Управление скоростью в системах многоканальной связи

Управление скоростью в системах многоканальной связи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем случае относится к обмену данными, а более конкретно к способам управления скоростью передачи данных для систем многоканальной связи.

Уровень техники

Система связи с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением (OFDM) эффективно делит полосу пропускания всей системы на множество (N_F) подполос, которые также называют частотными подканалами или частотными бинами. Каждый частотный подканал связан с соответствующей поднесущей (или тоном), которая может быть модулирована данными. Для системы OFDM данные, предназначенные для передачи (т.е. биты информации), сначала кодируют по конкретной схеме кодирования для генерации кодированных битов, и кодированные биты далее группируют в многоразрядные символы, которые затем отображают на символы модуляции. Каждый символ модуляции соответствует точке в созвездии сигналов, определяемых конкретной схемой модуляции (например, M-PSK или M-QAM), используемой для передачи данных. Для каждого временного интервала, который может быть зависимым от полосы пропускания каждого частотного подканала, символ модуляции может быть передан по каждому из N_F частотных подканалов. OFDM может быть использована для борьбы с межсимвольной интерференцией (ISI), вызванной частотно-избирательным затуханием, которое характеризуется различными степенями ослабления на разных участках полосы пропускания системы.

Для передачи данных система связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO) использует множество (N_T) передающих антенн и множество (N_R) приемных антенн. Канал MIMO, сформированный N_T передающими и N_R принимающими антеннами, может быть разложен на N_S независимых каналов, причем N_S=min{N_T,N_R}. Каждый из N_S независимых каналов также называется пространственным подканалом канала MIMO и соответствует размерности. Система MIMO может обеспечить улучшенную производительность (например, увеличение пропускной способности), если используются дополнительные размерности, созданные при помощи множества передающих и приемных антенн.

Для системы MIMO, которая использует OFDM (т.е. система MIMO-OFDM), на каждом из N_S пространственных подканалов для передачи данных являются доступными N_F частотных подканалов. Каждый частотный подканал каждого пространственного подканала называют каналом передачи. N_F·N_S каналы передачи являются, таким образом, доступными для передачи данных между N_T передающими антеннами и N_R приемными антеннами.

Для системы MIMO-OFDM N_F частотных подканалов каждого пространственного подканала могут испытывать различные условия канала (например, различное затухание и эффекты многолучевого распространения) и в нем могут достигаться различные соотношения сигнал/шум-и-помехи (ОСШ). Каждый передаваемый символ модуляции подвергается воздействию отклика канала передачи, через который передают символ. В зависимости от многолучевого профиля канала связи между передатчиком и приемником, частотный отклик может меняться в широких пределах по полосе пропускания системы для каждого пространственного подканала, и дополнительно может меняться в широких пределах для пространственных подканалов.

Для многолучевого канала с неравномерным частотным откликом, скорость передачи данных (т.е. количество битов данных на символ модуляции), с которой может производится надежная передача для каждого канала передачи, может отличаться от канала передачи к каналу передачи. Если символы модуляции для конкретного пакета данных передают через множество каналов передачи, и если отклик этих каналов передачи меняется в широких пределах, тогда указанные символы модуляции могут приниматься с ОСШ, меняющимся в широких пределах. При этом ОСШ будет соответственно меняться по всему принятому пакету, что делает затруднительным определение подходящей скорости для пакета данных.

Поскольку различные приемники могут испытывать различные (и возможно меняющиеся в широких пределах) условия каналов, было бы непрактичным передавать данные с одной и той же мощностью передачи и/или скоростью передачи данных для всех приемников. Фиксация указанных параметров передачи, скорее всего, приведет к непроизводительному расходу мощности передачи, использованию скоростей передачи ниже оптимальных для некоторых приемников и ненадежной связи для некоторых других приемников, причем все это приводит к нежелательному снижению производительности системы. Помимо этого, условия каналов могут меняться со временем. В результате, поддерживаемые скорости передачи данных для каналов передачи также могут меняться со временем. Различные возможность передачи для каналов связи для различных приемников плюс многолучевая и изменяющаяся во времени природа таких каналов связи делает проблематичным эффективную передачу данных в системе MIMO-OFDM.

