Способ и устройство обработки данных в системе связи с множеством входов и множеством выходов (mimo) с использованием информации о состоянии канала

Способ и устройство обработки данных в системе связи с множеством входов и множеством выходов (mimo) с использованием информации о состоянии канала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к передаче данных, более конкретно к новому и улучшенному способу и устройству для обработки данных в системе связи с множеством входов и множеством выходов с использованием информации о состоянии каналов для обеспечения улучшенных рабочих характеристик системы.

Предшествующий уровень техники

Беспроводные системы связи широко используются для обеспечения различных типов связи, таких как речевая связь, передача данных и т.п. Такие системы могут быть основаны на множественном доступе с кодовым разделением (CDMA), множественном доступе с временным разделением (TDMA), ортогональном мультиплексировании с частотным разделением (OFDM) или на других способах мультиплексирования. Системы OFDM могут обеспечить высокие рабочие характеристики для некоторых условий каналов связи.

В наземной системе связи (например, сотовой системе, широковещательной системе, многоканальной многоточечной распределенной системе (MMDS) и др.) радиочастотный (РЧ) модулированный сигнал от передающего устройства может приходить в приемное устройство через ряд маршрутов передачи. Характеристики маршрутов передачи обычно меняются со временем ввиду ряда факторов, таких как замирание и многолучевое распространение.

Для того чтобы обеспечить разнесение по отношению к вредным эффектам распределения сигнала и улучшить рабочие характеристики, для передачи данных могут быть использованы множество передающих и приемных антенн. Если маршруты передачи между передающими и приемными антеннами являются линейно независимыми (т.е. передача по одному маршруту не формируется как линейная комбинация передач по другим маршрутам), что является верным, по меньшей мере, в некотором приближении, то вероятность правильного приема переданных данных возрастает с увеличением числа антенн. Обычно разнесение увеличивается и рабочие характеристики улучшаются при увеличении количества передающих и приемных антенн.

Системы связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO) для передачи данных используют множество (N_T) передающих антенн и множество (N_R) приемных антенн. Канал MIMO, образованный N_T передающими антеннами и N_R приемными антеннами, может быть разложен на N_C независимых каналов, причем . Каждый из N_C независимых каналов также называется пространственным подканалом канала MIMO и соответствует размерности. Система MIMO может обеспечить улучшенные рабочие характеристики (например, увеличенную информационную емкость передачи), если используются дополнительные размерности (сочетания), образованные множеством передающих и принимающих антенн.

Следовательно, в данной области техники существует потребность в способах обработки передач данных как в передающих, так и в приемных устройствах для получения преимуществ, благодаря дополнительным размерностям, создаваемым системой MIMO для обеспечения улучшенных рабочих характеристик системы.

Сущность изобретения

Аспекты настоящего изобретения предоставляют способы обработки принимаемых сигналов в приемном устройстве в системе с множеством входов и множеством выходов (MIMO) для восстановления передаваемых данных и настройки обработки данных в передающем устройстве на основе оцениваемых характеристик канала MIMO, используемого для передачи данных. В одном из аспектов при обработке принятых сигналов используется способ обработки в приемнике "с последовательным удалением" (описанный ниже). В другом аспекте характеристики канала оцениваются и сообщаются передающему устройству для использования при настройке (т.е. адаптации) обработки (например, кодирования, модуляции и т.п.) данных перед передачей. При применении сочетания способа обработки в приемнике с последовательным удалением и способа адаптивной обработки в передатчике, для системы MIMO могут быть достигнуты высокие рабочие характеристики.

Отдельный вариант осуществления изобретения предоставляет способ передачи данных от передающего устройства к приемному устройству в системе связи MIMO. В соответствии с этим способом в приемном устройстве определенное количество сигналов изначально принимаются посредством определенного количества приемных антенн, причем каждый принимаемый сигнал содержит комбинацию одного или более сигналов, передаваемых передающим устройством. Принятые сигналы обрабатываются в соответствии со способом обработки в приемнике с последовательным удалением, обеспечивая определенное количество потоков декодированных данных, которые представляют собой оценки потоков данных, передаваемых передающим устройством. Информация о состоянии канала (CSI), отражающая характеристики канала MIMO, используемого при передаче потоков данных, также определяется и передается обратно в передающее устройство. В передающем устройстве каждый поток данных подвергается адаптивной обработке перед передачей по каналу MIMO согласно принятой информации CSI.

