Устройство и способ беспроводной связи
Изобретение относится к радиосвязи. В системе радиосвязи полоса частот нисходящей линии связи содержит множество частотных блоков, заключающих в себе одну или более несущих частот, причем один или более частотных блоков используются для передачи данных индивидуальному абоненту. Устройство радиосвязи для использования в системе связи содержит модуль оценки, выполненный с возможностью оценивания качества принимаемого сигнала для каждого частотного блока и сохранения множества данных оценки качества принимаемого сигнала, модуль сравнения, выполненный с возможностью сравнения множества данных оценки качества принимаемого сигнала, и модуль передачи, выполненный с возможностью передачи заданного числа данных оценки качества принимаемого сигнала по каналу управления восходящей линии связи. Техническим результатом является то, что пакет совместно используемых данных направляют согласно приоритету абоненту с лучшим состоянием канала для дополнительного увеличения эффективности использования частоты. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 13 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области радиосвязи, а точнее к устройствам радиосвязи и способу использования системы связи, в которой в нисходящей линии связи осуществляется планирование очередности обслуживания пакетов.
Уровень техники
В типичной системе связи третьего поколения, такой как IМТ-2000 (International Mobile Telecommunications - 2000), в частности, нисходящую линию связи стремятся выполнить более скоростной и с высокой пропускной способностью. Например, за счет использования полосы частот 5 МГц получают скорость передачи информации, равную или большую 2 Мбит/с. В системе IMT-2000 принята концепция широкополосного множественного доступа с кодовым разделением каналов (Wideband-Code Division Multiple Access, W-CDMA) с одной поднесущей. Как вариант, может применяться концепция доступа с высокоскоростной передачей пакетированных данных по каналам нисходящей линии связи (High Speed Downlink Packet Access, HSDPA). В концепции HSDPA для получения более высоких скоростей передачи данных и более высокого качества используется технология адаптивной модуляции и канального кодирования (Adaptive Modulation and Channel Coding, АМС), технология автоматического запроса повторной передачи (Automatic Repeat Request, ARQ) пакетов на уровне доступа к среде MAC, технология скоростного планирования очередности обслуживания пакетов и другие технологии. Например, технология АМС описана в непатентном документе 1, а технология ARQ описана в непатентном документе 2.
На фиг.1 представлена схема, поясняющая технологию АМС. Допустим, что мощность передачи сигнала базовой станцией фиксирована. В общем случае абонентская станция 11, ближайшая к базовой станции 10, может получать сигналы большей мощности, чем абонентская станция 12, расположенная дальше от базовой станции 10. Следовательно, поскольку, исходя из оценки, абонентская станция 11 имеет лучшее состояние канала, принимается больший уровень модуляции и более высокая скорость кодирования. С другой стороны, абонентская станция 12 принимает сигналы меньшей мощности, чем абонентская станция 11. Таким образом, поскольку, исходя из оценки, состояние канала абонентской станции 12 не является хорошим, принимается меньший уровень модуляции и более низкая скорость кодирования.
На фиг.2 представлены примеры сочетания различных схем модуляции (уровней модуляции) и различных скоростей канального кодирования. В таблице в крайнем правом столбце представлены относительные битовые скорости, при этом битовая скорость равна «1» для квадратурной фазовой модуляции «QPSK» и скорости канального кодирования R, равной «1/3». Например, если модуляция М=«QPSK», a R=«1/2», то получается битовая скорость ×1,5. В общем случае существует тенденция, согласно которой чем выше битовая скорость, тем меньше надежность. Точнее, в указанной таблице определены сочетания различных схем модуляции и скоростей кодирования, а также величин, указывающих на состояние канала, при этом, если необходимо, то в зависимости от состояния канала осуществляют изменение схемы модуляции и других параметров. Контролируемой величиной, которая является показателем состояния канала, является показатель качества канала (Channel Quality Indicator, CQI), который обычно представляет собой отношение мощности сигнала к мощности помехи (Signal to Interference power Ratio, SIR) или отношение сигнал/шум (SINR) принимаемого сигнала.
На фиг.3 представлена схема, поясняющая технологию ARQ (точнее гибридную ARQ). Гибридная технология ARQ представляет собой технологию, полученную на основе сочетания технологии запроса повторной передачи (ARQ) пакетов в зависимости от результата обнаружения ошибок (Cyclic Redundancy Check, CRC: контроль с помощью циклического избыточного кода) и некоторой технологии кодирования с исправлением ошибок (так называемого «канального кодирования») с целью исправления ошибок. Как показано, к последовательности передаваемых данных (S1) добавляется бит CRC, а посылка результирующего сигнала осуществляется после завершения кодирования кодами с исправлением ошибок (S2). В ответ на принятый сигнал выполняется (S3) декодирование с исправлением ошибок (так называемое «канальное декодирование») и производится (S4) обнаружение ошибок. Если обнаружена какая-либо ошибка, то на передающую сторону посылается запрос (S5) на повторную передачу пакета. Как показано на фиг.4, существует несколько способов такой повторной передачи.
При способе, пример которого показан на фиг.4а, с передающей стороны на принимающую сторону посылают пакет Р1. Если на принимающей стороне происходит обнаружение какой-либо ошибки, то пакет Р1 отбрасывают и затем производят запрос повторной передачи. В ответ на запрос передающая сторона производит повторную посылку того же самого пакета Р1 (на чертеже обозначен «Р2»).
При способе, пример которого показан на фиг.4b, с передающей стороны на принимающую сторону посылают пакет Р1. Если на принимающей стороне происходит обнаружение какой-либо ошибки, то принимающая сторона сохраняет пакет Р1, не уничтожая его. В ответ на запрос повторной передачи передающая сторона снова посылает тот же самый пакет Р1 (на чертеже обозначен «Р2»). Затем принимающая сторона формирует пакет Р3 путем объединения ранее принятого пакета с пакетом, принятым в данный момент времени. Поскольку пакет Р3 соответствует пакету Р1, переданному с удвоенной мощностью, происходит улучшение точности демодуляции.
