может обеспечиваться с использованием многих способов, включая обнаружение MMSE и обнаружение MMSE-SIC. Когда используют MMSE-SIC, порядок подавления можно определять с использованием мощности сигнала в обратном канале на поднесущую или с использованием общей мощности в канале, определенной по уравнению (4), или определять иначе с использованием многих известных или разработанных в будущем способов. Управление переходит на этап 416.
На этапе 416 соответствующая скорость передачи данных для каждого UE может быть определена на основе значений SNR с этапа 410, а также с использованием других критериев, обычно применяемых в аналогичном процессе, например, операционного резерва PA в UE, PSD измеряемого канала, требуемого PSD в UE, взаимных помех от смежных сот и т.д. Следует отметить, что для систем OFDM, определение скорости передачи данных может включать в себя определение приемлемых скоростей передачи данных для разных частотных поддиапазонов, определение скоростей передачи данных для разных антенн одного UE и определение скоростей передачи данных для разных UE. Управление передается на этап 418.
На этапе 418 узел B может определять трафик обратного канала для различных UE на основе скоростей передачи данных с этапа 412, QoS (качества обслуживания), обеспечиваемого UE, PSD и другой информации, имеющей отношение к делу. Соответственно, можно оптимизировать трафик в обратном канале из устройств UE. Управление переходит обратно на этап 402, с которого процесс можно повторить, при необходимости.
Как упоминалось выше, хотя вышеприведенное описание относится, для примера, к системе связи MIMO-OFDM, специалистам в соответствующей области техники следует понимать, что следующее описание может также относиться к SIMO-OFDM, FDM с одной несущей (SC-FDM), CDMA, SDMA и различным другим известным и тем, которые будут разработаны в будущем, стандартам связи. Для стандартов связи, в которых PSD и ΔP/P0 потока в обратном канале не применяется, данные величины, возможно, потребуется заменить соответственно мощностью сигнала и отношением целевого сигнала к контрольному сигналу (T2P).
Методы, описанные в настоящей заявке, могут быть реализованы различными способами. Например, данные методы могут быть реализованы в аппаратном обеспечении, программном обеспечении или их комбинации. При аппаратной реализации блоки обработки, используемые для оценки канала, могут быть реализованы в одной(ом) или более специализированной интегральной схеме (ASIC), процессоре цифровых сигналов (DSP), устройстве (DSPD) обработки цифровых сигналов, программируемом логическом устройстве (PLD), программируемой пользователем вентильной матрице (FPGA), процессоре, контроллере, микроконтроллере, микропроцессоре, другом электронном блоке, предназначенном для выполнения функций, описанных в настоящей заявке, или их комбинации. Реализация в программном обеспечении может быть в виде модулей (например, процедур, функций и т.д.), которые выполняют функции, описанные в настоящей заявке. Системная программа может храниться в блоке памяти и исполняться процессорами 1390 и 1350.
Вышеприведенное описание содержит примеры, по меньшей мере, одного варианта осуществления. Разумеется, невозможно описать каждую мыслимую комбинацию компонентов или способов для описания вышеупомянутых вариантов осуществления, но специалист в данной области техники может представить, что возможны многие дополнительные комбинации и перестановки различных вариантов осуществления. Соответственно, описанные варианты осуществления предназначены для охвата всех изменений, модификаций и вариантов, которые находятся в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, термин «содержит», который применяется либо в подробном описании, либо в формуле изобретения, следует понимать как включающий, аналогично термину «содержащий», когда «содержащий» истолковывается при его использовании в качестве переходного слова в пункте формулы изобретения.
1. Аппарат для управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого пользовательского оборудования (UE) в многопользовательской системе связи, при этом аппарат содержит:
устройство оценки канала, выполненное с возможностью определения оценок канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, исходящих от двух антенн первого UE;
устройство демодуляции, выполненное с возможностью определения первого отношения сигнал/шум (SNR) для первой из двух антенн и определения второго SNR для второй из двух антенн для первого UE с использованием множества разных оценок канала, и
устройство определения скорости передачи данных, выполненное с возможностью определения первой скорости передачи данных в обратном канале для первой антенны первого UE с использованием первого SNR;
причем объединенный метод многопользовательского обнаружения на основе минимальной среднеквадратической ошибки - последовательного подавления помех (MMSE-SIC) используется для определения первого SNR и второго SNR.