Схема обработки в приемнике с последовательным удалением обычно выполняет определенное количество итераций для получения потока декодированных данных, по одной итерации для каждого потока декодированных данных. Для каждой итерации обрабатывается определенное количество входных сигналов за итерацию в соответствии с конкретной схемой линейной или нелинейной обработки для получения одного или более потоков символов. Затем выбираются и обрабатываются один из потоков символов для образования потока декодированных данных. Также формируется определенное количество модифицированных сигналов на основе входных сигналов, причем модифицированные сигналы имеют практически устраненные (т.е. удаленные) компоненты, связанные с декодированным потоком данных. Входные сигналы для первой итерации являются принятыми сигналами, а входные сигналы для каждой последующей итерации являются модифицированными сигналами от предыдущей итерации.

Для обработки входных сигналов могут быть использованы различные схемы линейной и нелинейной обработки. Для каналов без дисперсии (т.е. с плоской характеристикой замирания) может быть использован способ инверсии матрицы корреляции каналов (CCMI), способ минимальной среднеквадратичной ошибки (MMSE) или другие способы. И для каналов с временной дисперсией (т.е. с замиранием, зависящим от частоты) может быть использован линейный корректор MMSE (MMSE-LE), корректор с решающей обратной связью (DFE), устройство оценки последовательности максимального правдоподобия (MLSE) или другие способы.

Доступная информация CSI может включать в себя, например, отношение сигнал/шум-плюс-помеха для каждого канала передачи, используемого в передаче данных. В передающем устройстве данные для каждого канала передачи могут кодироваться на основе информации CSI, ассоциированной с данным каналом CSI, и далее кодированные данные для каждого канала передачи могут модулироваться согласно схеме модуляции, выбранной на основе CSI.

Изобретение дополнительно предоставляет способы, системы и устройство, реализующие различные аспекты, варианты осуществления и признаки настоящего изобретения, как это изложено более детально ниже.

Краткое описание чертежей

Признаки, сущность и преимущества данного изобретения будут более очевидны из детального изложения, представленного ниже вместе с чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции соответствуют одинаковым объектам на всех чертежах, где:

Фиг.1 - схема системы связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO), обеспечивающей реализацию различных аспектов и вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - блок-схема передающей системы MIMO, обеспечивающей обработку данных для передачи на основе доступной CSI;

Фиг.3 - блок-схема передающей системы MIMO, использующей модуляцию с ортогональным частотным разделением (OFDM);

Фиг.4 - блок-схема, иллюстрирующая способ обработки в приемнике с последовательным удалением для обработки N_R принятых сигналов для восстановления N_T переданных сигналов.

Фиг.5 - блок-схема приемной системы, обеспечивающей реализацию различных аспектов и вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг.6А, 6В и 6С - блок-схемы трех канальных процессоров MIMO/данных, которые обеспечивают реализацию способа CCMI, способа MMSE и способа DFE соответственно;

Фиг.7 - блок-схема варианта осуществления процессора принятых данных (RX процессора);

Фиг.8 - блок-схема компенсатора помех; и

Фиг.9А, 9В и 9С - диаграммы, иллюстрирующие рабочие характеристики для различных схем обработки приемника и передатчика.

Детальное описание изобретения

НА Фиг.1 приведена схема системы 100 связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO), обеспечивающая реализацию различных аспектов и вариантов осуществления настоящего изобретения. Система 100 включает в себя первую систему 110, связанную со второй системой 150. Система 100 может функционировать, используя комбинацию антенн, частот и временного разнесения (описанного ниже) для увеличения спектральной эффективности, улучшения рабочих характеристик и гибкости. В одном из аспектов, система 150 может функционировать, определяя характеристики канала MIMO и сообщая информацию о состоянии канала (CSI), отражающую характеристики канала, определенные при приеме, обратно системе 110, и система 110 может функционировать, настраивая обработку (например, кодирование и модуляцию) данных перед передачей на основе доступной CSI. В другом аспекте система 150 может функционировать, обрабатывая передаваемые данные от системы 110 так, чтобы обеспечивать высокие рабочие характеристики, как это описано более детально ниже.