Таким образом, в данной области техники существует потребность в способах управления скоростью передачи данных в многоканальных системах связи, таких как система MIMO-OFDM.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем описании изложены способы управления скоростью передачи данных в многоканальной системе связи, имеющей множество каналов передачи. В одном из аспектов, скорость передачи каждого потока данных определяют, основываясь на метрике, связанной с потоком данных. Такая метрика может быть получена, исходя из эквивалентной системы, которая моделирует группу каналов передачи, предназначенных для использования для передачи потока данных. Эквивалентная система определяется, как имеющая AWGN канал (т.е. канал с равномерным частотным откликом) и спектральной эффективностью S_equiv, которая совпадает со средней спектральной эффективностью S_avg группы каналов передачи (т.е. эквивалентная система имеет общую производительность, совпадающую с общей производительностью группы каналов передачи).

Один из вариантов осуществления предлагает способ определения набора скоростей для набора потоков данных, предназначенных для передачи по беспроводному каналу связи в многоканальной системе связи (например, системе MIMO-OFDM). В указанном способе сначала идентифицируют группу каналов передачи, предназначенных для использования для передачи каждого потока данных.

Затем определяют эквивалентную систему для каждой группы каналов передачи, основываясь на одной или нескольких характеристиках каналов передачи в группе. В одном из вариантов осуществления, эквивалентная система для каждой группы каналов передачи может быть определена при помощи (1) получения оценки ОСШ каждого канала передачи, (2) оценки спектральной эффективности каждого канала передачи, основываясь на оценке ОСШ и функции спектральной эффективности, ƒ(х), и (3) определения средней спектральной эффективности каналов передачи в группе, основываясь на оценках спектральной эффективности отдельных каналов передачи. Эквивалентную систему определяют, как имеющую AWGN и спектральную эффективность, совпадающую со средней спектральной эффективностью группы каналов передачи.

Затем для каждой группы каналов передачи выводят метрику, основываясь на связанной эквивалентной системе. В одном из вариантов осуществления, метрику устанавливают как ОСШ, необходимое эквивалентной системе для поддержки средней спектральной эффективности. Такое ОСШ называют эквивалентным ОСШ и оно может быть определено, основываясь на обратной функции ƒ^-1(х).

Затем определяют скорость передачи данных для каждого потока данных, основываясь на метрике, связанной потоком данных. Это может быть выполнено при помощи оценки одной или нескольких доступных скоростей передачи данных. Для каждой оцениваемой скорости передачи данных определяют ОСШ, требуемое для поддержки скорости передачи данных системой связи, и эту скорость рассматривают как поддерживаемую системой связи, если требуемое ОСШ меньше или равно метрике.

Различные аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения более подробно описаны ниже. Изобретение дополнительно предлагает способы, приемные устройства, передающие устройства, приемные системы, передающие системы и другие устройства и элементы, которые реализуют различные аспекты, варианты осуществления, и отличительные особенности настоящего изобретения, что описано более подробно ниже.

Краткое описание чертежей

Отличительные особенности, природа и преимущества настоящего изобретения будут более очевидными из подробного описания, приводимого ниже вместе с чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают подобные элементы и на которых:

Фиг.1А является блок-схемой модели многоканальной системы связи;

Фиг.1В является блок-схемой, графически иллюстрирующей выбор скорости передачи данных для многоканальной системы связи с многолучевым каналом, основываясь на эквивалентной системе;

Фиг.2 является блок-схемой последовательности операций варианта осуществления способа определения максимальной скорости передачи данных, поддерживаемой системой SISO-OFDM, основываясь на эквивалентной системе;

Фиг.3 является диаграммой, иллюстрирующей спектральную эффективность системы SISO-OFDM с многолучевым каналом;

