Подавление помех в беспроводной ретрансляционной сети

Подавление помех в беспроводной ретрансляционной сети

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в совокупности, к сетям связи, и в частности к беспроводным сетям, таким как многоузловые самоорганизующиеся, одноранговые и кооперативные ретрансляционные сети, в которых множество пользователей совместно используют общую коммуникационную среду, и целью изобретения является улучшение рабочих характеристик таких сетей.

Уровень техники

Протоколы для эффективного совместного использования беспроводной среды множеством пользователей обычно называют протоколами множественного доступа, схемами доступа к каналам или схемами доступа к среде. Для эффективного (и часто справедливого) совместного использования беспроводной среды с течением времени были разработаны различные схемы доступа к каналам, специально предназначенные для распределенных сетей, таких как многоузловые самоорганизующиеся/одноранговые сети.

Классические протоколы множественного доступа можно разделить на две основные категории - бесконфликтные протоколы и протоколы с разрешением конфликтов.

Бесконфликтные протоколы множественного доступа

Бесконфликтные протоколы, иногда называемые протоколами планируемого доступа к каналам, гарантируют, что передача, когда бы она ни совершалась, будет успешной, т.е. не подвергнется влиянию помех от других передач. Бесконфликтную передачу можно обеспечить посредством статического или динамического выделения канала пользователям. Эти методы часто называют фиксированным или динамическим планированием соответственно. Преимущество, обеспечиваемое точной координацией между станциями, состоит в предположительно высокой производительности, однако оно достигается за счет сложности и обмена иногда большими объемами управляющего трафика.

В работе [1] авторы Kleinrock и Sylvester предложили планировать и многократно пространственно использовать временные интервалы TDMA. Идея заключается в том, чтобы собирать группы (также именуемые векторами без столкновений, или кликами) линий связи, которые можно использовать одновременно, не вызывая при этом взаимных недопустимых помех. Можно определить количество таких групп, а затем циклически повторять их подобно кадрам TDMA. Эту схему обычно обозначают как STDMA (сокращение от Spatial TDMA).

Протоколы множественного доступа с разрешением конфликтов

Протоколы с разрешением конфликтов принципиально отличаются от бесконфликтных протоколов тем, что успешность передачи не гарантируется. Поэтому в таком протоколе должна быть предписана процедура разрешения конфликтов в случае их возникновения, чтобы в конечном итоге все сообщения были успешно переданы.

Классической проблемой в сетях пакетной передачи, или одноранговых сетях, является наличие так называемых "скрытых терминалов". Как показано на фиг.1, проблема скрытого терминала означает, что узел А, ведущий передачу в сторону В, не знает о другом узле С, ведущем передачу в сторону узла D (или, возможно, В), который создает помехи для передачи от узла А к узлу В. В результате в узле В, вероятно, возникнет коллизия, которая ухудшит рабочие характеристики во всех отношениях (пропускную способность, задержку и т.д.). Еще в середине 1970-х были предложены средства для решения этой проблемы, которые сейчас кратко называют "классическими решениями". Однако прежде всего следует отметить, что CSMA [1] не решает эту проблему, так как узлы С и А по определению не слышат передачи друг друга. Поэтому считается, что контроль несущей не подходит для сетей с пакетной передачей [3]. В наихудшем случае рабочие характеристики CSMA ухудшаются до уровня характеристик ALOHA [1].

Далее будут описаны различные, ориентированные на разрешение конфликтов методы решения проблемы скрытого терминала.

Множественный доступ с исключением столкновений (МАСА)

Метод, известный как МАСА (множественный доступ с исключением столкновений), предложенный Karn [4], основан на отправке сообщений "Запрос на отправку" (RTS) и "Готовность приема" (CTS), чтобы гарантировать, что соседи узла В будут информированы о том, кто будет вести передачу. Допустим, что узел А выдает сообщение RTS, а узел В отвечает сообщением CTS, при условии, что он получил RTS. Узел А принимает сообщение CTS и инициирует передачу данных. С другой стороны, узел С воздерживается от какой-либо передачи, когда он слышит сообщение CTS от узла В. Аналогично, узлы, находящиеся близко к узлу А, которые слышат сообщение RTS, будут воздерживаться от передачи, так как узел А ожидает сообщение CTS. Для уменьшения воздействия повторных столкновений сообщений RTS используется схема отсрочки передачи.