В системе 110 источник 112 данных предоставляет данные (т.е. биты информации) процессору 114 передаваемых данных (TX), который кодирует данные в соответствии с конкретной схемой кодирования, перемежает (т.е. меняет порядок следования) кодированные данные на основе конкретной схемы перемежения и отображает подвергнутые перемежению биты на символы модуляции для одного или более каналов передачи, используемых для передачи данных. Кодирование повышает надежность передачи данных. Перемежение обеспечивает временное разнесение для кодированных битов, позволяет передавать данные на основе усредненного отношения сигнал/шум-плюс-помеха (SNR) для каналов передачи, используемых для передачи данных, противодействуя замиранию и дополнительно устраняя корреляцию между кодированными битами, используемыми для формирования каждого символа модуляции. Перемежение может дополнительно обеспечить частотное разнесение, если кодированные биты передаются через множество частотных подканалов. В одном из аспектов кодирование, перемежение и отображение на символы (или их комбинация) выполняются на основе информации CSI, доступной для системы 110, как показано на Фиг.1.

Кодирование, перемежение и отображение на символы в передающей системе 110 может быть выполнено на основе различных схем. Одна конкретная схема описана в патентной заявке США № 09/776,075 на "Схему кодирования для беспроводной системы связи", поданной 1 февраля 2001 г., права на которую принадлежат правообладателю настоящей заявки и которая включена в данное описание посредством ссылки. Другая схема более детально описана ниже.

Система 100 MIMO использует множество антенн как на стороне передачи, так и на стороне приема линии связи. Эти передающие и приемные антенны могут использоваться для обеспечения различных форм пространственного разнесения (т.е. антенного разнесения), включая разнесение на стороне передачи и на стороне приема. Пространственное разнесение характеризуется применением множества передающих антенн и одной или более приемных антенн. Разнесение на стороне передачи характеризуется передачей данных через множество передающих антенн. Обычно для достижения желаемого разнесения выполняется дополнительная обработка данных, передаваемых через передающие антенны. Например, данные, передаваемые через различные передающие антенны, могут задерживаться или может меняться их порядок следования по времени, кодироваться и перемежаться между различными передающими антеннами и т.п. Разнесение на стороне приема характеризуется приемом передаваемых сигналов посредством множества приемных антенн, и разнесение достигается просто путем приема сигналов по разным сигнальным маршрутам.

Система 100 может функционировать в различных режимах связи, причем каждый режим использует антенное, частотное или временное разнесение или их комбинацию. Режимы связи могут включать в себя, например, режим связи с "разнесением" и режим связи "MIMO". Режим связи с разнесением использует разнесение для улучшения надежности линии связи. В обычных применениях режима связи с разнесением, который также называется режимом связи с "чистым" разнесением, данные передаются на осуществляющее прием приемное устройство через все доступные передающие антенны. Режим связи с "чистым" разнесением может быть использован в ситуациях, когда требования на скорость передачи данных являются низкими, или когда SNR является низким, или когда оба этих случая имеют место. Режим связи MIMO использует антенное разнесение на каждом конце линии связи (т.е. множество передающих антенн и множество приемных антенн) и обычно используется как для улучшения надежности, так и для увеличения емкости линии связи. Режим связи MIMO может дополнительно использовать частотное и/или временное разнесение в сочетании с антенным разнесением.

Система 100 может использовать модуляцию с ортогональным частотным разделением (OFDM), которая эффективно разделяет рабочую полосу частот на определенное количество (N_L) частотных подканалов (т.е. частотных элементов). В каждом временном слоте (т.е. конкретном временном интервале, который может зависеть от полосы пропускания частотного подканала) символ модуляции может передаваться по каждому из N_L частотных подканалов.