На Фиг.4А показана диаграмма требуемых ОСШ в зависимости от скоростей передачи данных для системы, поддерживающей набор дискретных скоростей передачи данных;

Фиг.4В графически иллюстрирует определение величины компенсации, используемого при определении, поддерживается ли конкретная скорость передачи данных или нет;

Фиг.5А является диаграммой, иллюстрирующей спектральные эффективности пространственных подканалов в системе MIMO-OFDM с многолучевым каналом;

Фиг.5В является диаграммой, иллюстрирующей спектральную эффективность эквивалентной системы SISO, используемой для моделирования системы MIMO-OFDM, показанной на Фиг.5А;

Фиг.6 является блок-схемой последовательности операций способа управления скоростью одного или нескольких независимо обрабатываемых потоков данных в многоканальной системе;

Фиг.7 является блок-схемой варианта осуществления передающей системы и приемной системы в многоканальной системе;

Фиг.8 является блок-схемой передающего устройства в передающей системе; и

Фиг.9 и 10 являются блок-схемами двух вариантов осуществления процессора приема в приемной системе.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система связи с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением (OFDM) эффективно делит всю полосу пропускания системы на множество (N_F) подполос, которые также называют частотными подканалами или частотными бинами. Каждый частотный подканал связан с соответствующей поднесущей (или тоном), которая может быть модулирована данными.

Для передачи данных система связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO) использует множество (N_T) передающих антенн и множество (N_R) приемных антенн, и определяется как (N_T, N_R) система. Канал MIMO, сформированный N_T передающими и N_R принимающими антеннами, может быть разложен на N_S независимых каналов, причем N_S=min{N_T,N_R}. Каждый из N_S независимых каналов также называют пространственным подканалом канала MIMO. Количество пространственных подканалов определяется количеством собственных режимов канала MIMO, что, в свою очередь зависит от матрицы отклика канала, H(k), которая описывает отклик между N_T передающими и N_R принимающими антеннами. Для простоты, в нижеследующем описании матрица отклика канала, H(k), предполагается имеющей полный ранг, и количество пространственных подканалов составляет N_S=N_T≤N_R.

Способы управления скоростью, изложенные в настоящем описании, могут быть использованы в различных многоканальных системах связи, имеющих множество каналов передачи, которые могут быть использованы для передачи данных. Такие многоканальные системы включают в себя системы MIMO, системы OFDM, системы MIMO-OFDM и т.п. Каналы передачи могут представлять собой (1) пространственные подканалы в системах MIMO, (2) частотные подканалы в системах OFDM, или частотные подканалы пространственных подканалов в системах MIMO-OFDM.

Фиг.1А является блок-схемой модели многоканальной системы 100 связи. В передатчике 110 данные трафика предоставляются из источника 112 данных в процессор 114 передаваемых (ТХ) данных. ТХ процессор 114 данных может демультиплексировать данные трафика в N_D потоков данных, причем N_D представляет любое целое от единицы и выше. Каждый поток данных может быть независимо обработан и затем передан через соответствующую группу каналов передачи. Для каждого потока данных, ТХ процессор 114 данных кодирует данные согласно конкретной схеме кодирования, выполняет перемежение кодированных данных согласно конкретной схеме перемежения и модулирует данные, подвергнутые перемежению, согласно конкретной схеме модуляции. Модуляция (т.е. отображение символов) может быть выполнена посредством группировки наборов кодированных и подвергнутых перемежению битов для формирования многобитных символов и отображения каждого многобитного символа в точку в сигнальном созвездии, соответствующим выбранной схеме модуляции (например, QPSK, M-PSK, или M-QAM). Каждая отображенная сигнальная точка соответствует символу модуляции.

В одном из вариантов осуществления, для каждого потока данных скорость передачи данных определяют при помощи управления скоростью передачи данных, схему кодирования определяют при помощи управления кодированием и схему модуляции определяют при помощи управления модуляцией. Управление обеспечивается контроллером 130, основываясь на информации обратной связи, принимаемой от приемника 150.