При способе, пример которого показан на фиг.4c, с передающей стороны на принимающую сторону посылают пакет Р1. Если на принимающей стороне происходит обнаружение какой-либо ошибки, то принимающая сторона сохраняет пакет Р1, не уничтожая его. В ответ на запрос повторной передачи передающая сторона посылает в виде пакета Р2 избыточные данные, полученные путем выполнения определенных операций над пакетом Р1. Например, предположим, что путем кодирования пакета Р1 получен ряд пакетов, таких как «Р1, Р1', Р1'', …». Полученный ряд может быть разным в зависимости от принятых алгоритмов кодирования. В показанном примере в ответ на прием запроса повторной передачи передающая сторона в виде пакета Р2 посылает пакет Р1'. Принимающая сторона формирует пакет Р3 путем объединения ранее принятого пакета с пакетом, принятым в данный момент времени. Поскольку пакет Р3 обладает повышенной избыточностью, точность демодуляции будет улучшена. Например, если предположить, что скорость кодирования пакета Р1 равна «1/2», а скорость кодирования пакета Р3 становится равной «1/4», то это приведет к увеличению надежности передачи. Следует отметить, что принимающая сторона должна уже иметь какую-то информацию о принятом алгоритме кодирования, передаваемых избыточных данных (так называемом «методе прореживания потока данных», "puncture pattern") и другую информацию.
Технология скоростного планирования очередности обслуживания пакетов представляет собой технологию, целью которой является улучшение эффективности использования частоты в нисходящем канале связи. Как показано на фиг.5, в среде мобильной радиосвязи состояние канала между мобильной станцией (абонентом) и базовой станцией изменяется во времени. В таком случае, если даже пытаться передавать большие объемы данных абоненту с плохим состоянием канала, то увеличить пропускную способность будет трудно. С другой стороны, для абонента с хорошим состоянием канала можно добиться более высокой пропускной способности. С такой точки зрения, имеется возможность улучшать эффективность использования частоты, определяя состояние канала для каждого абонента и направляя пакет совместно используемых данных в сторону абонента с лучшим состоянием канала.
На фиг.5 приведена схема, поясняющая технологию скоростного планирования очередности обслуживания пакетов. Как показано, пакет совместно используемых данных в каждом временном слоте направляется к абоненту с лучшим состоянием канала (абоненту, который ассоциируется с большей величиной SINR).
В рассматриваемой области техники существует острая необходимость увеличения скорости передачи данных и пропускной способности радиоканала, а в системах связи следующего поколения желательно дальнейшее увеличение эффективности радиопередачи и дальнейшее увеличение эффективности использования полосы частот.
Непатентный документ 1: T.Ue, S.Aampei, N.Morinaga и K.Hamaguchi, "Symbol Rate and Modulation Level-Controlled Adaptive Modulation/TDMA/TDD System for High-Bit-Rate Wireless Data Transmission" («Система с адаптивной модуляцией с управлением скоростью передачи символов и уровнем модуляции/TDMA/TDD для высокоскоростной беспроводной передачи данных»), IEEE Trans.VT, pp.1134-1147, vol.47, No.4, Nov. 1998.
Непатентный документ 2: S.Lin, Costello, Jr. и М.Miller, "Automatic-Repeat-Request Error Control Schemes" («Схемы исправления ошибок с автоматическим запросом повторной передачи»), IEEE Communication Magazine, vol.12, No.12, pp.5-17, Dec. 1984.
Раскрытие изобретения
Таким образом, одной из задач настоящего изобретения является создание устройства радиосвязи и способа его использования в системе связи, при котором пакет совместно используемых данных направляют согласно приоритету абоненту с лучшим состоянием канала для дополнительного увеличения эффективности использования частоты.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается устройство радиосвязи для использования в системе связи, в которой полоса частот нисходящей линии связи содержит множество частотных блоков, заключающих в себе одну или более несущих частот, причем один или более частотных блоков используются для передачи данных индивидуальному абоненту. Устройство содержит модуль оценки, выполненный с возможностью оценивания качества принимаемого сигнала для каждого частотного блока и сохранения множества данных оценки качества принимаемого сигнала; модуль сравнения, выполненный с возможностью сравнения между собой множества данных оценки качества принимаемого сигнала; и модуль передачи, выполненный с возможностью передачи заданного числа данных оценки качества принимаемого сигнала по каналу управления восходящей линии связи.
В соответствии с указанным вариантом осуществления изобретения, в системе связи, в которой пакет совместно используемых данных направляют согласно приоритету абоненту с лучшим состоянием канала, достигается более эффективное использование частот.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схему, поясняющую технологию АМС.
Фиг.2 представляет собой таблицу, иллюстрирующую пример сочетаний схем модуляции и скоростей канального кодирования.
Фиг.3 представляет собой схему, поясняющую гибридную технологию ARQ.
Фиг.4 представляет собой схему, иллюстрирующую способы повторной передачи.
Фиг.5 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую изменение во времени качества приема.
Фиг.6 представляет собой схему, иллюстрирующую соответствующий настоящему изобретению пример принимающей станции в системе мобильной связи.
Фиг.7 представляет собой схему, иллюстрирующую соответствующую настоящему изобретению передающую станцию в системе мобильной связи.
Фиг.8 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример способа выделения частотных блоков.
Фиг.9 изображает пример устройства формирования данных обратной связи для использования в одном из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.10 представляет собой диаграмму, поясняющую пример работы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11 представляет собой диаграмму, поясняющую другой пример работы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 представляет собой диаграмму, поясняющую еще один пример работы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.13 представляет собой таблицу, показывающую пример сравнения количеств передаваемых данных.
Перечень ссылочных номеров
10: базовая станция.
11, 12: оконечная абонентская станция (терминал).
100: передающая станция.
100-1: схема радиочастотного приемника.
100-2: устройство демодуляции и декодирования.
100-3: планировщик.
100-4: устройство извлечения информации заголовка.
100-5: устройство выбора пакета.