Система 100 может функционировать, передавая данные через некоторое количество каналов передачи. Как указывалось выше, канал MIMO может быть разделен на N_C независимых подканалов, . Каждый из N_C независимых каналов также называется пространственным подканалом канала MIMO. Для системы MIMO, не использующей OFDM, обычно существует только один частотный подканал и каждый пространственный подканал можно называть "каналом передачи". Для системы MIMO, использующей OFDM, каналом передачи можно называть каждый пространственный подканал каждого частотного подканала.

Система MIMO может обеспечить лучшие рабочие характеристики при использовании дополнительных размерностей, создаваемых множеством передающих и приемных антенн. Хотя требование знания CSI в передатчике не является необходимым, возможно увеличение эффективности системы и улучшение рабочих характеристик, если передатчик имеет информацию CSI, которая отражает характеристики передачи от передающих антенн к приемным антеннам. Обработка данных в передатчике перед передачей зависит от наличия или отсутствия информации CSI.

Доступная CSI может содержать, например, отношение сигнал/шум-плюс-помеха (SNR) каждого канала передачи (т.е. SNR для каждого пространственного подканала для системы MIMO без OFDM или SNR для каждого пространственного подканала каждого частотного подканала для системы MIMO с OFDM). В этом случае данные могут адаптивно обрабатываться в передатчике (например, путем выбора подходящих схем кодирования и модуляции) для каждого канала передачи, основываясь на SNR канала.

Для системы MIMO, не применяющей OFDM, TX MIMO процессор 120 принимает и демультиплексирует символы модуляции от ТХ процессора 114 данных и обеспечивает поток символов модуляции для каждой передающей антенны, один символ модуляции для одного временного интервала (слота). А для системы MIMO, не применяющей OFDM, TX MIMO процессор 120 обеспечивает вектор потоков символов модуляции для каждой передающей антенны, причем каждый вектор включает в себя N_L символов модуляции для N_L частотных подканалов, для данного временного слота. Каждый поток символов модуляции или векторов символов модуляции принимается и модулируется соответствующим модулятором (MOD) 122 и передается через передающую антенну 124.

В приемной системе 150 определенное число приемных антенн 152 принимает переданные сигналы и подает принятые сигналы на соответствующие демодуляторы (DEMOD) 154. Каждый демодулятор 154 выполняет обработку, являющуюся дополняющей (взаимно обратной) для обработки, выполненной в модуляторе 122. Символы модуляции от всех демодуляторов 154 подаются в приемный (RX) процессор 156 MIMO/данных и обрабатываются для восстановления переданных потоков данных. RX процессор 156 MIMO/данных выполняет обработку, являющуюся дополняющей для обработки, выполняемой ТХ процессором 114 данных и ТХ MIMO процессором 120, и подает декодированные данные в коллектор 160 данных. Обработка в приемной системе 150 описана более детально ниже.

Пространственные подканалы системы MIMO (или, в общем случае, каналы передачи в системе MIMO с OFDM или без нее) обычно находятся в различных условиях соединения (например, испытывая различные виды замирания и эффекты, связанные с многолучевым прохождением) и могут иметь различное отношение SNR. Следовательно, пропускная способность каналов передачи может различаться от канала к каналу. Эта пропускная способность может быть описана количественно при помощи скорости передачи двоичной информации (т.е. числа информационных битов на один символ модуляции), которая может быть передана в каждом канале передачи при конкретном уровне рабочих характеристик (например, конкретный уровень битовых ошибок (BER) или уровень пакетных ошибок (PER)). Более того, условия соединения обычно изменяются со временем. В результате поддерживаемая скорость передачи двоичной информации также меняется со временем. Для более полного использования пропускной способности каналов передачи может быть определена (обычно в приемном устройстве) информация CSI, отражающая условия соединения, и предоставлена передающему устройству для соответствующей настройки (или адаптации) обработки. В состав CSI может входить информация любого типа, которая отражает характеристики линии связи и может быть описана посредством различных механизмов, как описано ниже более детально. Для простоты в различных аспектах и вариантах осуществления настоящего изобретения, изложенных ниже, полагается, что CSI содержит SNR. Способы определения и использования CSI для обеспечения улучшенных рабочих характеристик системы изложены ниже.

