Приемное устройство, способ приема сигнала, передающее устройство и способ передачи сигнала по каналу связи с базовой станцией
Изобретение относится к беспроводной связи, в частности к восходящим каналам связи приемных устройств и способам приема и передачи сигнала. Технический результат заключается в улучшение качества передачи в восходящем канале связи. Приемное устройство принимает в восходящем канале связи каналы управления, пилотные каналы и каналы данных. Приемное устройство включает в себя модуль приема пилотного канала для приема пилотного канала посредством антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности, включающей в себя множество фиксированных направленных диаграмм направленности, имеющих различные фиксированные направления ориентации, или в виде изменяемой направленной диаграммы направленности, имеющей направление ориентации, изменяющееся в соответствии с положением мобильного терминала, а также модуль приема канала данных для приема канала данных посредством антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности или изменяемой направленной диаграммы направленности. 4 н. и 5 з.п.ф-лы, 41 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к области беспроводной связи, в частности к восходящим каналам связи приемных устройств и способам приема и передачи сигнала.
Уровень техники
В схеме связи третьего поколения, представленной IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000, Международная мобильная связь-2000), существуют особые требования к возросшей скорости и емкости нисходящего канала связи. В качестве примера, с использованием полосы частот 5 МГц была реализована скорость передачи информации 2 Мбит/с. Однако для будущих систем связи существуют требования дополнительного увеличения скорости передачи и емкости и снижения затрат. Кроме того, необходимо улучшить качество связи в восходящем канале связи. Более того, также необходимо уменьшить энергопотребление мобильных терминалов. Улучшение конфигурации канала в системе связи для достижения более высокого качества в передаче сигнала раскрыто в патентном документе 1.
Патентный документ 1: JP 2003-259454 A.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании приемного устройства и способов приема и передачи сигнала, которые сделают возможным улучшение качества передачи в восходящем канале связи.
Настоящее изобретение предлагает приемное устройство для приема в восходящем канале связи каналов управления, пилотных каналов и каналов данных. Устройство согласно настоящему изобретению включает в себя модуль приема пилотного канала для приема пилотного канала посредством антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности, имеющей множество фиксированных направленных диаграмм направленности с различными фиксированными направлениями ориентации, или в виде изменяемой направленной диаграммы направленности, имеющей направление ориентации, изменяющееся в соответствии с положением мобильного терминала, и модуль приема канала данных для приема канала данных посредством антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности или изменяемой направленной диаграммы направленности.
Настоящее изобретение делает возможным улучшение качества передачи в восходящем канале связи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана секторная диаграмма направленности антенны (ДНА);
На фиг.2 показаны многолепестковая ДНА и адаптивная направленная ДНА;
На фиг.3 показана первая принципиальная блок-схема передатчика для передачи секторной ДНА;
На фиг.4 показана вторая принципиальная блок-схема передатчика для передачи секторной ДНА;
На фиг.5 показана принципиальная блок-схема приемника для приема секторной ДНА;
На фиг.6 показана принципиальная блок-схема базовой станции, используемой в передаче и приеме многолепестковой ДНА;
На фиг.7 показана принципиальная блок-схема базовой станции, используемой в передаче и приеме адаптивной направленной ДНА;
На фиг.8 изображена таблица, показывающая схемы передачи нисходящего канала связи, реализованные согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
На фиг.9 показана блок-схема передатчика DS-CDMA (Direct Sequence-Code Division Multiple Access, множественный доступ с кодовым разделением каналов и прямым расширением спектра);
На фиг.10 показана блок-схема приемника DS-CDMA;
На фиг.11А показана диаграмма примера мультиплексирования пилотного канала и канала данных;
На фиг.11В показана диаграмма примера мультиплексирования пилотного канала и канала данных;
На фиг.12А показана диаграмма первого примера мультиплексирования каналов пилотного, управления и данных;
На фиг.12В показана другая диаграмма первого примера мультиплексирования каналов пилотного, управления и данных;
На фиг.13А показана диаграмма второго примера мультиплексирования каналов пилотного, управления и данных;
На фиг.13В показана другая диаграмма второго примера мультиплексирования каналов пилотного, управления и данных;
На фиг.14А показана диаграмма третьего примера мультиплексирования каналов пилотного, управления и данных;
На фиг.14В показана другая диаграмма третьего примера мультиплексирования каналов пилотного, управления и данных;
На фиг.15А показана диаграмма четвертого примера мультиплексирования каналов пилотного, управления и данных;
На фиг.15В показана другая диаграмма четвертого примера мультиплексирования каналов пилотного, управления и данных;
На фиг.16 показана блок-схема модуля расширения спектра, используемого в передатчике VSCRF-CDMA (Variable Spreading and Chip Repetition Factors-CDMA, множественный доступ с кодовым разделением каналов с переменными коэффициентами расширения спектра и повтора элементарных последовательностей);
На фиг.17 показана блок-схема модуля сжатия спектра, используемого в передатчике VSCRF-CDMA;
На фиг.18 показана диаграмма, объясняющая принципы функционирования VSCRF-CDMA;
На фиг.19 показана диаграмма профиля мощность-задержка приемного сигнала;
На фиг.20А показана диаграмма положений, в которых вводятся пилотные каналы;
На фиг.20В показана другая диаграмма положений, в которых вводятся пилотные каналы;
На фиг.21А показана диаграмма первого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.21В показана другая диаграмма первого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.21С показана дополнительная диаграмма первого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.21D показана еще одна диаграмма первого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.22А показана диаграмма второго примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.22В показана другая диаграмма второго примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.23 показана диаграмма третьего примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.24А показана диаграмма четвертого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.24В показана другая диаграмма четвертого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.25А показана диаграмма пятого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.25В показана другая диаграмма пятого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.26А показана диаграмма шестого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.26В показана другая диаграмма шестого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.27 показана диаграмма седьмого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
На фиг.28 показана диаграмма восьмого примера мультиплексирования канала данных с повтором элементарных последовательностей;
Перечень сокращений
С 302-1 по ND - процессоры канала данных; 304 - процессор канала управления; 306 - мультиплексор; 308 - модуль обратного быстрого преобразования Фурье; 310 - модуль ввода защитных интервалов; 312 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП); 322 - кодер турбокода; 324 - модулятор данных; 326 - модуль перемежения; 328 - модуль последовательно-параллельного преобразования (serial-to-parallel, S/P); 330 - модуль расширения спектра; 342 - кодер сверточного кода; 344 - модулятор QPSK (Quadrature Phase Shift Keying. фазовая манипуляция с четвертичными фазовыми сигналами); 346 - модуль перемежения; 348 - модуль последовательно-параллельного преобразования (S/P); 350 - модуль расширения спектра;
402 - ортогональный модулятор; 404 - гетеродин; 406 - полосовой фильтр; 408 - смеситель; 410 - гетеродин; 412 - полосовой фильтр; 414 - усилитель мощности;
502 - антенна; 504 - малошумящий усилитель; 506 - смеситель; 508 - гетеродин; 510 - полосовой фильтр; 512 - модуль автоматической регулировки усиления; 514 - ортогональный детектор; 516 - гетеродин; 518 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 520 - детектор синхронизации символов; 522 - модуль удаления защитных интервалов; 524 - модуль быстрого преобразования Фурье; 526 - демультиплексор; 528 - модуль оценки канала; 530 - модуль сжатия спектра; 532 - модуль параллельно-последовательного преобразования (parallel-to-serial, P/S); 534 - модуль сжатия спектра; 536 - модуль обратного перемежения; 538 - декодер турбокода; 540 - декодер по алгоритму Витерби;
602 - модуль установления веса передачи; с 604-1 по N - мультиплексоры; с 606-1 по N - радиочастотные (РЧ) передатчики; с 612-1 по N - РЧ приемники; 614-1 по N - разделители; с 616-1 по L - модули установления веса приема;
702 - модуль измерения сигнала; 704 - контроллер веса передачи; 706 - контроллер веса приема;
902 - кодер турбокода; 904 - модулятор данных; 906 - модуль расширения спектра и мультиплексирования; 908 - модуль расширения спектра; 910 - модуль расширения спектра канала данных; 912 - мультиплексор; 914 - фильтр ограничения полосы частот; 916 - синтезатор; 918 - цифроаналоговый преобразователь; 920 - РЧ передатчик;
1002 - РЧ приемник; 1004 - аналого-цифровой преобразователь; 1006 - модуль сжатия спектра и разделения; 1007 - смеситель; 1008 - фильтр ограничения полосы частот; 1010 - модуль поиска путей распространения; 1012 - модуль сжатия спектра; 1014 - модуль оценки канала; 1016 - синтезатор гребенки (rake-синтезатор); 1018 - синтезатор; 1020 - декодер турбокода;
1602 - модуль расширения спектра; 1612, 1614 - модуль перемножения; 1604 - итеративный синтезатор; 1606 - фазовращатель;
1702 - фазовращатель; 1704 - итеративный синтезатор; 1706 - модуль сжатия спектра;
1802 - последовательность данных до сжатия; 1804 - сжатая и повторенная последовательность данных; 1806 - спектр восходящего канала связи для всех мобильных терминалов.