MACAW

В работе [5] авторы Bhargawan et al. усовершенствовали протокол МАСА и переименовали его в MACAW. Они ввели связующий уровень Acks, а также CSMA для сообщений RTS. Они также повысили уровень справедливости за счет использования схемы отсрочки передачи на основании пары "источник-адресат" вместо узла. Были также добавлены средства для контроля заторов. В настоящее время в IEEE 802.11 в одном из его рабочих режимов применяется очень похожая на RTS-CTS схема, именуемая DFWMAC.

Множественный доступ с сигналом занятости (ВТМА)

Довольно похожа на метод МАСА схема множественного доступа с сигналом занятости ВТМА [6]. Вместо отправки сообщения CTS узел В указывает, что он занят, передачей тонального сигнала на нескольких параллельных каналах (т.е. на другой частоте). Это можно сделать при условии, что узел В получил содержание своего адреса. Однако предложен также и другой, хотя и гораздо менее полезный альтернативный метод, который состоит в том, что все узлы, обнаружившие пакетную передачу, отправляют тональный сигнал занятости. Последняя альтернатива может вызывать сильную блокировку большой области. Поэтому практическое применение любой из этих схем очень ограничено и в основном только описывается в академической литературе.

Прочие классические протоколы множественного доступа

Еще один метод доступа к среде основан на множественном доступе с разделением каналов с прямой последовательностью, DS-CDMA. В принципе, возможны два подхода.

Например, снова обращаясь к фиг.1, можно применить механизм, нацеленный на гарантию того, что узлы А и С используют ортогональные коды и поэтому не создают помех друг другу.

Другой подход заключается в применении кодов расширения, направленных к приемнику. Последнее подразумевает, что узел С посылает свои данные в сторону узла D. Следует отметить, что при использовании ортогональных кодов имеющиеся ресурсы ширины полосы частот делятся отправителем.

Протокол множественного доступа с ориентацией на множество пользователей

В работе [7] описан протокол множественного доступа, в котором объединены STDMA и многопользовательское детектирование. Согласно этому методу передачи планируются во времени, пространстве, а также по мощности приема. Уровни мощности передачи выбираются таким образом, чтобы можно было одновременно принимать и декодировать множество передач посредством использования многопользовательского детектора. Преимущество этого метода состоит в повышении пропускной способности сети по сравнению с классическими схемами каналов.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение позволяет решить перечисленные выше и другие недостатки известных устройств.

В основу настоящего изобретения положена задача улучшения рабочих характеристик беспроводных ретрансляционных сетей, таких как многоузловые самоорганизующиеся, одноранговые, кооперативные ретрансляционные сети и репитерные сети, в которых множество пользователей одновременно используют общую коммуникационную среду.

В частности, желательно улучшить такие рабочие характеристики сетей, как пропускная способность и задержка.

Еще одной задачей изобретения является создание усовершенствованного способа и устройства для детектирования сигнальной информации в беспроводной ретрансляционной сети.

Эти и другие задачи решаются изобретением, которое охарактеризовано в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение основано на наблюдении, что большинство помех обусловлено пакетами, которые передаются многократно, по меньшей мере, по одной линии связи и обычно более чем по одной линии связи, особенно в беспроводных ретрансляционных сетях, таких как многоузловые самоорганизующиеся сети, кооперативные ретрансляционные сети и репитерные сети. Например, в многоузловых самоорганизующихся сетях информация может передаваться через множество скачков, или сегментов, между источником и адресатом. Хотя множество передач может быть обусловлено ретрансляцией, основной их причиной является то, что один и тот же пакет или информация передается от узла к узлу до тех пор, пока не будет достигнут адресат.