Передающая система MIMO с обработкой CSI

На Фиг.2 представлена блок-схема варианта осуществления передающей системы 110а MIMO, которая не использует OFDM, но способна настраивать свою обработку, основываясь на CSI, доступной для передающей системы (например, как сообщение приемной системы 150). Передающая система 110а представляет собой один из вариантов осуществления передающей части системы 110 по Фиг.1. Система 110а включает в себя: (1) ТХ процессор 114а данных, который принимает и обрабатывает биты информации для обеспечения символов модуляции и (2) ТХ MIMO процессор 120а, который демультиплексирует символы модуляции на N_T передающих антенн.

В определенном варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.2, ТХ процессор 114а данных включает в себя демультиплексор 208, связанный с определенным количеством процессоров 210 данных канала, по одному процессору на каждый из N_C каналов передачи. Демультиплексор 208 принимает и демультиплексирует совокупность битов информации в определенное количество (до N_C) потоков данных, по одному потоку данных на каждый из каналов передачи, используемых в передаче данных. Каждый поток данных предоставляется соответствующему процессору 210 данных канала.

В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.2, каждый канальный процессор 210 данных включает кодер 212, устройство 214 перемежения канала и элемент 216 отображения символов. Кодер 212 получает и кодирует биты информации в получаемом потоке данных в соответствии с конкретной схемой кодирования для предоставления кодированных битов. Устройство перемежения 214 канала выполняет перемежение кодированных битов, основываясь на конкретной схеме перемежения для обеспечения разнесения. И элемент 216 отображения символов отображает биты, подвергнутые перемежению, на символы модуляции для канала передачи, используемого при передаче потока данных.

Пилотные данные (например, данные с известной структурой) также могут кодироваться и мультиплексироваться с обработанными битами информации. Обработанные пилотные данные могут передаваться (например, способом мультиплексирования с разделением времени (TDM)) во все или в подмножество каналов передачи, используемых при передаче битов информации. Пилотные данные могут быть использованы в приемнике для выполнения оценки канала, как описано ниже.

Как показано на Фиг.2, кодирование, перемежение и модуляция данных (или их комбинация) могут быть настроены на основе доступной CSI (например, сообщенной приемной системой 150). В одной из схем кодирования и модуляции адаптивное кодирование достигается путем использования постоянного основного кода (турбокода со скоростью 1/3) и настройки "прокалывания" (исключения символов) для достижения желаемой скорости кодирования, поддерживаемой при данном SNR в канале передачи, используемом при передаче данных. Для этой схемы прокалывание может выполняться после перемежения в канале. В другой схеме кодирования и модуляции могут использоваться отличающиеся схемы кодирования, основанные на сообщенной CSI. Например, каждый из потоков данных может кодироваться независимым кодом. При этой схеме для определения и декодирования потоков данных может использоваться схема обработки в приемнике "с последовательным удалением" для получения более надежной оценки передаваемых потоков данных, как более детально описано ниже.

Элемент 216 отображения символов может предназначаться для группировки наборов битов, подвергнутых перемежению, для формирования недвоичных символов и отображения каждого недвоичного символа в некую точку в совокупности сигналов в соответствии с конкретной схемой модуляции (например, QPSK (квадратурная фазовая манипуляция), M-PSK (М-уровневая фазовая манипуляция), M-QAM (М-уровневая квадратурная амплитудная модуляция) или какая-либо другая схема), выбранной для данного канала передачи. Каждая отображенная сигнальная точка соответствует символу модуляции.

Количество битов информации, которые могут быть переданы с каждым символом модуляции для конкретного уровня рабочих характеристик (например, при одном проценте PER), зависит от SNR канала передачи. Поэтому схема кодирования и модуляции для каждого канала передачи может выбираться, исходя из доступной CSI. Перемежение в канале также может настраиваться исходя из доступной CSI.