Осуществление изобретения
Согласно аспекту настоящего изобретения пилотный канал принимается с помощью антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности антенны (ДНА), включающей множество фиксированных направленных ДНА, имеющих различные фиксированные направления ориентации, или в виде изменяемой направленной ДНА, имеющей направление ориентации, изменяющееся в соответствии с положением мобильного терминала. Затем принимается канал данных с помощью антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой ДНА или в виде изменяемой направленной ДНА.
Согласно аспекту настоящего изобретения взвешивающие коэффициенты для изменяемой направленной ДНА могут быть взвешивающими коэффициентами для адаптивной направленной ДНА, которые рассчитываются адаптивным образом в соответствии с положением мобильного терминала.
Согласно аспекту настоящего изобретения изменяемая направленная ДНА формируется с помощью переключения одной или более фиксированных направленных ДНА.
По меньшей мере, канал данных и пилотный канал принимаются с помощью антенны с диаграммой направленности, реализующей направленную ДНА, которая ориентирована в направлении мобильного терминала (переключение фиксированных направленных ДНА или адаптивная направленная ДНА), что делает возможным улучшение качества восходящей передачи от мобильного терминала.
Согласно аспекту изобретения канал управления принимается с помощью антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой ДНА или изменяемой направленной ДНА. Это делает возможным устранение необходимости приема сигнала с использованием секторной ДНА и позволяет уменьшить типы обеспечиваемых ДНА (то есть можно ограничиться многолепестковой ДНА и изменяемой направленной ДНА).
Согласно аспекту настоящего изобретения каналы управления, пилотные каналы и каналы данных демодулируются с использованием множественного доступа с кодовым разделением каналов и прямым расширением спектра (DS-CDMA, Direct Sequence-Code Division Multiple Access).
Согласно аспекту настоящего изобретения приемный сигнал является расширенным во времени и со сжатым спектром, так что канал данных демодулируется с использованием множественного доступа с кодовым разделением каналов с переменными коэффициентами расширения спектра и повтором элементарных последовательностей (VSCRF-CDMA Variable Spreading and Chip Repetition Factors-Code Division Multiple Access).
Согласно аспекту настоящего изобретения мультиплексированные во времени пилотные каналы и каналы данных разделяются в соответствующие временные периоды, причем мультиплексированные во времени каналы управления и каналы данных также разделяются в соответствующие временные периоды.
Согласно аспекту настоящего изобретения один из мультиплексированных во времени пилотных каналов и каналов данных и мультиплексированные во времени каналы данных разделяются в соответствующие временные периоды, причем другие каналы являются мультиплексированными по частоте и мультиплексированные по частоте каналы данных разделяются в соответствующие частоты.
Согласно аспекту настоящего изобретения мультиплексированные с кодовым разделением пилотные каналы и каналы управления разделяются в соответствующие коды, и мультиплексированные по частоте или мультиплексированные с кодовым разделением каналы управления и каналы данных разделяются в соответствующие частоты или коды.
Согласно аспекту настоящего изобретения мультиплексированные по частоте или мультиплексированные с кодовым разделением пилотные каналы, каналы управления и каналы данных разделяются в соответствующие частоты или коды.
Передатчик согласно аспекту настоящего изобретения передает в восходящем канале связи пилотные каналы, каналы управления и каналы данных. Передатчик имеет средства для кодового расширения спектра, сжатия и повтора с использованием множественного доступа с кодовым разделением каналов с переменными коэффициентами расширения спектра и повтора элементарных последовательностей (VSCRF-CDMA). Передатчик имеет средства для кодового расширения спектра, сжатия, повтора и фазового сдвига, по меньшей мере, одного из пилотных каналов и каналов управления с использованием множественного доступа с кодовым разделением каналов с переменными коэффициентами расширения спектра и повтора элементарных последовательностей (VSCRF-CDMA). Передатчик также передает один из пилотных каналов и каналов управления с использованием множественного доступа с кодовым разделением каналов с переменными коэффициентами расширения спектра и повтора элементарных последовательностей (VSCRF-CDMA). Это делает возможным установить соответствующие восходящие каналы связи мобильного терминала, которые являются ортогональными по частотной оси не только для канала данных, но также и для пилотного канала и/или канала управления.
Передатчик согласно аспекту изобретения имеет средства для мультиплексирования во времени пилотных каналов и каналов данных, а также каналов управления и каналов данных.
Передатчик согласно аспекту изобретения имеет средства для мультиплексирования во времени с каналами данных одного из пилотных каналов и каналов управления и мультиплексирования по частоте с каналами данных других каналов.
Передатчик согласно аспекту настоящего изобретения имеет средства для мультиплексирования с кодовым разделением пилотных каналов и каналов управления и мультиплексирования по частоте или мультиплексирования с кодовым разделением каналов управления и данных.
Передатчик согласно аспекту настоящего изобретения имеет средства для мультиплексирования по частоте или мультиплексирования с кодовым разделением пилотных каналов, каналов управления и каналов данных.
Вариант осуществления 1
Диаграммы направленности антенны
В варианте осуществления настоящего изобретения различные типы каналов передаются от базовой станции к мобильному терминалу с использованием, по меньшей мере, четырех типов ДНА, включающих в себя: (1) секторную ДНА; (2) многолепестковую ДНА; (3) переключаемую ДНА; (4) адаптивную направленную ДНА.
(1) Секторная ДНА является направленной ДНА, реализующей ДНА в соте или секторе, обслуживаемых базовой станцией. На фиг.1 пунктирными линиями показана ДНА в виде секторной ДНА в секторе, имеющим угол 120 градусов.
(2) Многолепестковая ДНА включает в себя множество фиксированных направленных ДНА, имеющих относительно различные фиксированные направления ориентации. Количество лепестков определяется так, чтобы множество фиксированных направленных ДНА покрывали один сектор. На фиг.2 показано, как один сектор покрыт N фиксированными направленными ДНА, показанными пунктирными линиями.
(3) Переключаемая ДНА является направленной ДНА (может называться переключаемой направленной ДНА), формируемой с помощью переключения одной или более фиксированных направленных ДНА, входящих в многолепестковую ДНА, согласно положению мобильного терминала. Например, когда мобильный терминал движется от точки Р к точке Q на фиг.2, переключаемая ДНА эквивалентна ДНА 1 вначале и затем переключенной в ДНА 3. Кроме того, для мобильного терминала (например, в точке R) на примерно одинаковом расстоянии от ДНА 1 и 2, переключаемая ДНА для мобильного терминала может быть сформирована с использованием направленной ДНА, причем направленная ДНА формируется с помощью объединения ДНА 1 и 2.
(4) В адаптивной направленной ДНА взвешивающие коэффициенты, устанавливаемые каждой антенне для реализации ДНА, рассчитываются адаптивным образом согласно положению мобильного терминала. Переключаемая ДНА, хотя и имеет общее с адаптивной направленной ДНА, заключающееся в том, что направленное направление меняется вместе с положением мобильного терминала, тем не менее, отличается от адаптивной направленной ДНА тем, что веса ДНА не устанавливаются заранее и, таким образом, последовательно рассчитываются. На фиг.2 адаптивная направленная ДНА представлена сплошными линиями.