100-6: буферное управляющее устройство.
100-7: устройство формирования PDU.
100-8: буфер передачи.
100-9: селектор.
100-10: устройство кодирования и модуляции.
100-11: схема радиочастотного передатчика.
200: принимающая станция.
200-1: схема радиочастотного приемника.
200-2: устройство выделения сигнала поднесущей.
200-3: устройство оценивания канала.
200-4: устройство оценивания состояния принимающего канала.
200-5: устройство формирования данных обратной связи.
200-6: устройство кодирования и модуляции.
200-7: схема радиочастотного передатчика.
200-8: устройство демодуляции.
200-9: устройство декодирования.
200-10: устройство параллельно-последовательного преобразования.
200-11: устройство восстановления IP-пакета.
902: устройство сравнения состояния принимающего канала.
904: устройство определения содержимого данных сообщения.
906: устройство формирования управляющего сигнала.
Осуществление изобретения
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, в системе связи, в которой полоса частот нисходящей линии связи включает в себя множество частотных блоков, содержащих одну или более несущих частот, причем один или более частотных блоков используются для передачи данных одному абоненту, для каждого частотного блока производится оценка качества принятого сигнала и выполняется сравнение данных оценки качества. Затем по восходящему каналу связи через канал управления осуществляется передача заданного числа данных оценки качества принимаемого сигнала. Таким образом, поскольку передается сообщение только заданного числа данных оценки качества принимаемого сигнала, меньшего, чем общее число частотных блоков, можно эффективнее обеспечить обратную связь по состоянию канала за счет меньшего объема передаваемых данных.
Заданное число данных оценки качества принимаемого сигнала можно получить, выбирая заданное число данных оценки наибольшей величины из множества сохраненных данных оценки качества принимаемого сигнала. Заданное число данных оценки качества принимаемого сигнала может представлять собой оценку качества принимаемого сигнала для одного или более частотных блоков, указанных по каналу управления нисходящей линии связи.
Среди заданного числа данных оценки качества принимаемого сигнала одни данные или ряд данных могут быть представлены в виде разности опорного значения и их собственной величины. Поскольку разности могут быть представлены меньшим числом бит, нежели опорное значение, можно уменьшить число бит, используемых в канале управления. Опорное значение может представлять собой среднюю величину данных оценки качества принимаемого сигнала, взятую по полосе частот нисходящего канала связи. Также в качестве сигнала обратной связи можно использовать только разности, превышающие некоторый порог. Как следствие, можно сократить число передаваемых данных оценки качества принимаемого сигнала.
Данные оценки качества принимаемого сигнала, передаваемые через канал управления восходящей линии связи, можно посылать в хронологическом порядке в виде разности между текущими данными оценки и ранее переданными данными оценки. Поскольку разность имеет тенденцию обладать меньшей величиной, можно дополнительно сократить число бит, используемых в канале управления.
Периодичность передачи заданного числа данных оценки качества принимаемого сигнала по каналу управления восходящей линии связи можно регулировать в зависимости от доплеровской частоты, выделяемой из принятого сигнала, расширения задержки и других величин, являющихся показателем состояния канала связи.
В следующем варианте осуществления описывается случай, в котором в нисходящей линии связи принята технология мультиплексирования с ортогональным делением частот (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Однако могут быть приняты и другие технологии. Широкая полоса частот в нисходящей лини связи разделена на множество частотных блоков. В общем, хотя одиночный частотный блок содержит одну или несколько несущих частот, в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления предполагается, что каждый частотный блок содержит множество поднесущих. Следует отметить, что такой частотный блок можно именовать частотным «фрагментом».
На фиг.6 показана принимающая станция 200 в системе мобильной связи, соответствующая варианту осуществления настоящего изобретения. Хотя такая принимающая станция обычно предусматривается в составе мобильной абонентской станции, она может быть устроена в каком-либо аппарате, ином, нежели мобильная абонентская станция. Принимающая станция 200 включает в себя схему 200-1 радиочастотного приемника, устройство 200-2 выделения сигнала поднесущей, соединенное со схемой 200-1 радиочастотного приемника, устройство 200-3 оценивания канала, связанное с устройством 200-2 выделения сигнала поднесущей, одно или несколько устройств 200-4 оценивания состояния принимающего канала, связанных с устройством 200-2 выделения сигнала поднесущей и устройством 200-3 оценивания канала, устройство 200-5 формирования данных обратной связи, связанное с одним или несколькими устройствами 200-4 оценивания состояния принимающего канала, устройство 200-6 кодирования и модуляции, связанное с устройством 200-5 формирования данных обратной связи, и схему 200-7 передачи радиочастотного сигнала, связанную с устройством 200-6 кодирования и модуляции, одно или несколько устройств 200-8 демодуляции, связанных с устройством 200-2 выделения сигнала поднесущей, одно или несколько устройств 200-9 декодирования, связанных, соответственно, с одним или несколькими устройствами 200-8 демодуляции, устройство 200-10 параллельно-последовательного преобразования, соединенное с одним или несколькими устройствами 200-9 декодирования, и устройство 200-11 восстановления IP-пакета, связанное с устройством 200-10 параллельно-последовательного преобразования.
Согласно фиг.6, сигнал, переданный передающей станцией (не показана), принимается схемой 200-1 радиочастотного приемника. Схема 200-1 радиочастотного приемника подает принятый сигнал в устройство 200-2 выделения сигнала поднесущей. Устройство 200-2 выделения сигнала поднесущей разделяет принятый сигнал на сигналы согласно поднесущим и подает соответствующие сигналы на устройства 200-8 демодуляции, устройство 200-4 оценивания состояния принимающего канала и устройство 200-3 оценивания канала.