В таблице 1 приведен список различных комбинаций скоростей кодирования и схем модуляции, которые могут применяться в указанных пределах SNR. Поддерживаемая скорость передачи двоичной информации для каждого канала передачи может достигаться при применении одной из некоторого числа возможных комбинаций скоростей кодирования и схем модуляции. Например, один бит информации на символ модуляции может быть получен при использовании (1) скорости кодирования 1/2 и модуляции QPSK, (2) скорости кодирования 1/3 и модуляции 8-PSK, (3) скорости кодирования 1/4 и модуляции 16-QAM или какой-либо другой комбинации скорости кодирования и схемы модуляции. В таблице 1 для приведенных пределов SNR применяется QPSK, 16-QAM и 64-QAM. Также могут применяться другие схемы модуляции, такие как 8-PSK, 32-QAM, 128-QAM и т.п. в пределах объема настоящего изобретения.

Таблица 1
Пределы SNR	# Битов информации/символ	Символ модуляции	# Кодированных битов/символ	Скорость кодирования
1,5-4,4	1	QPSK	2	1/2
4,4-6,4	1,5	QPSK	2	3/4
6,4-8,35	2	16-QAM	4	1/2
8,35-10,4	2,5	16-QAM	4	5/8
10,4-12,3	3	16-QAM	4	3/4
12,3-14,15	3,5	64-QAM	6	7/12
14,15-15,55	4	64-QAM	6	2/3
15,55-17,35	4,5	64-QAM	6	3/4
>17,35	5	64-QAM	6	5/6

Символы модуляции от ТХ процессора 114а данных подаются в ТХ MIMO процессор 120а, который является одним из вариантов осуществления ТХ MIMO процессора 120 по Фиг.1. В ТХ MIMO процессоре 120а демультиплексор 222 получает (до) N_C потоков символов модуляции от N_C процессоров 210 данных канала и демультиплексирует полученные символы модуляции в определенное число (N_T) потоков символов модуляции, по одному потоку для каждой антенны, используемой для передачи символов модуляции. Каждый поток символов модуляции подается на соответствующий модулятор 122. Каждый модулятор 122 преобразует символы модуляции в аналоговый сигнал и дополнительно усиливает, фильтрует, осуществляет квадратурную модуляцию и повышает частоту сигнала, образуя модулированный сигнал, подходящий для передачи по беспроводному соединению.

Передающая система MIMO с OFDM

Фиг.3 представляет собой блок-схему варианта осуществления передающей системы MIMO 110с, которая использует OFDM и обеспечивает настройку обработки, основываясь на доступной CSI. В ТХ процессоре 114с данных биты информации, предназначенные для передачи, демультиплексируются в определенное количество (до N_L) потоков данных частотных подканалов, по одному потоку для каждого из частотных подканалов, используемых при передаче данных. Каждый поток данных частотного подканала предоставляется соответствующему процессору 310 данных частотного подканала.

Каждый процессор 310 данных обрабатывает данные для соответствующего частотного подканала системы OFDM. Каждый процессор 310 данных может быть реализован аналогично ТХ процессору 114а данных, показанному на Фиг.2. При такой конструкции, процессор 310 данных включает в себя демультиплексор, который демультиплексирует поток данных частотного подканала в определенное количество подпотоков данных, по одному подпотоку на каждый пространственный подканал, используемый в частотном подканале. Затем каждый подпоток данных кодируется, перемежается и отображается в символы (модуляции) соответствующим процессором данных канала для получения символов модуляции для данного конкретного канала передачи (т.е. пространственного подканала данного частотного подканала). Кодирование и модуляция для каждого канала передачи могут быть настроены, основываясь на доступной CSI (например, сообщенной приемной системой). Каждый процессор 310 данных частотного подканала, таким образом, подает (до) N_C потоков символов модуляции в (до) N_C пространственных подканалов.

Для системы MIMO использующей OFDM, символы модуляции могут передаваться по множеству частотных подканалов и через множество передающих антенн. В процессоре 120с MIMO N_C потоков символов модуляции от каждого процессора 310 данных подаются на соответствующий MIMO процессор 322 канала, который обрабатывает получаемые символы модуляции, основываясь на доступной CSI.