Свойства устройства
На фиг.3 показана первая принципиальная блок-схема передатчика для передачи с помощью секторной ДНА. Обычно предусматриваемый на базовой станции, такой передатчик, как показано, может быть предусмотрен в мобильном терминале. Базовая станция используется в системе связи с мультиплексированием с ортогональным частотным и кодовым разделением сигналов (OFCDM, Orthogonal Frequency Code Division Multiplexing). Базовая станция включает в себя: ND процессоров с 302-1 по ND канала данных; процессор 304 канала управления; мультиплексор 306; модуль 308 обратного быстрого преобразования Фурье; модуль 310 ввода защитных интервалов; цифроаналоговый преобразователь 312 (ЦАП). Ниже будет описан процессор 302-1 канала данных как представитель ND процессоров с 302-1 по ND канала данных, все они имеют одинаковые свойства и функции. Процессор 302-1 канала данных включает в себя: кодер 322 турбокода; модулятор 324 данных; модуль 326 перемежения; модуль 328 последовательно-параллельного преобразования (S/P); модуль 330 расширения спектра. Процессор 304 канала управления включает в себя: кодер 342 сверточного кода; модулятор 344 QPSK; модуль 346 перемежения; модуль 348 последовательно-параллельного преобразования (S/P) и модуль 350 расширения спектра. В других вариантах осуществления, где применяется мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) без кодового расширения спектра, модули 330 и 350 расширения спектра опущены.
ND процессоров с 302-1 по ND канала данных обеспечивают обработку в полосе частот видеосигнала для передачи данных информационного потока с использованием OFCDM. Кодер 322 турбокода обеспечивает кодирование для повышения устойчивости к ошибкам данных информационного потока. Модулятор 324 данных модулирует данные информационного потока с использованием соответствующей схемы модуляции, такой как QPSK, 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation, квадратурная амплитудная модуляция) и 64QAM. Вышеупомянутые схемы модуляции соответствующим образом изменяются при осуществлении адаптивных модуляции и кодирования (АМС, Adaptive Modulation and Coding). Модуль 326 перемежения изменяет порядок данных информационного потока в соответствии с предустановленным образцом. Модуль 328 последовательно-параллельного преобразования (S/P) преобразует последовательный поток сигналов в параллельный поток сигналов. Число параллельных потоков сигналов может быть определено в соответствии с числом поднесущих. Модуль 330 расширения спектра осуществляет кодовое расширение путем перемножения предустановленного кода расширения спектра и каждого параллельного потока данных. В варианте осуществления двумерное расширение спектра осуществляется так, что спектр сигнала расширяется во временном и/или частотном направлениях.
Процессор 304 канала управления обеспечивает обработку в полосе частот видеосигнала для передачи данных управляющей информации с использованием OFCDM. Кодер 342 сверточного кода обеспечивает кодирование для повышения устойчивости к ошибкам данных управляющей информации. Модулятор 344 QPSK модулирует данные управляющей информации с использованием схемы модуляции QPSK. Хотя может быть применена любая подходящая схема модуляции, в варианте осуществления используется схема модуляции QPSK, имеющая малое число множества значений модуляции, вследствие относительно малого количества данных управляющей информации. Модуль 346 перемежения изменяет порядок данных информационного потока в соответствии с предустановленным образцом. Модуль 348 последовательно-параллельного преобразования (S/P) преобразует последовательный поток сигналов в параллельный поток сигналов. Число параллельных потоков сигналов может быть определено в соответствии с числом поднесущих. Модуль 350 расширения спектра осуществляет кодовое расширение путем перемножения предустановленного кода расширения спектра и каждого параллельного потока данных.
Мультиплексор 306 мультиплексирует обработанные данные информационного потока и управляющей информации. Мультиплексирование может быть любым из временного, частотного и кодового мультиплексирования. В варианте осуществления в мультиплексор 306 вводится пилотный канал, который также мультиплексируется. В других вариантах осуществления пилотный канал вводится в модуль 348 последовательно-параллельного преобразования и мультиплексируется по направлению оси частот (будет описано ниже) как показано пунктирными линиями.
Модуль 308 обратного быстрого преобразования Фурье осуществляет обратное быстрое преобразование Фурье вводимого в него сигнала и модулирует сигнал с использованием OFDM.
Модуль 310 ввода защитных интервалов добавляет защитный интервал к модулированному сигналу для создания символа OFDM. Как хорошо известно из уровня техники, защитный интервал получается копированием части начала или конца передаваемого символа.
Цифроаналоговый преобразователь 312 (ЦАП) преобразует цифровой сигнал в полосе частот видеосигнала в аналоговый сигнал.
На фиг.4 показана вторая принципиальная блок-схема передатчика для передачи с помощью секторной ДНА, представляющая собой модуль РЧ передатчика после цифроаналогового преобразователя 312 на фиг.3. РЧ передатчик включает в себя ортогональный модулятор 402; гетеродин 404; смеситель 408; гетеродин 410; полосовой фильтр 412 и усилитель 414 мощности.
Ортогональный модулятор 402 формирует из вводимого в него сигнала синфазную (I) и квадратурную (Q) составляющие на промежуточной частоте. Полосовой фильтр 406 удаляет нежелательные частотные составляющие в промежуточной полосе частот. Смеситель 408 преобразует вверх сигнал промежуточной частоты в высокочастотный сигнал, используя гетеродин 410. Полосовой фильтр 412 удаляет нежелательные частотные составляющие. Усилитель 414 мощности усиливает мощность сигнала для беспроводной передачи антенной 416.
Данные информационного потока кодируются в кодере 322 турбокода, модулируются в модуляторе 324 данных, порядок данных информационного потока меняется в модуле 326 перемежения, данные информационного потока делаются параллельными в модуле 328 последовательно-параллельного преобразования и спектр расширяется для каждой составляющей поднесущих в модуле 330 расширения спектра. Подобно этому данные управляющей информации кодируются, модулируются, перемежаются, а спектр расширяется для каждой составляющей поднесущих. Каналы данных и управления с расширенными спектрами мультиплексируются в мультиплексоре 326 для каждой поднесущей и модулируются по OFDM в модуле 308 обратного быстрого преобразования Фурье. В модулированный сигнал добавляется защитный интервал и выводится символ OFDM в полосе частот видеосигнала. Сигнал в полосе частот видеосигнала модулируется в ортогональном модуляторе 402 РЧ процессора, ограничивается по полосе частот и затем соответствующим образом усиливается для беспроводной передачи.
На фиг.5 показана принципиальная блок-схема приемника для приема с помощью секторной ДНА. Такой приемник, обычно предусмотренный в мобильном терминале, может быть предусмотрен в базовой станции. Приемник, для удобства объяснения описываемый как приемник секторной ДНА, может использоваться для приема с помощью других ДНА. Мобильный терминал включает в себя антенну 502; малошумящий усилитель 504; смеситель 506; гетеродин 508; полосовой фильтр 510; модуль 512 автоматической регулировки усиления; ортогональный детектор 514; гетеродин 516; аналого-цифровой преобразователь 518; детектор 520 синхронизации символов; модуль 522 удаления защитных интервалов; модуль 524 быстрого преобразования Фурье; демультиплексор 526; модуль 528 оценки канала; модуль 530 сжатия спектра; модуль 532 параллельно-последовательного преобразования (P/S); модуль 534 сжатия спектра; модуль 536 обратного перемежения; декодер 538 турбокода и декодер 540 по алгоритму Витерби.
Малошумящий усилитель 504 соответствующим образом усиливает сигнал, принятый антенной 502. Усиленный сигнал смесителем 506 и гетеродином 508 переносится на промежуточную частоту (преобразование вниз). Полосовой фильтр 510 удаляет нежелательные частотные составляющие. Модуль 512 автоматической регулировки усиления регулирует коэффициент усиления усилителя так, чтобы уровень сигнала поддерживался соответствующим образом. Ортогональный детектор 514 ортогонально демодулирует, используя гетеродин 516, на основе принятых синфазной (I) и квадратурной (Q) составляющей сигнала. Аналого-цифровой преобразователь 518 преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал.
Детектор 520 синхронизации символов детектирует синхронизацию символа (границу символа) на основе цифрового сигнала.
Модуль 522 удаления защитных интервалов удаляет из принятого сигнала часть, соответствующую защитному интервалу.
Модуль 524 быстрого преобразования Фурье осуществляет быстрое преобразование Фурье вводимого сигнала и демодулирует сигнал, используя OFDM.
Демультиплексор 526 разделяет пилотные каналы, каналы управления и каналы данных, мультиплексированные в принятый сигнал. Разделение осуществляется таким образом, что оно соответствует мультиплексированию в передатчике (процесс в мультиплексоре 306 на фиг.3).
Модуль 528 оценки канала оценивает условия пути распространения, используя пилотный канал, и выводит управляющий сигнал для регулировки амплитуды и фазы так, чтобы компенсировать изменения канала. Управляющий сигнал выводится для каждой поднесущей.