Каждое устройство 200-8 демодуляции производит демодуляцию подаваемых сигналов согласно поднесущим и подает демодулированные сигналы на соответствующие устройства 200-9 декодирования. Число декодеров может быть различным в зависимости от используемого алгоритма декодирования (кодирующего устройства, использованного в алгоритме). Каждое устройство 200-9 декодирования производит декодирование соответствующего входного сигнала и подает декодированный сигнал в устройство 200-10 параллельно-последовательного преобразования. Устройство 200-10 параллельно-последовательного преобразования производит преобразование входного сигнала из параллельного формата в последовательный и подает результирующий сигнал в устройство 200-11 восстановления IP-пакета. Устройство 200-11 восстановления IP-пакета производит восстановление входного сигнала.
Для выполнения оценивания канала устройство 200-3 оценивания канала использует пилотный символ (пилотный канал) для каждой поднесущей и подает такое значение оценки канала в одно или несколько устройств 200-4 оценивания состояния принимающего канала для каждой поднесущей.
Каждое устройство 200-4 оценивания состояния принимающего канала производит оценку состояния принимающего канала (SIR), исходя из оценки канала и принятого сигнала для каждой поднесущей, и подает данные оценки в устройство 200-5 формирования данных обратной связи. Устройство 200-5 формирования данных обратной связи формирует данные обратной связи (управляющую информацию), которые служат показателем состояния принимающего канала частотного блока, исходя из данных оценки состояния канала, принимающего входной сигнал, и подает указанные данные в устройство 200-6 кодирования и демодуляции. Величина SIR, входящая в состав данных обратной связи, может представлять собой величину SIR, соответствующую поднесущей в ее исходном виде, или может представлять собой некоторую преобразованную величину, такую как среднее значение величин SIR по заданному числу поднесущих, входящих в состав частотного блока. Поэтому на передающей стороне может требоваться величина SIR, усредненная по частотному блоку, а не отнесенная к поднесущей. Устройство 200-6 кодирования и модуляции кодирует и модулирует входные данные обратной связи и подает результирующий сигнал в схему 200-7 передачи радиочастотного сигнала. Схема 200-7 передачи радиочастотного сигнала возвращает данные обратной связи в качестве управляющей информации на передающую станцию 100.
На фиг.7 показана передающая станция 100 в системе мобильной связи, соответствующая варианту осуществления настоящего изобретения. Обычно передающая станция 100 предусматривается в составе базовой станции. Однако передающая станция 100 может быть устроена в каком-либо аппарате, ином, нежели базовая станция. Передающая станция 100 включает в себя схему 100-1 радиочастотного приемника, устройство 100-2 демодуляции и декодирования, соединенное со схемой 100-1 радиочастотного приемника, планировщик 100-3, связанный с устройством 100-2 демодуляции и декодирования, устройство 100-4 извлечения информации заголовка, устройство 100-5 выбора пакета, связанное с устройством 100-4 извлечения информации заголовка, буферное управляющее устройство 100-6, связанное с устройством 100-4 извлечения информации заголовка, устройством 100-5 выбора пакета и планировщиком 100-3, устройство 100-7 формирования блока данных протокола (Protocol Data Unit, PDU), соединенное с устройством 100-5 выбора пакета, буфер 100-8 передачи, связанный с устройством 100-7 формирования PDU и буферным управляющим устройством 100-6, селектор 100-9, связанный с буфером 100-8 передачи и планировщиком 100-3, одно или несколько устройств 100-10 кодирования и модуляции, связанных с селектором 100-9, и схему 100-11 радиочастотного передатчика, соединенную с устройствами 100-10 кодирования и модуляции.
Как показано в нижней правой части фиг.7, схема 100-1 радиочастотного приемника производит прием от каждой принимающей станции 200 (фиг.6) управляющего сигнала, содержащего данные управления, и подает принятый управляющий сигнал в устройство 100-2 демодуляции и декодирования. В устройстве 100-2 демодуляции и декодирования над управляющим сигналом совершаются некоторые операции демодуляции и декодирования, и в планировщик 100-3 передается управляющая информация, поступающая от каждой принимающей станции (включая информацию о состоянии канала в нисходящей линии связи для каждого частотного блока).
С другой стороны, как показано в верхней левой части фиг.7, при приеме из сети IP-пакета устройство 100-4 извлечения информации заголовка получает информацию заголовка пакета, такую как адрес назначения принятого IP-пакета, сообщает полученную информацию заголовка пакета буферному управляющему устройству 100-6 и подает IP-пакет в устройство 100-5 выбора пакета.
На основе полученной информации заголовка пакета и данных состояния каждой очереди из буфера 100-8 передачи буферное управляющее устройство 100-6 указывает устройству 100-5 выбора пакета место сохранения данных пакета. Буферное управляющее устройство 100-6 подает в буфер 100-8 передачи адрес назначения и адрес очереди в памяти, соответствующий адресу назначения. Буферное управляющее устройство 100-6 сообщает планировщику 100-3 информацию заголовка пакета и данные состояния каждой очереди, полученные из буфера 100-8 передачи.
Устройство 100-5 выбора пакета осуществляет выбор поступающего IP-пакета на основе данных места сохранения, установленных буферным управляющим устройством 100-6, и подает выбранные пакеты индивидуально в устройство 100-7 формирования PDU. Устройство 100-7 формирования PDU преобразует поступающие пакеты в блоки данных протокола (PDU) и подает результирующие PDU в буфер 100-8 передачи.
На основе адреса назначения, переданного из буферного управляющего устройства 100-6, и адреса соответствующей очереди в памяти буфер 100-8 передачи формирует индивидуальную очередь для каждого адреса назначения (каждой принимающей станции или каждого абонента), который поступает от входящих PDU, и информирует буферное управляющее устройство 100-6 о состоянии каждой очереди.
Селектор 100-9 извлекает данные из очереди, указанной планировщиком 100-3, и подает их в устройство 100-10 кодирования и модуляции, связанное с указанным частотным блоком. Данный частотный блок задается планировщиком 100-3. Планировщик 100-3 определяет, какому абоненту следует назначить данный частотный блок согласно приоритету на основе поступающей управляющей информации (данных состояния канала по частотному блоку в нисходящей линии связи), которую передает каждая принимающая станция, информации заголовка пакета и состояния каждой очереди.