В приемник также может передаваться пилот-сигнал для выполнения некоторых функций, таких как оценка канала, захват, частотная и временная синхронизация, когерентная демодуляция данных и т.п. В этом случае пилотные данные предоставляют в ТХ процессор 114 данных, который затем обрабатывает и мультиплексирует пилотные данные с данными трафика.

Для OFDM, в передатчике (TMTR) 116, модулированные данные (т.е. символы модуляции), предназначенные для передачи, через каждую передающую антенну, преобразуют во временной домен при помощи блока обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) для обеспечения символов OFDM. Каждый символ OFDM является временным представлением вектора N_F символов модуляции, предназначенных для передачи по N_F частотным подканалам одной передающей антенны в период передачи символа. В отличие от системы "временного кодирования" с одной несущей, система OFDM эффективно передает символы модуляции "в частотном домене", посредством посылки во временном домене ОБПФ символов модуляции данных трафика.

Передатчик 116 предоставляет поток символов OFDM для каждой передающей антенны, используемой для передачи данных. Каждый поток символов OFDM подвергается дополнительной обработке (для простоты не показано на Фиг.1) для генерации соответствующего модулированного сигнала. Затем каждый модулированный сигнал передают через соответствующую передающую антенну по беспроводному каналу связи в приемник. Канал связи искажает модулированные сигналы определенным откликом канала и дополнительно ухудшает модулированные сигналы аддитивным белым гауссовским шумом (AWGN), имеющим дисперсию N₀.

В приемнике 150, переданные модулированные сигналы принимаются каждой приемной антенной, и принятые сигналы от всех приемников предоставляются в приемник (RCVR) 160. В приемнике 160 каждый принятый сигнал подвергают кондиционированию и оцифровке для предоставления соответствующего потока выборок. Для каждого потока выборок блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) принимает и преобразует выборки в частотный домен для предоставления соответствующего принятого потока символов. Затем принятые потоки символов предоставляют в приемный (RX) процессор 162 данных.

RX процессор 162 данных обрабатывает принятый поток символов для предоставления декодированных данных для переданного потока данных. Обработка в RX процессоре 162 данных может включать в себя пространственную или пространственно-временную обработку, демодуляцию (т.е. обратное отображение символов), обратное перемежение, и декодирование. RX процессор 162 данных дополнительно может предоставлять статус каждого принятого пакета данных. Блок 164 оценки канала обрабатывает "детектированные" символы из демодулятора/декодера 162 для обеспечения оценок одной или нескольких характеристик канала связи, таких как частотный отклик канала, дисперсия шума канала, отношение сигнал/шум-и-помехи (ОСШ) детектированных символов и т.п. Обычно, для получения оценок ОСШ используют только пилот-символы. Однако ОСШ также может оцениваться, основываясь на символах данных или комбинации пилот-символов и символов данных, причем это находиться в переделах объема настоящего изобретения.

Блок 166 выбора скорости принимает оценки канала от блока 164 оценки канала и, возможно, другие параметры и определяет подходящую "скорость" для каждого потока данных. Данная скорость указывает на набор значений параметров, предназначенных для использования в последующей передаче потока данных. Например, скорость может указывать (или может быть связана) на определенную скорость передачи данных для использования с данным потоком данных, конкретную схему кодирования и/или скорость кодирования, конкретную схему модуляции и т.п.

Контроллер 170 принимает скорость(скорости) от блока 166 выбора скорости и статус пакета от RX процессора 162 данных и предоставляет соответствующую информацию обратной связи в передатчик 110. Данная информация обратной связи может включать в себя скорость(скорости) оценки канала, некоторую другую информацию или комбинацию вышеперечисленного. Информация обратной связи может использоваться для повышения эффективности системы посредством регулирования обработки в передатчике таким образом, что данные передаются с наилучшими известными установками мощности и скоростями, поддерживаемыми каналом связи. Затем информацию обратной связи передают обратно в передатчик 110 и используют для настройки обработки при передаче данных в приемник 150. Например, передатчик 110 может настроить скорость передачи данных, схему кодирования, схему модуляции или любую комбинацию вышеперечисленного (основываясь на информации обратной связи) для каждого потока данных, предназначенного для передачи в приемник 150.