Каждый MIMO процессор 322 канала демультиплексирует N_C символов модуляции для каждого временного слота в N_T символов модуляции для N_T передающих антенн. Каждое устройство 324 комбинирования получает символы модуляции для частотных подканалов количеством до N_L, комбинирует символы для каждого временного слота в вектор символов модуляции V и подает вектор символов модуляции на следующий этап обработки (например, в соответствующий модулятор 122).

Следовательно, MIMO процессор 120с получает и обрабатывает символы модуляции для получения N_T векторов символов модуляции с V₁ по V_Nt, по одному вектору символов модуляции на каждую передающую антенну. Каждый вектор символов модуляции V занимает один временной слот, и каждый элемент вектора символов модуляции V ассоциирован с определенным частотным подканалом, имеющим уникальную поднесущую, переносящую символы модуляции.

На Фиг.3 также показан вариант осуществления модулятора 122 для OFDM. Векторы символов модуляции с V₁ по V_Nt от MIMO процессора 120с подаются на модуляторы с 122а по 122t соответственно. В варианте осуществления, показанном на Фиг.3, каждый модулятор 122 включает в себя инвертирующий быстрый Фурье-преобразователь (IFFT) 320, генератор 322 префикса цикла и преобразователь 324 с повышением частоты.

IFFT 320 преобразует каждый полученный вектор символов модуляции в его временное представление (которое также называется символом OFDM), используя IFFT. IFFT 320 может предназначаться для выполнения IFFT для любого количества частотных подканалов (например, 8, 16, 32, и т.д.). В одном из вариантов осуществления изобретения для каждого вектора символов модуляции, преобразованного в символ OFDM, генератор 322 префикса цикла повторяет часть временного представления символа OFDM для формирования "символа передачи" для конкретной передающей антенны. Префикс цикла гарантирует, что символ передачи сохранит свои свойства ортогональности в условиях расширения за счет задержки многолучевого распространения, таким образом, улучшая рабочие характеристики в присутствии вредных эффектов многолучевого распространения. Способы реализации IFFT 320 и генератора 322 префикса цикла известны в данной области техники и не излагаются детально в настоящем описании.

Временные представления от каждого генератора 322 префикса цикла (т.е. символы передачи для каждой антенны) затем обрабатываются (т.е. преобразуются в аналоговый сигнал, модулируются, усиливаются и фильтруются) преобразователем 324 с повышением частоты для получения модулированного сигнала, который затем передается через соответствующую антенну 124.

Модуляция OFDM более детально описана в работе "Multicarrier Modulation for Data Transmission: An Idea Whose Time Has Come", John A.C. Bingham, IEEE Communications Magazine, май 1990, которая включена в настоящее описание посредством ссылки.

На Фиг.2 и 3 показаны две конструкции передатчика MIMO, обеспечивающие реализацию различных аспектов настоящего изобретения. В рамках объема настоящего изобретения также могут быть реализованы другие конструкции передатчика. Некоторые из таких конструкций передатчика более детально описаны в патентной заявке США № 09/532,492 на "Высокоэффективную систему с высокими рабочими характеристиками, использующую модуляцию с множеством несущих" от 22 марта 2000 г., вышеупомянутой патентной заявке № 09/776,075 и в патентной заявке № 09/826,481 на "Способ и устройство для использования информации о состоянии канала в системе беспроводной связи" от 23 марта 2001 г., права на которые принадлежат правообладателю настоящей заявки и которые включены в данное описание посредством ссылки. Эти патентные заявки более детально описывают обработку MIMO и обработку CSI.

В общем случае передающая система 110 кодирует и модулирует данные для каждого канала передачи, основываясь на информации, отражающей пропускную способность этих каналов. Эта информация обычно представлена в виде CSI. CSI для каналов передачи, используемых для передачи данных, обычно определяется в приемной системе и сообщается передающей системе, которая затем использует данную информацию для соответствующей настройки кодирования и модуляции. Способы, изложенные в настоящем описании, применимы в случае множественных параллельных каналов передачи, поддерживаемых MIMO, OFDM или какой-либо другой схемой связи (например, схемой CDMA), способной поддерживать множество параллельных каналов передачи.