Устройство 100-10 кодирования и модуляции производит кодирование и модуляцию данных, поступающих от селектора 100-9. Эти закодированные и модулированные данные посредством схемы 100-11 радиочастотного передатчика посылаются на каждую принимающую станцию.
На основе управляющей информации, возвратившейся от принимающей станции 200 в качестве обратной связи, планировщик 100-3 формирует таблицу ранжирования, в которой каждому абоненту дано определенное место в соответствии с приоритетом. Приоритет устанавливается для каждого частотного блока, исходя из качества состояния принимаемого канала каждого абонента. Затем осуществляется планирование очередности обслуживания для каждого частотного блока. Например, как показано на фиг.8, полоса частот в нисходящей линии связи разделена на три частотных блока 1, 2 и 3. Указанные три частотных блока включаются в состав любого из кадров (временных слотов). Для каждого кадра и каждого частотного блока выбирается абонент с наилучшим состоянием принимаемого канала, и затем для выбранного абонента за частотным блоком в кадре закрепляется пакет данных совместного использования. В показанном примере, для второго кадра слева частотный блок 1 выделен для абонента #2, частотный блок 2 выделен для абонента #1, а частотный блок 3 выделен для абонента #4. Для кадра, который непосредственно следует за вторым слева, частотные блоки 1 и 2 выделены для абонента #2, а частотный блок 3 выделен для абонента #3.
С другой стороны, в случае, когда планирование выделения частот производится в пользу абонента с хорошим состоянием принимаемого канала, существует вероятность, что большее число частотных блоков будут выделено одним абонентам, и меньшее число - другим абонентам. Чтобы выделение частот абонентам было справедливым, число частотных блоков, выделяемых одному абоненту в пределах одного кадра, можно ограничить до величины, меньшей или равной заданному значению К (где К определенное натуральное число). Другими словами, абонент, которому выделено К частотных блоков, может быть удален из таблицы ранжирования, содержащей неназначенные частотные блоки, а затем эти неназначенные частотные блоки могут выделяться другим абонентам.
Приоритет для частотных блоков может быть определен исходя из нижеперечисленных критериев.
(1) Состояния принимаемого канала для каждого частотного блока.
(2) Соотношения между усредненными по времени состояниями принимаемых каналов для каждого частотного блока и состоянием принимаемого канала для каждого частотного блока в кадре.
(3) Соотношения между усредненными по всем поднесущим (входящим в частотный блок) состояниями принимаемых каналов и состоянием принимаемого канала для заданного частотного блока в кадре.
(4) Соотношения между усредненными по времени средними значениями состояний принимаемых каналов, взятыми по всем поднесущим (входящим в частотный блок), и состоянием принимаемого канала для заданного частотного блока в кадре.
В случае, если определен одинаковый приоритет, исходя из состояния принимаемого канала, например величины SIR при приеме, то выделение частотного блока производится в пользу абонента с большей разницей задержек, и тем самым увеличивается пиковая пропускная способность благодаря эффекту разнесения частот. Как вариант, в случае, если определен одинаковый приоритет, исходя из состояния принимаемого канала, например величины SIR при приеме, частотный блок может быть приоритетно выделен абоненту с меньшей разницей задержек. Для абонента с большей разницей задержек может быть выделен другой частотный блок благодаря малому различию средних данных состояния принимаемых каналов среди частотных блоков, например различию между средними величинами SIR.
Как было описано в первом варианте осуществления изобретения, увеличение эффективности использования частот достигается за счет деления полосы частот нисходящей линии связи на множество частотных блоков и выделения одного или нескольких частотных блоков согласно приоритету для абонента с лучшим состоянием канала. В этом случае должно быть известно состояние принимающего канала каждого частотного блока, чтобы осуществлять планирование выделения частот. Состояние принимающего канала может быть измерено, например, в виде величины SIR на принимающей станции (обычно мобильном абонентском терминале) и затем может быть передано с принимающей станции на передающую станцию (обычно базовую станцию) по каналу управления восходящей линии связи. Передающая станция должна знать состояние принимающего канала не только для каждого абонента, но также для каждого частотного блока. В результате возникает проблема существенного увеличения объема информации, передаваемого в канале управления для подготовки и планирования выделения множества частотных блоков.
В общем случае количество Rup информации (число бит в секунду), которое требуется передавать в канале управления восходящей линии связи, можно представить в виде формулы следующим образом:
где Ks представляет число абонентов, для которых фактически выделены частотные блоки; А представляет число бит, необходимых для представления SIR (в данном варианте осуществления А=5); N представляет общее число частотных блоков; Ка представляет число абонентов, для которых могут быть выделены частотные блоки; и Т представляет длительность одного пакета, которая может быть названа интервалом времени передачи (Transmission Time Interval, TTI). Один бит зарезервирован для передачи результата CRC (подтверждения/неподтверждения - ACK/NACK) гибридного ARQ. В вышеприведенной формуле член «Ks/T» представляет количество информации, связанное с результатом CRC от каждого абонента, которому фактически выделены частотные блоки, и не зависит от числа N частотных блоков. Член «(А×N×Ka)/Т» представляет количество информации, необходимое для передачи SIR и приходящееся на частотный блок каждого абонента.
Например, полагая Ks=4, N=8, Ka=20 и Т=0,5 мс, получим Rup=1,61 Мб/с.
В другом варианте, полагая Ks=8, N=8, Ка=40 и Т=0,5 мс, получим Rup=3,22 Мб/с.
Таким образом, чем больше число частотных блоков, тем значительнее количество информации, передаваемой в канале управления. Второй вариант осуществления настоящего изобретения направлен на устранение вышеописанной проблемы. В соответствии с этим вариантом осуществления, в системе связи, в которой полоса частот нисходящей линии связи разделена на множество частотных блоков, и один или несколько частотных блоков согласно приоритету используются для абонента с лучшим состоянием принимающего канала, имеется возможность создать устройство радиосвязи и предложить способ, дающий возможность эффективно сообщать о состоянии канала при меньшем объеме данных, передаваемых в канале управления восходящей линии связи.