Модуль 530 сжатия спектра сжимает, для каждой поднесущей, канально-компенсированный канал данных. Число кодов мультиплексирования устанавливается как Cmux.
Модуль 532 параллельно-последовательного преобразования (P/S) преобразует параллельный поток сигналов в последовательный поток сигналов.
Модуль 534 сжатия спектра сжимает для каждой поднесущей канально-компенсированный канал управления.
Модуль 536 обратного перемежения меняет порядок сигналов в соответствии с предустановленным образцом. Предустановленный образец соответствует обратному образцу изменения, осуществленного в модуле перемежения в передатчике (326 на фиг.3).
Декодер 538 турбокода и декодер 540 по алгоритму Витерби соответственно декодируют данные информационного потока и данные управляющей информации.
Сигнал, принятый антенной, в РЧ приемнике подвергается таким процессам, как усиление, преобразование частоты, ограничение полосы частот и ортогональная демодуляция, и затем преобразуется в цифровой сигнал. Сигнал с удаленными защитными интервалами демодулируется по OFDM модулем 524 быстрого преобразования Фурье. Демодулированный сигнал разделяется в разделителе 526 на соответствующие каналы пилотный, управления и данных. Пилотный канал вводится в модуль оценки канала, из которого выводится управляющий сигнал для компенсации изменений пути распространения. Канал данных компенсируется с использованием управляющего сигнала, для каждой поднесущей сжимается спектр и преобразуется в последовательный сигнал. Порядок преобразованного сигнала меняется в модуле 536 обратного перемежения по образцу, обратному изменениям, примененным в модуле перемежения. Затем сигнал декодируется в декодере 538 турбокода. Подобно этому, у канала управления также компенсируются изменения канала с использованием управляющего сигнала, сжимается спектр и канал декодируется в декодере 540 по алгоритму Витерби. После этого осуществляется обработка сигнала, которая использует восстановленные каналы данных и управления.
На фиг.6 показана принципиальная блок-схема базовой станции, используемой в передаче и приеме с помощью многолепестковой ДНА. Такие передатчик и приемник, обычно предусматриваемые в базовых станциях, могут быть предусмотрены в мобильном терминале. Элементам, уже описанным по отношению к фиг.3, назначены одинаковые ссылочные обозначения и дальнейшее объяснение даваться не будет. На фиг.6, элементы обработки, относящиеся к каналу управления, опущены. На фиг.6 показаны модуль 602 установления веса передачи; N мультиплексоров с 604-1 по N; N РЧ передатчиков с 606-1 по N; N РЧ приемников с 612-1 по N; N разделителей с 614-1 по N и L модулей с 616-1 по L установления веса приема.
Модуль 602 установления веса передачи перемножает соответствующие веса передачи (весовые коэффициенты) и сигналы, передаваемые N антеннами. Веса передачи являются фиксированными весами, предоставленными заранее для реализации многолепестковой ДНА.
N мультиплексоров с 604-1 по N складывают передаваемые сигналы для каждой антенны. Например, мультиплексор 604-1 собирает от ND процессоров канала данных сигналы для передачи первой антенной и складывает сигналы. Мультиплексор 604-2 собирает от ND процессоров канала данных сигналы для передачи второй антенной и складывает сигналы.
N РЧ передатчиков с 606-1 по N осуществляют процесс для беспроводной передачи сигнала для каждой антенны. Процесс, который обычно такой же, как и описанный по отношению к фиг.4, включает в себя преобразование частоты, ограничение полосы частот и усиление мощности.
N РЧ приемников с 612-1 по N осуществляют операции, которые обычно обратны операциям в РЧ передатчике, преобразуют сигналы, принятые N антеннами, в сигналы, подходящие для обработки в полосе частот видеосигнала.
N разделителей с 614-1 по N, осуществляющие операции, которые обычно обратны операциям в мультиплексорах, описанным выше, распределяют сигналы, вводимые в них, на ND процессоров канала данных.
L модулей с 616-1 по L установления веса приема перемножают веса приема и сигналы, принятые N антеннами, и складывают сигналы. Этот процесс осуществляется на каждый путь распространения. В варианте осуществления предполагается L путей многолучевого распространения. Сложенный сигнал каждого пути распространения подается в гребенчатый синтезатор (rake-синтезатор, не показан). Процессы, описанные выше, осуществляются для каждой поднесущей. Подобно весам передачи, веса приема являются фиксированными весами, предоставленными заранее так, чтобы реализовывать многолепестковую ДНА. Веса передачи и приема могут быть одинаковыми или разными. Например, при использовании той же частоты для передачи и приема, для передачи и приема могут быть использованы одинаковые веса, так как ожидается, что условия путей распространения в восходящем и нисходящем каналах связи подобны. И наоборот, при использовании в восходящем и нисходящем каналах связи разных частот могут быть использованы разные веса, поскольку условия путей распространения в восходящем и нисходящем каналах связи могут различаться.
Элементы обработки, показанные на фиг.6, также используются, когда базовая станция для приема и передачи использует переключаемую ДНА. В случае, описанном выше, веса передачи и приема и мультиплексоры и разделители различаются. Как описано выше, переключаемая ДНА представляет собой одну или более фиксированных направленных ДНА, входящих в многолепестковую ДНА. Следовательно, вес передачи для реализации переключаемой ДНА для мобильного терминала №1 является весом передачи для фиксированной направленной ДНА (с направлением 1 ориентации, например), соответствующей мобильному терминалу №1. Вес передачи устанавливается в модуле 602 умножения веса передачи в первом процессоре 302-1 канала данных. Вес передачи для реализации переключаемой ДНА для мобильного терминала №2 является весом передачи для фиксированной направленной ДНА (с направлением 2 ориентации, например), соответствующей мобильному терминалу №2. Вес передачи устанавливается в модуле 602 умножения веса передачи во втором процессоре 302-2 канала данных. При использовании переключаемых ДНА, они переключаются для каждого мобильного терминала. Следовательно, мультиплексоры с 604-1 по N выводят только сигнал, относящийся к первому мобильному терминалу, в один момент, и только сигнал, относящийся ко второму мобильному терминалу, в другой момент. Точно также такой процесс осуществляется для остальных терминалов. Таким образом, переключаемая ДНА, относящаяся к первому мобильному терминалу, передается в один момент, переключаемая ДНА, относящаяся ко второму мобильному терминалу, передается в другой момент и т.д., так что переключаемая ДНА является переключаемой с разделением во времени.
Для приема процесс обычно осуществляется обратно вышеописанному процессу для передачи. Другими словами, разделитель подает сигналы, подаваемые на него в один момент, на элемент для осуществления обработки, относящейся к первому мобильному терминалу (обычно, процессор 302-1 канала данных), и подает сигналы, подаваемые на него в другой момент, на элемент для осуществления обработки, относящейся ко второму мобильному терминалу (обычно, процессор 302-2 канала данных), и т.д. В процессоре канала данных веса приема перемножаются с сигналами, принятыми соответствующими антеннами. Веса приема являются весами для реализации переключаемой ДНА, соответствующей мобильному терминалу.
На фиг.7 показана принципиальная блок-схема базовой станции, используемой в передаче и приеме с помощью адаптивной направленной ДНА. Подобно передатчику и приемнику на фиг.6, передатчик и приемник, как показано, обычно предусматриваемые в базовых станциях, могут быть предусмотрены в мобильном терминале. Элементам, уже описанным по отношению к фиг.3 и 6, назначены одинаковые ссылочные обозначения и дальнейшее объяснение даваться не будет. Как описано выше, у адаптивной направленной ДНА направление ориентации изменяется адаптивным образом в соответствии с положением мобильного терминала. На фиг.7 показаны модуль 702 измерения сигнала; контроллер 704 веса передачи и контроллер 706 веса приема.
Модуль 702 измерения сигнала измеряет приемную мощность и входящее направление сигнала, полученного от каждой антенны, и выдает измеренные значения контроллерам 704, 706 веса передачи и веса приема.
Контроллер 704 веса передачи регулирует, на основе измеренных значений, веса передачи таким образом, что качество сигнала дополнительно улучшается. Алгоритм для осуществления регулирования так, как описано выше, может быть любым подходящим оптимизационным алгоритмом для адаптивной антенной решетки (ААР). Например, веса передачи могут последовательно обновляться так, чтобы любая оценочная функция, относящаяся к качеству приемного сигнала, достигала минимума.