В варианте осуществления, показанном на Фиг.1А, выбор скорости выполняется приемником 150, и выбранная скорость для каждого потока данных предоставляется в передатчик 110. В других вариантах осуществления выбор скорости может выполняться передатчиком, основываясь на информации обратной связи, предоставляемой приемником, или может выполняться совместно приемником и передатчиком.

В системе связи с одной несущей все передаваемые символы могут быть приняты в приемнике с одинаковым ОСШ. Взаимосвязь между ОСШ пакета данных с "постоянным ОСШ" и вероятности ошибки (PE) для пакета хорошо известна в данной области техники. В качестве приближения, максимальная скорость передачи данных, поддерживаемая системой с одной несущей при определенном ОСШ, может быть оценена как максимальная скорость передачи данных, поддерживаемая AWGN каналом с таким же ОСШ. Главной характеристикой AWGN канала является то, что его частотный отклик является плоским или постоянным по всей полосе пропускания системы.

Однако в многоканальной системе связи символы модуляции, составляющие пакет данных, могут передаваться через множество частотных подканалов и/или множество пространственных подканалов. Обычно канал связи между передатчиком и приемником не является плоским, но напротив, обладает дисперсией или является частотно селективным, с различным ослаблением на различных подполосах полосы пропускания системы. Помимо этого для канала MIMO частотный отклик для каждого пространственного подканала может отличаться от такового для других пространственных подканалов. Таким образом, в зависимости от характеристик каналов передачи, используемых для передачи пакета, ОСШ в пакете может изменяться. Такая проблема пакета с "переменным ОСШ" усугубляется для более широкой полосы пропускания системы и для многолучевых каналов. Для многолучевых каналов скорость передачи данных, используемая для каждого потока данных, может выбираться с учетом многолучевой и частотно селективной природы канала связи.

Основная проблема для многоканальной системы связи заключается в определении максимальной скорости передачи данных, которая может быть использована для каждого потока данных, с тем чтобы достигнуть определенного уровня производительности, который может быть численно охарактеризован конкретным уровнем ошибок на пакет (PER), уровнем ошибок на кадр (FER), уровнем ошибок на блок (BLER), уровнем ошибок на бит (BER) или любым другим критерием, применимым для количественной оценки производительности. Например, требуемый уровень производительности может быть достигнут при поддержке PER в пределах небольшого окна в окрестности конкретного нормального значения (например, Р_е=1%).

В настоящем описании изложены способы управления скоростью передачи данных в многоканальной системе связи с многолучевым каналом. В одном из аспектов скорость передачи каждого потока данных определяют, основываясь на метрике, связанной с данным потоком данных. Такая метрика может быть выведена, основываясь на эквивалентной системе, моделирующей группу каналов передачи, используемых для данного потока данных, как описано более подробно ниже.

Фиг.1В представляет собой диаграмму, графически иллюстрирующую выбор скорости для многоканальной системы связи с многолучевым каналом, основываясь на эквивалентной системе. Для данного многолучевого канала, определяемого откликом h(k) канала и дисперсией шума N₀, теоретическая многоканальная система может быть способна поддерживать спектральную эффективность S_avg, используя схему модуляции M, причем M может быть различной для разных частотных подканалов. Как это используется в настоящем описании, спектральная эффективность представляет общую концепцию "производительности на размерность", причем размерность может быть частотной и/или пространственной. Спектральную эффективность обычно приводят в единицах биты на секунду на Герц (бит/сек/Гц). Как это используется в настоящем описании, теоретическая система представляет собой систему без потерь, и реальная система представляет собой систему с (1) потерями, связанными с реализацией, т.е. вследствие не идеальности аппаратных средств, и (2) потерями, связанными с кодированием, что является следствием того, что реальные коды не работают с максимальной производительностью. Упомянутая S_avg относится к средней спектральной эффективности теоретической системы с условиями канала h(k) и N₀. Средняя спектральная эффективность S_avg может быть определена, основываясь на функции ƒ(х)спектральной эффективности, где x определяет набор входных параметров для функции ƒ(•), как описано ниже.