2. Аппарат по п.1, дополнительно содержащий устройство планирования для планирования связи по обратному каналу с первым UE с использованием первой скорости передачи данных в обратном канале.
3. Аппарат по п.1, причем первое UE и аппарат поддерживают связь в, по меньшей мере, одном из протоколов OFDM (мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов), CDMA (множественного доступа с кодовым разделением каналов), SC-FDMA (с одной несущей и мультиплексированием с частотным разделением каналов) и SDMA (множественного доступа с пространственным разделением каналов).
4. Аппарат по п.3, в котором первое UE и аппарат поддерживают связь по обратному каналу с использованием протокола OFDM.
5. Аппарат по п.4, в котором первое UE и аппарат поддерживают связь по обратному каналу в системе MIMO-OFDM (OFDM со многими входами и выходами).
6. Аппарат по п.1, в котором первое UE и аппарат поддерживают связь по обратному каналу с использованием протокола OFDM.
7. Аппарат по п.6, в котором устройство оценки канала выполнено с возможностью определения оценки канала для каждой поднесущей каждого потока OFDM в обратном канале.
8. Аппарат по п.7, в котором устройство демодуляции дополнительно выполнено с возможностью определения SNR с использованием оценки каждой поднесущей каждого канала.
9. Аппарат по п.1, в котором устройство демодуляции использует сигнал в обратном канале с использованием измерения, по меньшей мере, одного из мощности и спектральной плотности мощности (PSD) для определения порядка подавления для метода MMSE-SIC.
10. Аппарат по п.9, дополнительно содержащий устройство измерения мощности, выполненное с возможностью вычисления спектральной плотности мощности (PSD) каждого потока в обратном канале для получения множества определений PSD.
11. Аппарат по п.10, в котором устройство планирования использует определения PSD для планирования одной или более передач UE по обратному каналу.
12. Аппарат по п.9, в котором устройство измерения мощности выполнено с возможностью определения отношения PSD к контрольному сигналу (ΔР/Р0) каждого потока в обратном канале.
13. Аппарат по п.12, в котором каждое из множества вторых UE принимает соответствующее определение (ΔР/Р0) обратного канала от устройства измерения мощности.
14. Аппарат по п.13, причем аппарат принимает требуемое определение ΔР/Р0 обратного канала из, по меньшей мере, одного второго UE, при этом требуемое определение ΔР/Р0 обратного канала выполняется, по меньшей мере, одним вторым UE на основе соответствующего определения ΔР/Р0, предоставленного ему при передаче данных по прямому каналу.
15. Интегральная схема для управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого пользовательского оборудования (UE) в многопользовательской системе связи, содержащая аппарат по п.1.
16. Аппарат для управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого пользовательского оборудования (UE) в многопользовательской системе связи, при этом аппарат содержит:
схему обработки, связанную с памятью, причем схема обработки выполнена с возможностью:
определения оценки канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, исходящих от двух антенн первого UE;
определения первого отношения сигнал/шум (SNR) для первой из двух антенн и определения второго SNR для второй из двух антенн для первого UE с использованием множества разных оценок канала, и
определения первой скорости передачи данных в обратном канале для первой антенны первого UE с использованием первого SNR;
причем объединенный метод многопользовательского обнаружения на основе минимальной среднеквадратической ошибки - последовательного подавления помех (MMSE-SIC) используется для определения первого SNR и второго SNR.
17. Аппарат по п.16, в котором схема обработки дополнительно содержит устройство измерения мощности, выполненное с возможностью вычисления суммарной мощности каждого сигнала в обратном канале.