Подобно этому, в контроллере 706 веса приема также регулируются веса приема на основе измеренных значений так, что качество сигнала дополнительно улучшается.
Способ приема
Использование устройств, описанных по отношению к фиг.3-7, делает возможным использовать для передачи и приема сигналов различные типы ДНА. В вариантах осуществления по восходящему каналу связи предаются (1) общий канал управления; (2) совмещенный канал управления; (3) совместно используемый канал пакетных данных; (4) выделенный канал пакетных данных и (5) пилотный канал. Базовая станция принимает эти каналы с использованием антенн, реализующих различные типы ДНА.
(1) Общий канал управления включает в себя канал произвольного доступа (RACH, Random Access Channel) и канал резервирования (RCH, Reservation Channel). Общий канал управления включает в себя управляющую информацию, относящуюся к процессам относительно высокого уровня, таким как установление соединения и управление вызовом.
(2) Совмещенный канал управления включает в себя управляющую информацию, относящуюся к процессам относительно низкого уровня, а также информацию, необходимую для демодуляции совместно используемого канала пакетных данных. Необходимая информация может включать в себя, например, номер пакета, схему модуляции, схему кодирования, управляющий бит мощности передачи, управляющий бит повторной передачи.
(3) Совместно используемый канал пакетных данных является высокоскоростным ресурсом радиосвязи, совместно используемым множеством пользователей. Ресурс радиосвязи может различаться по частоте, коду, мощности передачи и т.д. Ресурс радиосвязи может совместно использоваться с применением мультиплексирования с временным разделением (TDM, Time Division Multiplexing), мультиплексирования с частотным разделением (FDM, Frequency Division Multiplexing) и/или мультиплексированием с кодовым разделением (CDM, Code Division Multiplexing). Частные аспекты мультиплексирования будут обсуждаться ниже со ссылкой на фиг.9 и последующие. Для реализации передачи данных высокого качества применяются такие схемы, как адаптивные модуляция и кодирование (АМС, Adaptive Modulation and Coding) и автоматический запрос повтора (ARQ, Automatic Repeat reQuest).
(4) Выделенный канал пакетных данных является ресурсом радиосвязи, выделенным образом назначенным конкретному пользователю. Ресурс радиосвязи может различаться по частоте, коду, мощности передачи и т.д. Для реализации передачи данных высокого качества применяются такие схемы, как адаптивные модуляция и кодирование (АМС, Adaptive Modulation and Coding) и автоматический запрос повтора (ARQ, Automatic Repeat reQuest).
(5) Пилотный канал, включающий в себя сигналы, известные в передатчике и приемнике, передается с помощью адаптивной направленной ДНА. Пилотный канал используется для оценки пути распространения для сигнала, передаваемого мобильным терминалом. Следовательно, пилотный канал является пилотным каналом, выделенным мобильной станции.
В приемной схеме 1 базовая станция принимает общий и совмещенный каналы управления с помощью секторной ДНА. Базовая станция принимает совместно используемый и выделенный каналы пакетных данных с помощью многолепестковой ДНА или переключаемой ДНА. Пилотный канал принимается с помощью секторной ДНА для оценки путей распространения для совместно используемого и совмещенного каналов управления. Кроме того, пилотный канал также принимается с помощью многолепестковой ДНА или переключаемой ДНА для оценки путей распространения для совместно используемого и выделенного каналов пакетных данных. Эта схема дает возможность уменьшить вычислительную нагрузку на базовую станцию, поскольку не требуется вычислять каждый раз взвешивающий коэффициент для реализации ДНА.
В приемной схеме 2 базовая станция принимает общий и совмещенный каналы управления с помощью секторной ДНА. Совместно используемый и выделенный каналы пакетных данных принимаются с помощью адаптивной направленной ДНА. Пилотный канал принимается с помощью секторной ДНА для оценки путей распространения для совместно используемого и совмещенного каналов управления. Кроме того, пилотный канал также принимается с помощью адаптивной направленной ДНА для оценки путей распространения для совместно используемого и выделенного каналов пакетных данных. Эта схема дает возможность передавать и принимать каналы данных с высоким качеством, поскольку они принимаются с помощью адаптивной направленной ДНА.
В приемной схеме 3 все каналы принимаются с помощью многолепестковой или переключаемой ДНА. Переключаемая ДНА является любой ДНА в многолепестковой ДНА. Следовательно, удовлетворительно то, что эта схема может реализовать многолепестковую ДНА, не требуя секторной ДНА или адаптивной направленной ДНА. Таким образом, типы ДНА могут быть уменьшены.
В приемной схеме 4 общий и совмещенный каналы управления принимаются с помощью многолепестковой ДНА или переключаемой ДНА. Совместно используемый и выделенный каналы пакетных данных принимаются с помощью адаптивной направленной ДНА. Пилотный канал принимается с помощью многолепестковой ДНА или переключаемой ДНА для оценки путей распространения для совместно используемого и выделенного каналов пакетных данных. Эта схема также позволяет уменьшить типы ДНА, так как не требует секторной ДНА.
Вариант осуществления 2
В варианте осуществления 1 описаны передатчик и приемник OFDM или OFCDM. Однако в восходящем канале связи могут быть применены другие схемы. В восходящем канале связи могут передаваться различные типы каналов, используя передатчики и приемники, как показано на нижеописанных фиг.9 и 10.
На фиг.9 показана блок-схема передатчика DS-CDMA; такой передатчик, обычно предусматриваемый в мобильном терминале, может быть предусмотрен в базовой станции. Передатчик включает в себя кодер 902 турбокода; модулятор 904 данных; некоторое число модулей 906 расширения спектра и мультиплексирования, количество которых является числом поднесущих; синтезатор 916; цифроаналоговый преобразователь 918 и РЧ передатчик 920. Первый модуль 906-1 расширения спектра и мультиплексирования описывается как представитель модуля 906 расширения спектра и мультиплексирования, предусмотренного на каждую поднесущую как соответствующие модули, имеющие одинаковые свойства и функции. Хотя для краткости на фиг.9 показаны только два модуля расширения спектра и мультиплексирования, может быть предусмотрено любое соответствующее число модулей расширения спектра и мультиплексирования. Модуль 906-1 расширения спектра и мультиплексирования включает в себя модуль 908 расширения спектра пилотного канала; модуль 910 расширения спектра канала данных; мультиплексор 912; фильтр 914 ограничения полосы частот.
Кодер 902 турбокода кодирует передаваемые данные, улучшая таким образом устойчивость к ошибкам.
Модулятор 904 QPSK модулирует передаваемые данные, используя соответствующую схему модуляции. Схема модуляции может быть QPSK, 16QAM, 64QAM или любой другой подходящей схемой модуляции.
Некоторое число модулей 906 расширения спектра и мультиплексирования, количество которых является числом поднесущих, осуществляют обработку для расширения спектра и мультиплексирования передаваемого сигнала. Хотя в варианте осуществления применяется схема с множеством несущих, может быть применена схема с одной несущей. Тогда потребуется только один модуль расширения спектра и мультиплексирования. Модуль 908 расширения спектра пилотного канала расширяет кодовым образом спектр пилотного канала. Модуль 910 расширения спектра канала данных расширяет кодовым образом спектр канала данных. Мультиплексор 912 мультиплексирует пилотный канал и канал данных с расширенными кодовым образом спектрами. Фильтр 914 ограничения полосы частот, состоящий, например, из фильтра Рута-Найквиста, осуществляет ограничение полосы частот. Смеситель 915 преобразует частоту сигнала в соответствии с частотой поднесущей.
Синтезатор 916 синтезирует передаваемые сигналы, выводимые для каждой поднесущей
Цифроаналоговый преобразователь 918 преобразует цифровой сигнал в аналоговый сигнал.
РЧ передатчик 920 осуществляет такую обработку, как преобразование частоты, ограничение полосы частот и усиление мощности.
Передаваемые данные кодируются в кодере 902 турбокода, модулируются в модуляторе 904 данных и вводятся в процессор для каждой поднесущей, как описано выше. Процессор для каждой поднесущей кодовым образом расширяет спектр передаваемых данных и мультиплексирует данные с расширенным кодовым образом спектром с пилотным сигналом с расширенным спектром. Мультиплексированный сигнал фильтруется фильтром 914 ограничения полосы частот и выводится как сигнал для каждой поднесущей. Соответствующие относящиеся к поднесущим сигналы синтезируются в синтезаторе 916, преобразуются в цифроаналоговом преобразователе 918 и передаются посредством РЧ передатчика.