Эквивалентная система с AWGN каналом способна поддерживать спектральную эффективность S_avg с ОСШ, составляющим ОСШ_equiv. Такая эквивалентная система также является теоретической системой. Эквивалентное ОСШ, ОСШ_equiv, может быть выведено для спектральной эффективности S_avg, используя схему модуляции M и исходя из функции g(x)=ƒ^-1(х), где ƒ^-1(х) является функцией, обратной ƒ(х).

Реальная многоканальная система с AWGN каналом способна поддерживать скорость передачи данных R, используя схему модуляции М и схему кодирования С для PER, составляющего P_e, при ОСШ, составляющем ОСШ_req. Указанная скорость R передачи данных приведена к бит/сек/Гц, что представляет собой единицу, используемую для спектральной эффективности. Требуемое ОСШ, ОСШ_req, может быть определено, основываясь на компьютерном моделировании, эмпирических измерениях, и может быть сохранено в таблице. Функция требуемого ОСШ в зависимости от скорости передачи данных зависит от конкретной схемы модуляции М и схемы кодирования С, выбранных для использования. Считают, что скорость передачи данных поддерживается реальной многоканальной системой с многолучевым каналом, если требуемое ОСШ для данной скорости передачи данных меньше, чем эквивалентное ОСШ. Для реальной системы требуемое ОСШ возрастает с возрастанием скорости передачи данных, тогда как эквивалентное ОСШ является примерно постоянным (за исключением изменений вследствие зависимости от схемы модуляции М) поскольку оно определяется условиями канала h(k) и N₀. Максимальная скорость передачи данных, которая может поддерживаться реальной многоканальной системой с многолучевым каналом, является ограниченной, таким образом, условиями канала.

Для ясности, управление скоростью сначала описано для системы с одним входом и одним выходом (SISO), затем расширено на систему с одним входом и множеством выходов (SIMO), и в заключение на систему MIMO. В нижеследующем описании системы SISO, SIMO и MIMO используют OFDM.

Система SISO

Для системы SISO-OFDM только один пространственный подканал и отклик канала является определенным при помощи {h(k)}, для k=0,1,...,(N_F-1). Для многолучевого канала с откликом канала {h(k)} и дисперсией шума N₀, эти параметры могут быть отображены на ОСШ(k) для каждого частотного подканала k. Если общая мощность передачи, P_total, для системы SISO-OFDM является фиксированной и выделение мощности передачи для N_F частотных подканалов является равномерным и фиксированным, тогда ОСШ каждого подканала k может быть выражено как:

(1)

Спектральная эффективность каждого частотного подканала k с ОСШ(k) можно оценить, основываясь на функции ƒ(х), которая может представлять собой функцию ограниченной или неограниченной спектральной эффективности. Абсолютная или неограниченная спектральная эффективность системы обычно дается как максимальная теоретическая скорость передачи данных, с которой может надежно вестись передача по каналу с данным откликом канала и дисперсией шума. Ограниченная спектральная эффективность системы дополнительно зависит от конкретной схемы модуляции или сигнального созвездия, используемых для передачи данных. Ограниченная спектральная эффективность (как следствие того факта, что символы модуляции привязаны к определенным точкам в сигнальном созвездии) меньше абсолютной спектральной эффективности (которая не ограничивается никаким сигнальным созвездием).