18. Аппарат для управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого пользовательского оборудования (UE) в многопользовательской системе связи, при этом аппарат содержит:
средство оценки канала для определения оценки канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, исходящих от двух антенн первого UE;
средство демодуляции для определения первого отношения сигнал/шум (SNR) для первой из двух антенн и определения второго SNR для второй из двух антенн для первого UE с использованием множества разных оценок канала; и
средство определения для определения первой скорости передачи данных в обратном канале для первой антенны первого UE с использованием первого SNR;
причем объединенный метод многопользовательского обнаружения на основе минимальной среднеквадратической ошибки - последовательного подавления помех (MMSE-SIC) используется для определения первого SNR и второго SNR.
19. Аппарат по п.18, причем первое UE и аппарат поддерживают связь по обратному каналу с использованием протокола OFDM.
20. Аппарат по п.19, причем аппарат вычисляет мощность каждого потока в обратном канале для определения порядка подавления при вычислении MMSE-SIC.
21. Способ управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого пользовательского оборудования (UE) в многопользовательской системе связи, при этом способ содержит этапы, на которых:
определяют оценки канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, исходящих от двух антенн первого UE;
определяют первое отношение сигнал/шум (SNR) для первой из двух антенн и определения второго SNR для второй из двух антенн для первого UE с использованием множества разных оценок канала; и
определяют первую скорость передачи данных в обратном канале для первой антенны первого UE с использованием первого SNR;
причем объединенный метод многопользовательского обнаружения на основе минимальной среднеквадратической ошибки - последовательного подавления помех (MMSE-SIC) используется для определения первого SNR и второго SNR.
22. Способ по п.19, дополнительно содержащий следующий этап, на котором:
планируют связь по обратному каналу с первым UE с использованием первой скорости передачи данных в обратном канале.
23. Способ по п.21, в котором первый UE поддерживает связь по обратному каналу с использованием протокола OFDM.
24. Способ по п.21, дополнительно содержащий этап, на котором вычисляют мощность каждого сигнала в обратном канале для определения порядка подавления при вычислении MMSE-SIC.
25. Компьютерно-читаемое запоминающее устройство, хранящее множество команд, которые при исполнении процессором предписывают процессору выполнять способ управления скоростью передачи данных, по меньшей мере, первого пользовательского оборудования (UE) в многопользовательской системе связи, причем команды включают в себя:
первый код для определения оценки канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, исходящих от двух антенн первого UE;
второй код для определения первого отношения сигнал/шум (SNR) для первой из двух антенн и определения второго SNR для второй из двух антенн для первого UE с использованием множества разных оценок канала; и
третий код для определения первой скорости передачи данных в обратном канале для первой антенны первого UE с использованием первого SNR;
причем объединенный метод многопользовательского обнаружения на основе минимальной среднеквадратической ошибки - последовательного подавления помех (MMSE-SIC) используется для определения первого SNR и второго SNR.
26. Компьютерно-читаемое запоминающее устройство по п.25, в котором первый код выполнен с возможностью оценки каналов для сигналов OFDM.
27. Аппарат для планирования скоростей передачи данных для множества экземпляров пользовательского оборудования (UE), содержащий:
средство для определения оценки канала для множества разных сигналов в обратном канале, чтобы получать множество оценок канала, исходящих от двух антенн первого UE;
средство для определения первого отношения сигнал/шум (SNR) для первой из двух антенн и определения второго SNR для второй из двух антенн первого UE с использованием множества разных оценок канала;
причем объединенный метод многопользовательского обнаружения на основе минимальной среднеквадратической ошибки - последовательного подавления помех (MMSE-SIC) используется для определения первого SNR и второго SNR;
средство для управления мощностью соответствующих опорных сигналов из UE; и
средство для определения скорости передачи данных в обратном канале для соответствующих UE на основе контрольного сигнала.
28. Аппарат по п.27, в котором информация контрольного сигнала содержит информацию о качестве канала.
29. Аппарат по п.27, дополнительно содержащий средство планирования для планирования передач данных из UE в обратном канале.