На фиг.10 показана блок-схема приемника DS-CDMA. Такой приемник, обычно предусматриваемый в базовой станции, может быть предусмотрен в мобильном терминале. Приемник включает в себя процессор для обработки сигналов, принимаемых множеством антенн, синтезатор 1018 и декодер 1020 турбокода. Хотя на фиг.10 показаны только две антенны, может быть предусмотрено любое подходящее число антенн. Элементы, относящиеся к первой антенне, описаны как представители соответствующей обработок антенн, которые являются такими же. Процессор, относящийся к первой антенне, включает в себя РЧ приемник 1002; аналого-цифровой преобразователь 1004 и некоторое число модулей 1006 сжатия спектра и разделения, количество модулей является числом поднесущих. Первый модуль 1006-1 сжатия спектра и разделения описывается как представитель соответствующих модулей сжатия спектра и разделения, которые имеют одинаковые свойства и функции. Модуль 1006-1 сжатия спектра и разделения содержит смеситель 1007; фильтр 1008 ограничения полосы частот; модуль 1010 поиска путей распространения; модуль 1012 сжатия спектра; модуль 1014 оценки канала и гребенчатый синтезатор 1016 (rake-синтезатор).
РЧ приемник 1002 осуществляет такую обработку высокочастотного сигнала, принятого антенной, как усиление мощности, преобразование частоты ограничение полосы частот.
Аналого-цифровой преобразователь 1004 преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал.
Некоторое число модулей 1006 сжатия спектра и разделения, число является числом поднесущих, осуществляют обработку для сжатия спектра и разделения принятого сигнала. Хотя в варианте осуществления применяется схема с множеством несущих, может быть применена схема с одной несущей. Тогда потребуется только один модуль сжатия спектра и разделения. Смеситель 1007 извлекает составляющие, относящиеся к поднесущим. Фильтр 1008 ограничения полосы частот, состоящий, например, из фильтра Рута-Найквиста, осуществляет ограничение полосы частот. Модуль 1010 поиска путей распространения ищет пути распространения среди путей многолучевого распространения. Пути распространения ищутся с помощью исследования профиля задержек. Модуль 1012 сжатия спектра сжимает спектр сигнала в соответствии с синхронизацией путей распространения. Модуль 1014 оценки канала оценивает канал, используя синхронизацию путей распространения. Модуль 1014 оценки канала выводит управляющий сигнал для регулировки амплитуды и фазы в соответствии с оценкой таким образом, чтобы происходила компенсация замираний, появляющихся в путях распространения. Гребенчатый синтезатор 1016 (rake-синтезатор) компенсирует для каждого пути распространения сигналы со сжатыми спектрами так, чтобы синтезировать и вывести сигналы.
Синтезатор 1018 синтезирует принятые сигналы, полученные каждой антенной.
Декодер 1020 турбокода декодирует принятый сигнал и демодулирует данные.
Сигнал, принятый каждой антенной, обрабатывается по отношению к одной антенне. Принятый сигнал в РЧ приемнике подвергается такой обработке, как усиление, преобразование частоты и ограничение полосы частот, и затем преобразуется в цифровой сигнал. У цифрового сигнала, по отношению к каждой поднесущей, ограничивается полоса частот и сжимается спектр и осуществляется гребенчатый синтез на каждый путь распространения. Сигналы, синтезированные в гребенчатом фильтре по отношению к каждой поднесущей, синтезируются в синтезаторе 1018 и декодируются в декодере 1020 турбокода, и переданный сигнал воссоздан.
Вариант осуществления 3
Теперь описывается мультиплексирование (первого общего, второго общего или выделенного) пилотного канала, (общего или совмещенного) канала управления и (общего или выделенного) канала данных. Мультиплексирование осуществляется с использованием, по меньшей мере, одного из мультиплексирования с временным разделением (TDM), мультиплексирования с частотным разделением (FDM) и мультиплексирования с кодовым разделением (CDM). TDM и CDM осуществляются в мультиплексоре 306 в передатчике на фиг.3, 6 и 7 и в мультиплексоре 912 на фиг.9. Разделение мультиплексированных сигналов осуществляется в приемнике (разделитель 526 и т.д. на фиг.5). FDM осуществляется в последовательно-параллельных преобразователях 328, 348 и т.д. в передатчике на фиг.3, 6 и 7. В соответствии с вышесказанным, мультиплексированные сигналы разделяются в параллельно-последовательном преобразователе 532 на фиг.5, 1012 на фиг.10 и т.д. в приемнике. В то время как TDM переключает один за одним множество мультиплексируемых сигналов, FDM и CDM добавляют множество мультиплексируемых сигналов. Отметим, что различные нижеописанные аспекты мультиплексирования являются только примерами, поэтому они не приводятся в смысле ограничения.
На фиг.11А и 11В показан пример мультиплексирования пилотного канала и канала данных. На фиг.11А показано, как пилотный канал и канал данных мультиплексируются во времени. Таким образом, более полезно вводить пилотный канал в частотном направлении, когда сильно влияние избирательных частотных замираний. Причиной является то, что применение перемежения в частотном направлении делает возможным снижение ухудшения качества передачи. На фиг.11В показано, как пилотный канал и канал данных мультиплексируются по частоте.
На фиг.12А и 12В показаны диаграммы первого примера мультиплексирования пилотных каналов, каналов управления и каналов данных. На фиг.12А показано, как эти каналы мультиплексируются во времени. Как описано выше, с точки зрения принятия во внимание влияния избирательных частотных замираний, более предпочтительно мультиплексирование таким образом. При необходимости мультиплексирования каналов данных, они могут быть мультиплексированы во времени или мультиплексированы с кодовым разделением. На фиг.12В показано, как пилотный канал и канал управления мультиплексируются по частоте, пилотный канал и канал данных мультиплексируются по частоте и каналы управления и данных мультиплексируются во времени.
На фиг.13А и 13В показаны диаграммы второго примера мультиплексирования пилотных каналов, каналов управления и каналов данных. На фиг.13А показано, как каналы пилотный и управления мультиплексируются по частоте и как они мультиплексируются во времени с каналами данных. Пример на фиг.13А, где перед каналом данных требуется только односимвольный период, более предпочтителен, чем пример на фиг.12А, где показан двухсимвольный период, требуемый перед каналом данных. На фиг.13В показано, как каналы пилотный, управления и данных мультиплексируются во времени и как каналы управления и данных мультиплексированы по частоте.
На фиг.14А и 14В показаны диаграммы третьего примера мультиплексирования пилотных каналов, каналов управления и каналов данных. На фиг.14А показано, как пилотные каналы мультиплексированы во времени с каналами управления и данных и как каналы управления и данных мультиплексированы по частоте. На фиг.14В показано, как каналы пилотный, управления и данных мультиплексируются по частоте.
На фиг.15А и 15В показаны диаграммы четвертого примера мультиплексирования каналов пилотного, управления и данных. На фиг.15А показано, как пилотные каналы мультиплексированы во времени с каналами управления и данных и как каналы управления и данных мультиплексированы с кодовым разделением. На фиг.15В показано, как пилотные каналы мультиплексированы по частоте с каналами управления и данных и как каналы управления и данных мультиплексированы с кодовым разделением. С другой стороны, все каналы пилотный, управления и данных могут быть мультиплексированы с кодовым разделением.
Вариант осуществления 4
В нижеописанном варианте осуществления для восходящего канала связи применяется множественный доступ с кодовым разделением каналов с переменными коэффициентами расширения спектра и повтора элементарных последовательностей (Variable Spreading and Chip Repetition Factors - CDMA, VSCRF-CDMA). Передатчик и приемник в этом случае в основном такие же, что и передатчик и приемник DS-CDMA, описанные по отношению к фиг.9 и 10, но отличаются от них в обработке, относящейся к расширению и сжатию спектра.
На фиг.16 показана блок-схема модуля расширения спектра, используемого в передатчике VSCRF-CDMA. Таким образом, ниже описанные операции модуля расширения спектра обычно осуществляются в мобильном терминале. Модуль расширения спектра может быть использован вместо модуля 908 и/или 910 расширения спектра на фиг.9. Модуль расширения спектра включает в себя модуль 1602 кодового перемножения, итеративный синтезатор 1604 и фазовращатель 1606.