На фиг.9 показано устройство формирования данных обратной связи для применения в рассматриваемом варианте осуществления изобретения. Такое устройство формирования данных обратной связи может быть использовано в качестве устройства 200-5 формирования данных обратной связи по фиг.6. Устройство 200-5 формирования данных обратной связи включает в себя устройство 902 сравнения состояния принимающего канала, устройство 904 определения содержимого данных сообщения и устройство 906 формирования управляющего сигнала.
Устройство 902 сравнения состояния принимающего канала принимает от устройства 200-4 оценивания состояния принимающего канала некоторую величину, являющуюся показателем состояния принимающего канала, в качестве которой в данном варианте осуществления выступает SIR. В случае, когда принятая величина SIR не соответствует величине SIR, приходящейся на частотный блок, может быть выполнена операция усреднения или другая подходящая операция. Например, предположим, что измерение SIR производится для каждой 1000 поднесущих, а один частотный блок включает в себя 100 поднесущих. В этом случае каждые 10 величин SIR из 100 величин SIR, полученных для каждой сотни поднесущих, усредняются так, что можно получить 10 величин SIR, связанных с 10 частотными блоками. Эти величины SIR, приходящиеся на поднесущую и/или частотный блок, сохраняются в соответствующей памяти. Устройство 902 сравнения состояния принимающего канала производит сравнение между собой величин SIR, приходящихся на частотный блок, и выдает результат сравнения.
Устройство 904 определения содержимого данных сообщения отбирает величины SIR, связанные с заданным числом частотных блоков, и определяет, о каких величинах SIR следует послать сообщение на базовую станцию. Указанное заданное число частотных блоков можно определить следующим образом.
(1) Среди сохраненного в памяти множества величин SIR могут быть отобраны L наибольших величин SIR, являющихся показателем лучшего качества. Например, предположим, что если получены величины SIR, какие показаны на фиг.10, то производится отбор трех наибольших величин SIR (L=3). В данном случае из частотных блоков «a», «b», «с», «d», «e», «f» и «g» отобраны три величины SIR, связанные с частотными блоками «с», «e» и «f». Можно определить заранее, о скольких наибольших величинах SIR следует посылать сообщение. Это число также может меняться в зависимости от инструкций со стороны базовой станции.
(2) Среди сохраненного в памяти множества величин SIR могут быть отобраны величины SIR, связанные с Х частотными блоками, которые указывает базовая станция. Например, предположим, что, как показано на фиг.10, на радиостанции производится измерение SIR (состояния принимающего канала), и что данные по нисходящей линии связи в направлении мобильной станции передаются в частотных блоках «с» и «d». В этом случае базовая станция может дать мобильной станции инструкцию сообщать о двух величинах SIR, связанных с частотными блоками «с» и «d», или может дать мобильной станции инструкцию сообщать о величинах SIR, связанных с другими частотными блоками, дополнительно к указанным частотным блокам «с» и «d» или вместо них. Например, из множества частотных блоков, принадлежащих оси частот, можно передавать данные SIR, связанные с частотными блоками, которые выбираются для каждой пары частотных блоков. Например, если производится измерение SIR, как показано на фиг.11, то могут быть отобраны три величины SIR, связанные с частотными блоками «а», «d» и «g».
(3) Среди сохраненного в памяти множества величин SIR могут быть отобраны одна или несколько величин SIR, превышающих заданный порог. Другими словами, из всех сохраненных в памяти величин SIR на базовую станцию могут быть переданы только величины SIR, связанные с частотными блоками с относительно лучшими состояниями канала.
Устройство 906 формирования управляющего сигнала фиг.9 формирует управляющий сигнал, включающий информацию, идентифицирующую (ID) частотный блок, отобранный в устройстве 904 определения содержимого данных сообщения, и величину SIR, связанную с этим частотным блоком. Другими словами, управляющий сигнал включает заранее установленное число сочетаний значений ID и SIR, связанных с частотными блоками. Также, если какой-либо частотный блок уже был выделен и были приняты данные по нисходящей линии связи, управляющий сигнал также включает в себя информацию, указывающую на результат обнаружения ошибок в рассматриваемых данных. Как указывалось выше, информация о результате обнаружения ошибок может быть представлена в виде одного бита, показывающего положительное подтверждение (affirmative acknowledge, ACK) или отрицательное подтверждение (negative acknowledge, NACK). Сформированный таким образом управляющий сигнал подается на устройство 200-6 кодирования и модуляции, где далее производятся некоторые операции, и на базовую станцию выдается сигнал обратной связи.
В соответствии с данным вариантом осуществления, на основе определенных критериев производится отбор величин SIR для передачи на базовую станцию, что приводит к уменьшению числа величин SIR (числа частотных блоков), подлежащих передаче. Тем самым становится возможным снизить объем информации, передаваемой по каналу управления восходящей линии связи, при одновременном сохранении информации, необходимой для определения частотных блоков с лучшим состоянием канала для каждого абонента.
Во втором варианте осуществления изобретения производится сокращение числа величин SIR (числа частотных блоков), подлежащих передаче на базовую станцию, однако можно уменьшить и само число бит, представляющих величины SIR. Например, абсолютная величина SIR, связанная с определенным частотным блоком, может быть представлена пятью битами, а величины SIR, связанные с другими частотными блоками, могут быть представлены в виде разностей (относительных значений) между величинами SIR и указанной абсолютной величиной. В общем случае, поскольку разность может быть представлена числом бит,меньшим, чем пять, объем передаваемой информации может быть уменьшен по сравнению с ситуацией, когда все величины SIR представлены пятью битами. Величину SIR, представляемую абсолютным значением, можно связать с произвольным частотным блоком. Например, в форме абсолютного значения может быть представлен частотный блок, включающий наименьшую несущую частоту, или частотный блок, включающий наибольшую несущую частоту. Как вариант, вместо величины SIR, связанной с частотным блоком, можно подготовить другую, заранее определенную величину, и каждую величину SIR представлять в виде разности между рассматриваемой величиной SIR и указанной заранее определенной величиной. Как показано на фиг.12, в виде абсолютного значения может быть представлено среднее из величин SIR по всей полосе частот, а величины SIR, связанные с каждым частотным блоком, могут быть представлены в виде разностей между SIR и указанным средним значением.