Приемная система MIMO

Аспекты настоящего изобретения обеспечивают способы (1) обработки принятых сигналов в приемной системе MIMO, основанные на схеме обработки в приемнике последовательным удалением для восстановления переданных данных, и (2) настройки обработки данных в передающей системе на основе оцененных характеристик канала MIMO. В одном из аспектов для обработки принятых сигналов используется способ обработки в приемнике с последовательным удалением (описанный ниже). В другом аспекте характеристики канала оцениваются в приемной системе и сообщаются приемной системе, которая использует данную информацию для настройки (т.е. адаптации) обработки данных (например, кодирования, модуляции и т.п.). Применяя комбинацию способа обработки в приемнике с последовательным удалением и способа адаптивной обработки в передатчике, в системе MIMO могут быть реализованы высокие рабочие характеристики.

На Фиг.4 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ обработки в приемнике с последовательным удалением при обработке N_R принятых сигналов для восстановления N_T переданных сигналов. Для простоты в последующем описании по Фиг.4 полагается, что (1) количество каналов передачи (т.е. пространственных подканалов для системы MIMO, не использующей OFDM) равно количеству передающих антенн (т.е. N_C=N_T) и (2) через каждую антенну передается один независимый поток данных.

Сначала на шаге 412 приемная система выполняет линейную или нелинейную пространственную обработку N_R принятых сигналов, пытаясь разделить множество переданных сигналов, входящих в состав принятых сигналов. Линейная пространственная обработка может выполняться над принятыми сигналами, если канал MIMO является каналом "без дисперсии" (т.е. с не зависящим от частоты, или равномерным замиранием). Также может быть необходимым или желательным выполнить дополнительную линейную или нелинейную временную обработку (т.е. уравнивание) принятых сигналов, если канал MIMO является каналом с временной дисперсией (т.е. с замиранием, зависящим от частоты). Пространственная обработка может основываться на способе инверсии матрицы корреляции канала (CCMI), способе минимального среднеквадратичного отклонения (MMSE) или каких-либо других способах. Пространственно-временная обработка может быть основана на линейном корректоре MMSE (MMSE-LE), корректоре с решающей обратной связью (DFE), устройстве оценки последовательности максимального правдоподобия (MLSE) и других способах. Некоторые из этих способов пространственной и пространственно-временной обработки более детально описаны ниже. Величина достижимого разделения сигналов зависит от величины корреляции между переданными сигналами, большее разделение сигналов может быть достигнуто, если корреляция переданных сигналов будет меньше.

Шаг начальной пространственной или пространственно-временной обработки предоставляет N_T сигналов "после обработки", которые представляют собой оценки N_T переданных сигналов. Затем на шаге 414 определяется SNR для N_T сигналов после обработки. SNR может оценивается способом, более детально описанным ниже. В одном из вариантов осуществления изобретения на шаге 416 SNR ранжируются в порядке от наибольшего к наименьшему SNR, и сигнал после обработки, имеющий наибольшее SNR, выделяется и дополнительно обрабатывается (т.е. "детектируется") для получения потока декодированных данных. Детектирование обычно включает в себя демодуляцию, обратное перемежение и декодирование выбранного сигнала после обработки. Поток декодированных данных представляет собой оценку потока данных, переданных в переданном сигнале, восстанавливаемом на данной итерации. Конкретный сигнал для детектирования после обработки также может быть выбран исходя из какой-либо другой схемы (например, конкретный сигнал может быть назначен передающей системой).

На шаге 418 происходит определение, все ли переданные сигналы были восстановлены. Если все переданные сигналы были восстановлены, то обработка в приемнике завершается. В противном случае помеха, связанная с потоком декодированных данных, удаляется из принятых сигналов, для получения "модифицированных" сигналов для следующей итерации для восстановления следующего переданного сигнала.

На шаге 420 поток декодированных данных используется для формирования оценки помехи, представляемой переданным сигналом, соответствующим потоку декодированных данных, по каждому из принятых сигналов. Помеха может быть оценена путем повторного кодирования декодированных данных, перемежения повторно кодированных данных и отображения перемеженных