Кодовый перемножитель 1602 перемножает код расширения спектра и передаваемый сигнал. На фиг.16 код формирования каналов, определяемый при заданном коэффициенте кодового расширения спектра (SF), перемножается в модуле 1612 перемножения с передаваемым сигналом. Кроме того, код скремблирования перемножается в модуле 1614 перемножения с передаваемым сигналом.
Итеративный синтезатор 1604 сжимает во времени передаваемый сигнал с расширенным спектром и повторяет процесс предустановленное число раз (CRF раз). Свойства и операции для случая, где число повторений CRF равно 1, эквивалентно случаю DS-CDMA, описанному в связи с фиг.9 и 10 (для CRF=1 в фазовращателе не требуется фазового сдвига).
Фазовращатель 1606 сдвигает фазу передаваемого сигнала с предустановленной частотой. Величина фазового сдвига устанавливается для каждого мобильного терминала отдельно.
На фиг.17 показана блок-схема модуля сжатия спектра, используемого в передатчике VSCRF-CDMA. Модуль сжатия спектра может быть использован вместо модуля сжатия спектра на фиг.10. Таким образом, ниже описанные операции модуля сжатия спектра обычно осуществляются в базовой станции. Модуль сжатия спектра включает в себя фазовращатель 1702, итеративный синтезатор 1704 и модуль 1706 кодового сжатия спектра.
Фазовращатель 1702 перемножает принятый сигнал и величину фазы, установленную для каждого мобильного терминала, и разделяет принятый сигнал в соответствующие мобильным терминалам сигналы.
Итеративный синтезатор 1704 расширяет во времени повторенные данные и воссоздает данные, которые не сжаты.
Модуль 1706 кодового сжатия спектра сжимает спектр с помощью перемножения принятого сигнала и кода расширения спектра для каждого мобильного терминала.
На фиг.18 показан вид для объяснения главных операций VSCRF-CDMA. Для удобства объяснения, группа данных в потоке сигнала с расширенным кодовым способом спектром выражена как d1, d2, …, dQ, где временной период для отдельного элемента данных di (i=1, …, Q) равен TS. Один элемент данных d1 может быть собран в один символ или любой другой подходящий информационный блок. Одна группа потоков сигнала имеет общий временной период, соответствующий TS×Q. Поток 1802 сигнала соответствует сигналу, вводимому в итеративный синтезатор 1604. Поток сигнала является сжатым во времени CRF раз и преобразован таким образом, что сжатый сигнал повторяется во временном периоде Ts×Q. Преобразованный поток сигнала показан как 1804 на фиг.18. На фиг.18 также показан период защитного интервала. Сжатие во времени может осуществляться с использованием частоты, которая в CRF раз выше, чем тактовая частота, используемая для вводимого сигнала, например. Таким образом, отдельный временной период данных d1 сжимается до TS/CRF (повторенного CRF раз). Сжатый и повторенный поток 1804 сигнала выводится из итеративного синтезатора 1604, вводится в фазовращатель 1606, сдвигается по фазе на предопределенную величину и выводится. Величина фазового сдвига, устанавливаемая для каждого мобильного терминала, устанавливается таким образом, что соответствующие сигналы восходящего канала связи, относящиеся к мобильному терминалу, попарно ортогональны по оси частот. Таким образом, частотный спектр сигнала в восходящем канале связи или принимаемого базовой станцией, обычно должен быть таким, как показано в 1806 на фиг.18. Ширина полосы частот, показанная как ширина расширения полосы частот, является шириной полосы частот, которая должна быть занята, если поток 1802 сигналов с расширенным спектром передается так, как есть. Сжатый во времени и повторенный спектр (спектр выходного сигнала итеративного синтезатора 1604) занимает узкую полосу частот, которая является общей для всех мобильных терминалов. Сдвигание узкой полосы на фазовую величину, конкретную для мобильного терминала, делает возможным предотвращение перекрывания полос частот друг с другом. Другими словами, сжатие во времени, повторение и фазовый сдвиг позволяют установить соответствующие мобильным терминалам полосы частот узкими и расположить их в гребенчато-зубчатой форме, делая, таким образом, возможной реализацию ортогональности по оси частот.
Теперь операция, обратная операции в передатчике, осуществляется в приемнике. Другими словами, в соответствии с величиной фазового сдвига для каждого мобильного терминала в фазовращателе 1702 на фиг.17 принятому сигналу обеспечивается фаза для ввода в итеративный синтезатор 1704. Введенный сигнал расширяется во времени, преобразуется в поток сигналов с расширенными спектрами и выводится из итеративного синтезатора 1704. Сжатие спектра осуществляется над сигналами с помощью перемножения с предустановленным кодом расширения спектра в модуле 1706 сжатия спектра. После этого последующие процессы осуществляются с использованием уже описанных элементов.
Коэффициент кодового расширения спектра SF согласно варианту осуществления соответствующим образом устанавливается в соответствии со средой связи. Более конкретно, коэффициент кодового расширения спектра SF может быть установлен на основе одного или более из (1) условий пути распространения; (2) конфигурации соты; (3) объема потока данных и (4) параметров радиосвязи. Коэффициент кодового расширения спектра SF может быть установлен на базовой станции или в мобильном терминале. Определять степень кода расширения спектра предпочтительно на базовой станции в случае использования информации, управляемой на базовой станции, такой как объем потока данных.
(1) Условия пути распространения могут быть оценены с помощью измерения распределения задержки или максимальной частоты Доплера. Распределение задержки S может быть рассчитано в соответствии со следующими выражениями на основе профиля задержки, как показано на фиг.19, например:
Здесь Р(τ) представляет собой мощность. Кроме того, максимальная частота Доплера может быть определена с помощью расчета скалярного произведения двух отстоящих по времени сигналов, имеющих одинаковое содержание. Например, когда пилотные каналы мультиплексируются во времени, пилотные каналы, вводимые в разные временные интервалы, могут быть использованы как показано на фиг.20А. Когда пилотные каналы мультиплексированы с кодовым разделением, могут быть использованы первый и второй полупериоды пилотных каналов как показано на фиг.20В. В любом случае, если изменения во времени велики, скалярное произведение разных по времени пилотных каналов будет малым, и если нет, то наоборот. При неизменности во времени будет оставаться максимальное значение 1.
Желательно, чтобы коэффициент кодового расширения спектра для частотной области устанавливался малым, поскольку чем больше распределение задержки, тем больше изменения в частотной области. И наоборот, желательно, чтобы коэффициент кодового расширения спектра для частотной области устанавливался большим для малого распределения задержки. Желательно, чтобы коэффициент кодового расширения спектра для временной области устанавливался малым, поскольку чем больше максимальная частота Доплера, тем больше изменения во временной области. И наоборот, желательно, чтобы коэффициент кодового расширения спектра для временной области устанавливался большим для малой частоты Доплера.
(2) Конфигурация соты включает в себя среду связи с множеством сот или отдельной сотой, и среду в помещении, например. Во множестве сот желательно сделать коэффициент кодового расширения спектра большим для подавления помех от других сот. И наоборот, в изолированной соте или среде в помещении, где нет необходимости брать в расчет такие помехи, желательно установить коэффициент кодового расширения спектра малым или равным 1. Определение конфигурации соты может быть сообщено вместе с некоторыми отдельно предоставляемыми управляющими сигналами на основе принимаемого сигнала. В последнем случае оценка осуществляется с помощью измерения мощности помех от окружающих сот. Например, при использовании пилотного канала, мультиплексированного во времени, оценка осуществляется путем вычитания мощности, относящейся к пилотному каналу (желательная волна), из общей мощности сигнала (желательная волна + нежелательная волна) внутри кадра (временного интервала). Схема игнорирует тепловой шум, включенный в вычисляемое значение, поскольку его амплитуда мала. Когда пилотные каналы мультиплексированы с кодовым разделением, мощность помех от окружающих сот может быть вычислена простым образом, игнорируя помехи собственной соты. Более точно мощность помех от окружающих сот может быть оценена с помощью предварительного расчета уровня помех собственной соты и вычитания уровня от общей мощности помех. С другой стороны, пилотные каналы с расширенными кодовым образом спектрами могут передаваться с мультиплексированием во времени для обеспечения того, что помехи пилотного канала собственной соты избегаются.
(3) Коэффициент расширения спектра может изменяться на основе объема потока данных, числа пользователей, скорости передачи и т.д. Например, для большого числа пользователей коэффициент расширения спектра может быть установлен большим для подавления взаимных помех.