Согласно изобретению, которое нацелено на использование уже известной информации в процессе детектирования сигнала, сигнальную информацию, представляющую первый набор информации, включающий в себя по меньшей мере один блок данных, подлежащий передаче в совокупности более одного раза по меньшей мере по одной линии связи, сохраняют в качестве априори известной сигнальной информации. Это может быть ранее принятая и/или детектированная информация, собственная переданная информация (включая также отправленную) или другая релевантная сигнальная информация, имеющаяся в узле. Затем принимают сигнальную информацию, представляющую второй набор информации, причем передача одного или более блоков данных первого набора информации создает помехи для приема второго набора информации. Несмотря на эти помехи по меньшей мере часть второго набора информации можно все же успешно детектировать посредством использования принятой сигнальной информации и по меньшей мере части ранее сохраненной априори известной сигнальной информации. Информацию предпочтительно детектируют посредством подавления помех на основании принятой сигнальной информации и соответствующих частей априори известной сигнальной информации.

Например, сохраненная априори известная сигнальная информация может содержать собственную переданную информацию, ранее принятую и детектированную информацию, даже ранее услышанную информацию.

Во многих применениях первый набор информации включает в себя один или несколько блоков данных, подлежащих передаче, в совокупности более одного раза по более чем одной линии связи.

Целесообразно непрерывно обновлять набор априори известной сигнальной информации, предпочтительно посредством введения новой детектированной информации и удаления устаревшей информации.

Таким образом, изобретение добавляет новый параметр к проблеме доступа к каналам за счет нового механизма сохранения и использования априори известной сигнальной информации, что позволяет улучшить рабочие характеристики сети и эффективно решить классическую проблему скрытого терминала. Более конкретно, изобретение позволяет повысить пропускную способность и уменьшить задержку.

Детектирование можно осуществлять на каждом бите, или символе, или последовательности битов или символов для одного пользователя или для множества пользователей. Детектирование можно осуществлять на кодированной информации или на битах информации. Это означает, что детектированная информация может быть фактически демодулированной кодированной информацией и/или демодулированной и декодированной информацией.

Как отмечалось выше, изобретение, в совокупности, может применяться в беспроводных ретрансляционных сетях, таких как многоузловые самоорганизующиеся сети, кооперативные ретрансляционные сети и репитерные сети.

Понятно, что в изобретении можно использовать многие различные виды подавления помех, включая методы явного и неявного подавления помех. Например, процесс детектирования может включать в себя удаление априори известной сигнальной информации из принятой сигнальной информации для формирования остаточного сигнала и последующее декодирование остаточного сигнала. Альтернативно, информацию можно детектировать посредством совместной обработки априори известной сигнальной информации в виде ранее принятой основополосной сигнальной информации вместе с текущей принятой основополосной сигнальной информацией.

Процесс детектирования может быть также основан на информации планирования передачи, чтобы более точно коррелировать использование априори известной сигнальной информации с экземплярами передачи создающей помехи сигнальной информации.

Изобретение обеспечивает следующие преимущества:

- улучшает рабочие характеристики сети;

- повышает пропускную способность и уменьшает задержку;

- эффективно решает классическую проблему скрытого терминала;

- повышает вероятность успешного детектирования сигнала;

- позволяет использовать специально разработанные протоколы МАС (Управление доступом к среде), методы маршрутизации, схемы RRM (Управление радиоресурсом), которые могут дополнительно улучшить рабочие характеристики.

Другие преимущества, обеспечиваемые настоящим изобретением, станут очевидными после прочтения представленного ниже описания вариантов осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение, вместе с его задачами и преимуществами, станет более понятным из его описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых

фиг.1 иллюстрирует классическую проблему скрытого терминала;

фиг.2 изображает алгоритм, иллюстрирующий основные принципы изобретения согласно предпочтительному варианту;

фиг.3 изображает алгоритм, иллюстрирующий основные принципы изобретения, основанные конкретно на многопользовательском детектировании согласно предпочтительному варианту изобретения;

фиг.4 изображает структурную схему сетевого узла, содержащего устройство для подавления помех на основании априори известной сигнальной информации согласно предпочтительному варианту изобретения;

фиг.5 изображает диаграмму последовательности, иллюстрирующую примерный случай подавления помех, вызванных собственными отправленными данными;

фиг.6 изображает пример характеристик пропускной способности системы по фиг.5 в зависимости от отношения сигнал-шум при использовании предложенного метода подавления помех и без него;