В одном из вариантов осуществления функция ƒ(х) может быть определена, основываясь на ограниченной функции ƒ_const(k), которая может быть выражена как:

(2)

где M_k относится к схеме модуляции M(k), т.е. схема модуляции M(k) соответствует созвездию (например, QAM), где каждая из точек в созвездии может быть идентифицирована при помощи M_k битов;

и являются точками в созвездии;

является комплексной гауссовской случайной переменной с нулевым средним и дисперсией 1/ОСШ(k); и

E[•] представляет собой операцию определения математического ожидания, выполняемую в отношении переменной β в уравнении (2).

Уравнение (2) показывает, что для каждого частотного подканала могут применяться различные схемы M(k) модуляции. Для простоты, одна схема M модуляции может использоваться для всех N_F частотных подканалов при скорости передачи данных R (т.е. M(k)=M для всех k).

Функция ƒ_const(k) ограниченной спектральной эффективности, приведенная в уравнении (2) может быть вычислена аналитически. Поэтому эта функция может быть вычислена численными методами для различных схем модуляции и значений ОСШ, и результаты могут быть сохранены в одной или нескольких таблицах. После этого функция ƒ_const(k) может оцениваться посредством обращения к соответствующей таблице с конкретной схемой модуляции и ОСШ.

В другом варианте осуществления функцию ƒ(х) определяют, основываясь на функции ƒ_unconst(k) спектральной эффективности Шеннона (или теоретической), которая может быть выражена как:

(3)

Как показано в уравнении (3), спектральная эффективность Шеннона не ограничена какой-либо схемой модуляции (т.е. M(k) не является параметром уравнения (3)).

Функция спектральной эффективности предоставляет спектральную эффективность системы, исходя из набора входных параметров. Такие функции спектральной эффективности относятся к функциям производительности канала, которые предоставляют (ограниченную или неограниченную) производительность канала. Спектральная эффективность (которая обычно приводится в единицах бит/сек/Гц) относится к производительности (которая обычно приводится в единицах бит/сек) и может рассматриваться как совпадающая с нормализованной производительностью.

Конкретный выбор функции для использования в качестве ƒ(х) может зависеть от различных факторов. Для обычной системы, использующей одну или несколько определенных схем модуляции, было установлено, что использование функции ƒ_const(k) ограниченной спектральной эффективности в качестве ƒ(х) дает точную оценку максимальной скорости передачи данных, поддерживаемой системой SISO-OFDM с многолучевым каналом.

В обычной системе связи может быть определен набор дискретных скоростей передачи данных, R={R(r), r=1,2,...,P}, и только эти скорости могут быть доступными для использования. Каждая скорость передачи данных R(r) в наборе R может быть связана с определенной схемой модуляции или сигнальным созвездием M(r) и определенной скоростью кодирования C(r). Каждая скорость передачи данных дополнительно требует ОСШ, равного ОСШ_req(r), или лучше, для достижения требуемого уровня PER, равного P_e. Указанный ОСШ_req(r) определяют для реальной системы SISO-OFDM с AWGN каналом.

Таким образом, каждая скорость R(r) передачи данных может быть связана с характеризующим ее набором параметров. Такие параметры могут включать в себя схему M(r) модуляции, скорость кодирования C(r) и требуемое ОСШ_req(r) следующим образом:

(4)

где r представляет собой индекс для скорости передачи данных, т.е. r=1,2,...,P, и P является полным количеством скоростей передачи данных, доступных для использования. Выражение (4) устанавливает, что скорость R(r) передачи данных может использоваться при передаче с применением схемы M(r) модуляции и скорости кодирования C(r) и дополнительно требует ОСШ_req(r) для достижения требуемого уровня PER, равного P_e.

Фиг.2 представляет собой блок-схему последовательности операций процесса 200 определения максимальной скорости передачи данных, поддерживаемой системой SISO-OFDM, основываясь на эквивалентной системе. Для данного варианта осуществления в качестве функции ƒ(х) для определения средней спектральной эффективности каналов передачи, применяемых для передачи данных, используют функцию ограниченной спектральной эффективности, описываемую уравнением (2). Поскольку скорость R(r) передачи данных может быть связана с различными схемами M(r) модуляции и поскольку функция ограниченной спектральной эффективности зависит от M(r), средняя спектральная эффективность канала передачи может быть различной для различных скоростей передачи данных. Эквивалентная система зависит от средней спектральной эффективности и, следовательно, определяется на Фиг.2 для каждой скорости передачи данных.