Как вариант, в виде абсолютного значения может быть представлена величина SIR в определенный момент времени, а последующие величины SIR могут быть представлены в виде временных отклонений от указанной абсолютной величины. Далее, величину SIR в текущий момент времени можно представить в виде временного отклонения от величины SIR в момент времени, непосредственно предшествующий текущему. В общем, поскольку величина отклонения на коротком временном отрезке меньше, чем величина отклонения на длинном отрезке времени, таким способом можно осуществлять представление SIR, снижая объем передаваемой информации. Однако, если в сигнале, принятом мобильной станцией, обнаруживается ошибка, желательно исключить появление цепочки неточных значений путем передачи абсолютного значения и/или, игнорируя в следующий момент времени временную вариацию относительно величины SIR в момент времени, непосредственно предшествующий рассматриваемому моменту.
В соответствии с данным вариантом осуществления, величину SIR, подлежащую передаче на базовую станцию, представляют в виде некоторой величины (относительной величины), такой как абсолютное значение и/или разность. Сокращение числа битов, необходимых для передачи SIR, позволяет уменьшить количество информации, передаваемой в канале управления восходящей линии связи при одновременном сохранении информации, необходимой для определения по каждому абоненту частотного блока с лучшим состоянием канала.
Во втором и третьем вариантах осуществления изобретения производится сокращение объема передаваемых данных, необходимых для обеспечения отдельной обратной связи. С другой стороны, обратную связь можно осуществлять редко. Например, периодичность использования обратной связи можно регулировать, исходя из подвижности принимающей станции. Поскольку установлено, что среда, в которой производит прием медленно движущаяся принимающая станция, изменяется мало, использовать обратную связь можно реже. Степень подвижности можно оценить, например, на основе максимального доплеровского сдвига частоты, и в случае медленного движения указанный сдвиг частоты невелик. С другой стороны, поскольку установлено, что среда, в которой производит прием быстро движущаяся принимающая станция, изменяется сравнительно быстро, использовать обратную связь можно чаще. В общем случае, поскольку принимающая станция чаще движется с малой скоростью, нежели с большой, установлено, что часто использовать обратную связь необязательно.
Кроме того, содержимое данных обратной связи и периодичность использования обратной связи можно регулировать в зависимости от разницы задержек в нисходящей линии связи. В общем случае, чем меньше разница задержек, тем меньше вариация характеристик канала в частотной области. Таким образом, поскольку разность величин SIR между частотными блоками мала для абонента с наблюдаемой малой разницей задержек, состояние канала можно оценивать, исходя из одного среднего значения SIR по всей полосе частот. Как вариант, можно реже использовать обратную связь.
Помимо этого, передавать величину SIR на базовую станцию можно только в случае, когда уровень SIR существенно меняется по сравнению с предыдущей переданной величиной SIR (только в случае, когда величина изменения превышает порог). Например, если временная вариация SIR мала, как, например, в случае неподвижного состояния, частоту случаев использования обратной связи можно уменьшить.
В соответствии с данным вариантом осуществления, снижение частоты случаев передачи величины SIR позволяет уменьшить количество информации, передаваемой по каналу управления восходящей линии связи, при одновременном сохранении информации, необходимой для определения по каждому абоненту частотных блоков с лучшим состоянием канала.
Алгоритмы, описанные для различных вариантов осуществления изобретения, могут быть использованы по отдельности или в любом их сочетании.
На фиг.13 представлен пример сравнения объемов передаваемых данных для различных вариантов осуществления изобретения. Как говорилось выше, требуемое количество Rup информации (в битах в секунду) в канале управления восходящей линии связи в соответствии с первым вариантом осуществления может быть выражено следующим образом:
где Ks представляет число абонентов, для которых фактически выделены частотные блоки; А представляет число бит, необходимых для представления SIR (в данном варианте осуществления А=5); N представляет общее число частотных блоков; Ка представляет число абонентов, для которых могут быть выделены частотные блоки; и Т представляет интервал времени передачи пакета (TTI).
В соответствии со вторым вариантом осуществления на базовую станцию передаются величины SIR, связанные с N' частотных блоков, что меньше общего числа N частотных блоков. Таким образом, количество Rup необходимой информации в канале управления восходящей линии связи может быть представлено следующим образом:
Согласно третьему варианту осуществления, величины SIR представляются некоторым абсолютным значением и значениями относительно указанного абсолютного. Таким образом, количество Rup необходимой информации в канале управления восходящей линии связи может быть представлено следующим образом:
В данной формуле член «А×1» представляет число битов, необходимых для представления одного абсолютного значения, a Y представляет число битов, необходимых для представления относительного значения (разности), относительно указанного абсолютного значения. Среди N частотных блоков, величина SIR, связанная с одним частотным блоком, представляется в виде абсолютного значения, а величины SIR, связанные с остальными (N-1) частотными блоками, представляются в виде относительных значений.
В случае, когда алгоритм второго варианта осуществления комбинируется с алгоритмом третьего варианта осуществления, величины SIR представляются в виде абсолютного значения и относительных значений, при этом на базовую станцию передаются только величины SIR, связанные с N' частотными блоками. Таким образом, количество Rup необходимой информации в канале управления восходящей линии связи может быть представлено следующим образом:
На фиг.13 представлены примеры значений количества информации Rup, вычисленных в соответствии с формулами (1)-(4) при следующих заданных значениях параметров:
Ка (число абонентов, которым могут быть выделены частотные блоки) = 20 или 40;
Ks (число абонентов, которым фактически выделены частотные блоки) = 4;
N (общее число частотных блоков) = 8;
N' (число частотных блоков, связанных с величинами SIR, подлежащими передаче на базовую станцию) = 4;
А (число битов, используемых для представления абсолютного значения) = 5;
Y (число битов, используемых для представления разностей относительно указанного абсолютного значения) = 2; и
Т (интервал времени передачи, ТТI) = 0,5 мс.