фиг.7А-D изображают диаграммы последовательности, иллюстрирующие примерные случаи подавления помех, вызванных услышанными данными;

фиг.8 изображает диаграммы последовательности, иллюстрирующие подавление помех априори известной сигнальной информации в 2-узловом ретрансляционном канале для пяти примерных схем, включающие две сравнительные схемы;

фиг.9 изображает характеристики пропускной способности в зависимости от отношения сигнал-шум для пяти примерных схем, показанных на фиг.8;

фиг.10А-В изображают схемы, иллюстрирующие пример концепции кооперативной ретрансляции;

фиг.11 изображает диаграмму последовательности, иллюстрирующую подавление помех согласно одному варианту изобретения в случае кооперативной ретрансляции;

фиг.12А-В иллюстрируют схематически концепцию кооперативной ретрансляции с одновременным восходящим и нисходящим трафиком;

фиг.13 изображает диаграмму последовательности, иллюстрирующую подавление помех согласно одному варианту изобретения в случае кооперативной ретрансляции с одновременным восходящим и нисходящим трафиком;

фиг.14 изображает алгоритм, иллюстрирующий основные принципы изобретения, основанные, в частности, на совместной обработке согласно предпочтительному варианту изобретения, и

фиг.15 изображает алгоритм, иллюстрирующий основные принципы гибрида явного подавления помех с остаточным декодированием и сохранением остаточных основополосных сигналов в качестве априори известной сигнальной информации согласно предпочтительному варианту изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

На всех чертежах использованы одинаковые ссылочные обозначения для соответствующих или подобных элементов.

Как отмечалось выше, известные методы не являются оптимальными в отношении пропускной способности и задержки. Изобретение основано на наблюдении, что большую часть помех вызывают пакеты, которые многократно передаются по одной или более линиям связи, особенно в беспроводных ретрансляционных сетях, таких как многоузловые самоорганизующиеся сети, кооперативные ретрансляционные сети и репитерные сети.

Изобретение нацелено на использование уже имеющейся информации в процессе детектирования сигнала и предпочтительно основано на следующем:

- сохранении сигнальной информации, представляющей первый набор информации, включающий в себя по меньшей мере один блок данных, подлежащий передаче в совокупности более одного раза по меньшей мере по одной (часто более одной) линии связи, в качестве априори известной сигнальной информации;

- приеме сигнальной информации, представляющей второй набор информации, причем передача одного или более блоков данных первого набора информации создает помехи для приема второго набора информации, и

- детектировании по меньшей мере части второго набора информации посредством подавления помех на основании принятой сигнальной информации и по меньшей мере части ранее сохраненной априори известной сигнальной информации.

Каждый из первого и второго наборов информации может включать в себя один или более блоков данных, и возможными альтернативами детектирования являются однопользовательское детектирование и многопользовательское детектирование, которые можно выбрать в зависимости от конкретного применения и конструкции. Понятно, что в изобретении можно использовать множество различных видов подавления помех, включая методы как явного, так и неявного подавления помех.

Таким образом, посредством сохранения и использования априори известной сигнальной информации можно эффективно решить проблему скрытого терминала, что позволяет улучшить общие рабочие характеристики сети.

Согласно изобретению предложен приемник и/или модуль детектирования сигнала (декодер), в котором используются преимущества наличия множества передач. Это также позволяет создать специальные протоколы МАС (Управления доступом к среде), методы маршрутизации, схемы RRM (Управления радиоресурсом) и так далее для дальнейшего улучшения рабочих характеристик.

Хотя обычный принцип многопользовательского детектора является хорошим методом достижения максимальной пропускной способности, в нем не используются преимущества имеющейся информации.

Также следует отметить, что гибридные схемы ARQ (автоматического запроса повторения) позволяют воспользоваться ранее переданной информацией. Однако в гибридной схеме ARQ ранее переданная информация и затем повторно переданная информация передаются в разных временных интервалах в один и тот же узел по одной и той же линии связи, и эта схема используется только для обеспечения эффективного ARQ, а не в целях подавления помех.

Следует отметить, что хотя в дальнейшем описание будет сфокусировано на многоузловых самоорганизующихся сетях и так называемых кооперативных ретрансляционных сетях, изобретение может, в совокупности, найти применение в беспроводных ретрансляционных сетях, в которых одна и та же информация может многократно передаваться по множеству линий связи, включая также репитерные сети.