(4) Коэффициент расширения спектра может быть установлен в соответствии с параметрами радиосвязи, такими как схема модуляции и степень кода канального кодирования. Например, когда применяется адаптивные модуляция и кодирование (АМС, Adaptive Modulation and Coding), может быть подготовлена перечисляющая таблица, которая относится к качеству принимаемого сигнала, а также к параметрам (то есть, схеме модуляции, степени кода и коэффициенту кодового расширения спектра SF) таким образом, что они адаптивно меняются.
Вариант осуществления 5
На фиг.21 и последующих показаны аспекты мультиплексирования каналов данных в VSCRF-CDMA. Эти аспекты являются примерами и не вносят ограничений.
На фиг.21A-D показаны примеры, где каналы пилотный и управления мультиплексируются во времени с каналами данных с повторенными элементарными последовательностями (или символами) (VSCRF-CDMA). На фиг.21А показан VSCRF-CDMA, примененный только к каналам данных с каналами пилотным и управления, к которым применено только кодовое расширение спектра. Слева в общем виде показан сигнал по оси времени вместе с сигналом, в общем виде показанным по оси частот, справа (то же относится к остальным фигурам). На фиг.21В показан VSCRF-CDMA, примененный только к каналам управления и данных с пилотным каналом, к которому применено только кодовое расширение спектра. На фиг.21C показан VSCRF-CDMA, примененный только к каналам пилотному и данных с каналом управления, к которому применено только кодовое расширение спектра. На фиг.21D показан VSCRF-CDMA, примененный ко всем каналам.
На фиг.22А-В показаны примеры, где пилотные каналы мультиплексированы во времени и каналы управления мультиплексированы по частоте с каналами данных с повторенными элементарными последовательностями. Каналы управления назначаются частотам, отличающимся от каналов данных. На фиг.22А показан VSCRF-CDMA, примененный к каналам управления и данных с пилотным каналом, к которому применено только кодовое расширение спектра. На фиг.22В показан VSCRF-CDMA, примененный ко всем каналам.
На фиг.23 показан пример, где каналы управления и пилотный мультиплексированы во времени и каналы пилотный и управления мультиплексированы по частоте с каналами данных с повторенными элементарными последовательностями. На примере показан VSCRF-CDMA, примененный ко всем каналам.
На фиг.24А-В показаны примеры, где пилотные каналы мультиплексированы по частоте и каналы управления мультиплексированы во времени с каналами данных с повторенными элементарными последовательностями. Пилотные каналы назначаются частотам, отличающимся от каналов данных. На фиг.24А показан пример, где VSCRF-CDMA применяется к каналам пилотному и данных с каналом управления, к которому применено только кодовое расширение спектра. На фиг.24В показан пример, где VSCRF-CDMA применяется ко всем каналам.
На фиг.25А-В показаны примеры, где каналы пилотный и управления мультиплексированы с кодовым разделением и каналы управления и данных мультиплексированы по частоте с каналами данных с повторенными элементарными последовательностями. На фиг.25А показан пример, где VSCRF-CDMA применяется к каналам управления и данных с пилотным каналом, к которому применено только кодовое расширение спектра. На фиг.25В показан пример, где VSCRF-CDMA применяется ко всем каналам.
На фиг.26А-В показаны примеры, где каналы пилотный и управления мультиплексированы с кодовым разделением и каналы пилотный и данных мультиплексированы по частоте с каналами данных с повторенными элементарными последовательностями. На фиг.26А показан пример, где VSCRF-CDMA применяется ко всем каналам. На фиг.26В показан пример, где VSCRF-CDMA применяется к каналам пилотному и данных с каналом управления, к которому применено только кодовое расширение спектра.
На фиг.27 показан пример, где каналы пилотный и управления мультиплексированы по частоте с каналами данных с повторенными элементарными последовательностями. На примере показан VSCRF-CDMA, примененный ко всем каналам.
На фиг.28 показан пример, где каналы пилотный и управления мультиплексированы с кодовым разделением с каналами данных с повторенными элементарными последовательностями. На примере показан VSCRF-CDMA, примененный ко всем каналам.
Настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными предпочтительными вариантами его осуществления, так что в объеме его сущности возможны различные вариации и изменения. Для удобства изложения настоящее изобретение описано с подразделением на определенное число вариантов осуществления. Однако такая разбивка описания не существенна, так что при необходимости могут быть использованы один или более вариантов осуществления.
Настоящая заявка истребует приоритет по японской патентной заявке №2005-106909, поданной 1 апреля 2005 года в Патентное ведомство Японии, все содержание которой включено посредством ссылки.
1. Приемное устройство для приема в восходящем канале связи одного или множества каналов управления, одного или множества пилотных каналов и одного или множества каналов данных, содержащее:
модуль приема пилотного канала для приема пилотного канала посредством антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности, включающей в себя множество фиксированных направленных диаграмм направленности, имеющих различные фиксированные направления ориентации, или в виде изменяемой направленной диаграммы направленности, имеющей направление ориентации, изменяющееся в соответствии с положением мобильного терминала;
модуль приема канала данных для приема канала данных посредством антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности или изменяемой направленной диаграммы направленности; и
модуль приема канала управления для приема канала управления посредством антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности или изменяемой направленной диаграммы направленности.
2. Приемное устройство по п.1, отличающееся тем, что принимаемый сигнал является расширенным во времени и со сжатым спектром, так что каналы данных демодулируются с использованием множественного доступа с кодовым разделением каналов и прямым расширением спектра или с использованием множественного доступа с кодовым разделением каналов с переменными коэффициентами расширения спектра и повтора элементарных последовательностей.
3. Приемное устройство по п.1, отличающееся тем, что мультиплексированные во времени пилотные каналы и каналы данных разделяются в соответствующие временные периоды, и мультиплексированные во времени каналы управления и каналы данных разделяются в соответствующие временные периоды.
4. Приемное устройство по п.3, отличающееся тем, что один из мультиплексированных во времени пилотных каналов и каналов управления и мультиплексированные во времени каналы данных разделяются в соответствующие временные периоды, причем другие каналы являются мультиплексированными по частоте, и мультиплексированные по частоте каналы данных разделяются в соответствующие частоты.
5. Приемное устройство по п.3, отличающееся тем, что мультиплексированные с кодовым разделением пилотные каналы и каналы управления разделяются в соответствующие коды, и мультиплексированные по частоте или мультиплексированные с кодовым разделением каналы управления и каналы данных разделяются в соответствующие частоты или коды.
6. Приемное устройство по п.3, отличающееся тем, что мультиплексированные по частоте или мультиплексированные с кодовым разделением пилотные каналы, каналы управления и каналы данных разделяются в соответствующие частоты или коды.
7. Способ приема в восходящем канале связи одного или множества каналов управления, одного или множества пилотных каналов и одного или множества каналов данных, содержащий следующие шаги:
прием пилотного канала посредством антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности, включающей в себя множество фиксированных направленных диаграмм направленности, имеющих различные фиксированные направления ориентации, или в виде изменяемой направленной диаграммы направленности, имеющей направление ориентации, изменяющееся в соответствии с положением мобильного терминала;
прием канала данных посредством антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности или изменяемой направленной диаграммы направленности; и
прием канала управления посредством антенны с диаграммой направленности в виде многолепестковой диаграммы направленности или изменяемой направленной диаграммы направленности.
8. Передающее устройство для передачи в восходящем канале связи одного или множества пилотных каналов, одного или множества каналов управления и одного или множества каналов данных, выполненное с возможностью использования множественного доступа с кодовым разделением каналов с переменными коэффициентами расширения спектра и повтора элементарных последовательностей, кодового расширения спектра, сжатия и повтора каналов данных и, по меньшей мере, одного из пилотных каналов и каналов управления; а также с возможностью сдвига на предопределенную величину, фазы передаваемого сигнала и мультиплексирования и передачи пилотных каналов, каналов данных и каналов управления.
9. Способ передачи в восходящем канале связи одного или множества пилотных каналов, одного или множества каналов управления и одного или множества каналов данных, содержащий следующие шаги:
использование множественного доступа с кодовым разделением каналов с переменными коэффициентами расширения спектра и повтора элементарных последовательностей, кодового расширения спектра, сжатия и повтора каналов данных и, по меньшей мере, одного из пилотных каналов и каналов управления;
сдвиг на предопределенную величину фазы передаваемого сигнала;
мультиплексирование и передача пилотных каналов, каналов данных и каналов управления.