Сначала скорости передачи данных, поддерживаемые системой SISO-OFDM, могут быть упорядочены таким образом, что R(1)<R(2)<...<R(P). Затем выбирают наивысшую доступную скорость R(P) передачи данных (например, присваивая переменной r значение индекса для наивысшей скорости передачи данных, т.е. r=P)(этап 212). Затем (этап 214) определяют значение параметра, связанного с (1) каналами передачи, используемыми для передачи данных, например, отклик h(k) канала и дисперсию шума N₀, и с (2) выбранной скоростью R(r) передачи данных, например, схему M(r) модуляции. В зависимости от конструкции системы SISO-OFDM, каждая скорость передачи данных может быть связана с одной или несколькими схемами модуляции. Для простоты ниже предполагается, что с каждой скоростью передачи данных связана только одна схема модуляции.

Затем (этап 216) определяют среднюю спектральную эффективность S_avg каналов передачи. Это может быть выполнено при помощи определения ОСШ(k) каждого канала передачи, как показано выше в уравнении (1). Затем, используя функцию ограниченной спектральной эффективности, оценивают спектральную эффективность каждого канала передачи для ОСШ(k) и схемы M(r) модуляции, как показано в уравнении (2). Затем усредняют спектральные эффективности N_F частотных подканалов для получения средней спектральной эффективности S_avg, как показано ниже:

(5)

Фиг.3 является диаграммой, иллюстрирующей спектральную эффективность системы SISO-OFDM с многолучевым каналом. Для многолучевого канала с ОСШ, меняющимся по полосе пропускания системы, система SISO-OFDM связана с различными спектральными эффективностями для различных частотных подканалов, как показано на диаграмме 310. Спектральная эффективность всех N_F частотных подканалов, используемых для передачи данных, может быть усреднена для получения средней спектральной эффективности S_avg, которая показана диаграммой 312. Средняя спектральная эффективность, S_avg, может рассматриваться как спектральная эффективность каждого из N_F частотных подканалов в системе SISO-OFDM, если канал связи представляет собой AWGN канал вместо многолучевого канала. Таким образом, функции ограниченной или неограниченной спектральной эффективности могут быть использованы для отображения многолучевого канала в эквивалентный AWGN канал.

Вновь обращаясь к Фиг.2, далее (этап 218) определяют метрику Ψ, основываясь на эквивалентной системе. Эквивалентная система определяется как имеющая AWGN канал и среднюю спектральную эффективность S_equiv, которая совпадает со средней спектральной эффективностью системы SISO-OFDM с многолучевым каналом (т.е. S_equiv=S_avg). Затем может быть определено ОСШ, требуемое эквивалентной системой для поддержания скорости передачи данных S_equiv, основываясь на функции, обратной к используемой для определения S_avg, которая в данном случае представляет собой функцию ограниченной спектральной эффективности. Затем метрика Ψ может быть определена, как совпадающая с эквивалентным ОСШ:

(6)

где ƒ^-1(х) обозначает, функцию, обратную ƒ(х). Как метрика Ψ, так и эквивалентное ОСШ указывают на "хорошее качество" N_F частотных подканалов.

Функция ƒ(х) ограниченной спектральной эффективности принимает два аргумента, ОСШ(k) и M(r), и отображает их на значение спектральной эффективности. Обратная функция ƒ^-1(х) ограниченной спектральной эффективности принимает два аргумента, S_avg и M(r), и отображает их на значение ОСШ. Таким образом, функция g(S_avg, M(r)) определяет ОСШ, необходимое эквивалентной системе для поддержания спектральной эффективности, равной средней спектральной эффективности S_avg при условии использования созвездия M(r). Таким образом, метрика Ψ может быть определена оди