В дальнейшем будут описаны две основные примерные концепции. Первая будет сфокусирована на несколько более практичном подходе, в котором используются детектированные пакеты. Она будет служить в качестве введения и мотивации основной темы. Вторая концепция имеет более общий характер, и при необходимости она работает лучше, так как в ней сохраняется и используется больше информации, но при этом она и более сложная. Третий, гибридный вариант сочетает в себе простоту первой концепции и высокие рабочие характеристики второй концепции.

Примерная концепция 1

Как отмечалось выше, некоторая часть помех в многоузловой самоорганизующейся сети обусловлена ранее принятыми и переданными пакетами или просто услышанными пакетами от других осуществляющих связь узлов, которые передаются повторно. Так как эта информация, в некотором смысле, является априори известной сигнальной информацией, ее можно удалить из принятого сигнала, оставив для декодирования остаточный сигнал. Следовательно, благодаря возможности улучшения отношения сигнал-шум и помехи (SINR), можно улучшить рабочие характеристики системы. Эти улучшения рабочих характеристик включают в себя повышение пропускной способности, уменьшение задержки и/или повышение робастности при приеме.

Основные принципы согласно предпочтительному варианту изобретения проиллюстрированы в алгоритме на фиг.2 для детектора, использующего априори известные данные. На этапе S1 принимают сигнал и определяют наличие и объем априори известных данных, связанных с этой информацией. На этапе S2A выполняют детектирование сигнала на основании априори известной информации. Это можно реализовать посредством подавления (вычитания) помех, вызванных априори известными данными, из принятого сигнала для формирования избыточного сигнала, как будет подробно поясняться ниже. Следует отметить, что хотя данные обычно представлены пакетом, т.е. словом из нулей и единиц, типично из принятого сигнала вычитаются одна или более копий модулированных априори известных последовательностей данных. Однако можно предусмотреть несколько методов детектирования (которые будут описаны ниже). Затем остаточный сигнал декодируют и проверяют его достоверность, например, посредством CRC (контроля циклическим избыточным кодом). Если проверка прошла успешно, то новые декодированные или детектированные данные сохраняются вместе с ранее детектированными или декодированными последовательностями данных на этапе S3, чтобы непрерывно обновлять априори известную сигнальную информацию. Эту информацию можно предпочтительно сохранять для поддержания активного состояния в виде модулированных последовательностей (если используется описанный ниже метод подавления помех), но в случае ограниченного объема памяти и если скорость не является важной, информация сохраняется в виде чистой последовательности данных из единиц и нулей. На этапе S4 декодированные данные также передаются в следующую соответствующую функцию, которая обычно может быть более высоким уровнем. После отправки данных на более высокие уровни они могут быть либо маршрутизированы в другой узел, либо использованы приложением, находящимся в данном узле. Альтернативно, если используется передача уровня 1, например, с регенеративной функцией репитера, то декодированные данные могут быть отправлены в буфер на уровень 1, а затем переданы. В другом примере с передачей на уровне 1, в котором применяется нерегенеративная функция репитера, остаточный сигнал (т.е. после подавления помех априори известных последовательностей) можно отправить в буфер на уровне 1, а затем передать. Следует отметить, что в данном случае явное использование декодированных данных не имеет значения. Порядок, в котором данные сохраняются и передаются на следующий уровень, произвольный. И наконец, так как некоторые данные все больше отдаляются и поэтому не вызывают недопустимых помех в рассматриваемом приемнике или, в конечном итоге, достигают узла назначения и поэтому больше не отправляются, подавление воздействия этих данных не имеет смысла. Поэтому на этапе S5 эти данные можно удалить из списка априори детектированных последовательностей. Это удаление может быть, например, инициировано таймером (очень старые сообщения, вероятно, будут устаревшими и поэтому не гарантированными) или запускаться посредством явной сигнализации.