На приведенном чертеже значения в столбце «1-й вариант осуществления» вычислены в соответствии с формулой (1), значения в столбце «2-й вариант осуществления» вычислены в соответствии с формулой (2), значения в столбце «3-й вариант осуществления» вычислены в соответствии с формулой (3), а значения в столбце «2-й и 3-й варианты осуществления» вычислены в соответствии с формулой (4). Согласно настоящему изобретению, имеется возможность значительного уменьшения количества информации даже в случае 20 или 40 абонентов. По сравнению с первым вариантом осуществления, во втором варианте, третьем варианте и сочетании второго варианта осуществления с третьим вариантом количество информации может быть уменьшено до 51%, 48% и 28% соответственно.
В вышеприведенном описании раскрыты некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако изобретение не может ограничиваться в точности лишь приведенными вариантами его осуществления. Напротив, в форму и детали осуществления изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема изобретения. Для удобства изобретение описано посредством нескольких отдельных вариантов осуществления, но это разделение между вариантами несущественно, и если необходимо, то один или несколько вариантов осуществления могут быть использованы совместно.
Данная международная патентная заявка основывается на приоритетной заявке Японии 2005-106907, поданной 1 апреля 2005 года, содержание которой целиком включено в состав настоящего описания посредством ссылки.
1. Устройство радиосвязи для использования в системе связи, в которой полоса частот нисходящей линии связи содержит множество частотных блоков, заключающих в себе одну или более несущих частот, причем один или более частотных блоков используются для передачи данных индивидуальному абоненту, содержащее:
модуль приема, выполненный с возможностью приема сигнала от участника радиосвязи;
модуль определения, выполненный с возможностью определения того, содержит ли принимаемый сигнал данные, положительное подтверждение или отрицательное подтверждение для данных;
модуль оценки, выполненный с возможностью оценивания качества соответствующих принимаемых сигналов для множества частотных блоков, имеющихся в полосе частот нисходящей линии связи, в заданный момент времени;
модуль формирования, выполненный с возможностью выбора данных оценки качества принимаемых сигналов для заданного количества частотных блоков среди данных оценки качества принимаемых сигналов для множества частотных блоков с целью определения того, какие индикаторы качества канала должны быть переданы как данные качества принимаемых сигналов в указанный момент времени; и
модуль передачи, выполненный с возможностью передачи управляющего сигнала восходящей линии связи, содержащего определенные таким образом индикаторы качества канала и определенное таким образом положительное подтверждение или отрицательное подтверждение,
причем модуль формирования выполнен с возможностью задания опорного значения и значений разности между опорным значением и выбранными данными качества принимаемых сигналов для заданного количества частотных блоков в качестве передаваемых индикаторов качества канала, при этом опорное значение определено на основании данных оценки качества принимаемых сигналов для множества частотных блоков по всей полосе частот нисходящей линии связи,
а модуль передачи выполнен с возможностью регулирования периодичности передачи управляющего сигнала восходящей линии связи.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль передачи выполнен с возможностью регулирования периодичности передачи управляющего сигнала восходящей линии связи на основании принимаемого сигнала.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что модуль формирования выполнен с возможностью выбора заданного количества частотных блоков, имеющих более высокое качество принимаемых сигналов, среди множества частотных блоков и с возможностью определения индикатора качества канала, усредненного по выбранным частотным блокам.
4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что модуль формирования выполнен с возможностью выбора заданного количества частотных блоков, указанных участником радиосвязи, среди множества частотных блоков и с возможностью определения индикатора качества канала, усредненного по выбранным частотным блокам.
5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что модуль формирования выполнен с возможностью усреднения данных оценки качества принимаемых сигналов для определения индикаторов качества канала.
6. Способ радиосвязи для использования в системе связи, в которой полоса частот нисходящей линии связи содержит множество частотных блоков, заключающих в себе одну или более несущих частот, причем один или более частотных блоков используются для передачи данных индивидуальному абоненту, содержащий операции, при которых:
принимают сигнал от участника радиосвязи;
определяют, содержит ли принимаемый сигнал данные, положительное подтверждение или отрицательное подтверждение для данных;
оценивают качество соответствующих принимаемых сигналов для множества частотных блоков, имеющихся в полосе частот нисходящей линии связи, в заданный момент времени;
выбирают данные оценки качества принимаемых сигналов для заданного количества частотных блоков среди данных оценки качества принимаемых сигналов для множества частотных блоков с целью определения того, какие индикаторы качества канала должны быть переданы как данные качества принимаемых сигналов в указанный момент времени;
передают управляющий сигнал восходящей линии связи, содержащий определенные таким образом индикаторы качества канала и определенное таким образом положительное подтверждение или отрицательное подтверждение,
причем на шаге выбора задают опорное значение и значение разности между опорным значением и выбранными данными качества принимаемых сигналов для предопределенного количества частотных блоков в качестве передаваемых индикаторов качества канала, при этом опорное значение определено на основании данных оценки качества принимаемых сигналов для множества частотных блоков по всей полосе частот нисходящей линии связи,
а на шаге передачи регулируют периодичность передачи управляющего сигнала восходящей линии связи.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что на шаге передачи регулируют периодичность передачи управляющего сигнала восходящей линии связи на основании принимаемого сигнала.
8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что на шаге выбора выбирают заданное количество частотных блоков, имеющих более высокое качество принимаемых сигналов, среди множества частотных блоков и определяют индикатор качества канала, усредненный по выбранным частотным блокам.
9. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что на шаге выбора выбирают заданное количество частотных блоков, указанных участником радиосвязи, среди множества частотных блоков и определяют индикатор качества канала, усредненный по выбранным частотным блокам.
10. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что на шаге выбора усредняют данные оценки качества принимаемых сигналов для определения индикаторов качества канала.