Приведенную выше схему можно адаптировать/распространить на случай многопользовательского детектирования, проиллюстрированный на фиг.3. Обычной формой детектора является многопользовательский детектор (МПД), который принимает множество пакетов одновременно и пытается определить конкретное количество сообщений, или как можно больше сообщений, из принятого сигнала. Согласно предпочтительному варианту, многопользовательское детектирование выполняется также с учетом априори известных или декодированных пакетов, как показано на этапе S2В. Затем этот набор детектированных или декодированных пакетов обновляется, чтобы включить в него новые детектированные или декодированные пакеты.

На фиг.4 показана структурная схема, иллюстрирующая сетевой узел, содержащий устройство для подавления помех на основании априори известной сигнальной информации согласно предпочтительному варианту изобретения. Сетевой узел 100 логически разделен на приемную часть и передающую часть и содержит, в основном, антенну, подсоединенную к обычной приемной цепи 10, детекторному блоку 30, запоминающему устройству 30 для априори известной сигнальной информации, блоку 40 информации планирования передачи, другим функциям 50 (более высокого уровня), блоку 60 управления обновлением, очереди 70 передачи, блоку 80 инкапсуляции, блоку 90 кодирования и модуляции и передающей цепи 95, подсоединенной к антенне.

Изобретение касается, в основном, конструкции приемника сетевого узла 100, и его основная новизна состоит в сохранении априори известной сигнальной информации в запоминающем устройстве 30 и использовании этой информации в процессе детектирования бит и/или последовательностей (демодуляции и/или декодировании), выполняемом детекторным блоком 20. Детекторный блок 20 может быть однопользовательским или многопользовательским детектором и детектировать сигнальную информацию посредством подавления помех на основании сигнальной информации от приемной цепи 10 и априори известной сигнальной информации из запоминающего устройства 30. Например, процесс детектирования может включать в себя удаление априори известной сигнальной информации из принятой сигнальной информации для формирования остаточного сигнала и последующего декодирования остаточного сигнала. Альтернативно, сигнальную информацию можно детектировать путем совместной обработки априори известной сигнальной информации в виде ранее принятой основополосной сигнальной информации вместе с текущей принятой основополосной сигнальной информацией. Процесс детектирования может быть также основан на информации планирования передачи из блока 40, как будет более подробно описано ниже.

После детектирования детектированные или декодированные данные обычно передаются в следующую функцию 50, которая может типично находиться на более высоком уровне. После передачи на более высокие уровни данные могут либо маршрутизироваться в другой узел, либо использоваться приложением в этом же узле. Когда данные должны передаваться в другой узел, они помещается в очередь 70 на передачу. Отсюда данные передаются в узел 80 инкапсуляции для инкапсуляции и адресации. Инкапсулированные данные затем модулируются и кодируются блоком 90 и окончательно передаются через передающую цепь 95 и антенну.

В данном конкретном примере узел выполнен с возможностью использования в многоузловой самоорганизующейся сети с пакетной передачей. Поэтому понятно, что в кооперативной ретрансляции и некоторых многоузловых воплощениях не обязательно должны использоваться заголовки пакетов. Существуют также кооперативные ретрансляционные схемы, которые основаны на нерегенеративной ретрансляции, что означает, что некоторые из описанных выше операций, например модуляция, могут отсутствовать.

Для лучшего понимания изобретения будет полезно проиллюстрировать некоторые примерные сценарии, в которых можно использовать изобретение. Сначала будет описана общая схема подавления помех собственных отправленных данных со ссылками на фиг.5 и 6, а затем подавление помех ранее услышанных данных со ссылками на фиг.7А-С.

Собственные отправленные/переданные данные

В целях иллюстрации предположим схему доступа к среде с временными интервалами. Как показано на фиг.5, изображающей схематически последовательности сообщений, в момент Т₁ данные, закодированные в сигнале S₁, отправляются из узла А в узел В, где они, предположительно, правильно декодируются. В момент Т₂ сигнал S₁ отправляется из узла В в узел С, где он снова предположительно правильно декодируется. В момент Т₃ отправляются два пакета данных, закодированных соответственно в сигналах S₁ и S₂. В известных методах на прием узлом В из узла А будут действовать помехи передачи из узла С. Однако в настоящем изобретение благодаря удалению влияния сигнала S₁ прием и детектирование S₂, будь то детектирование символов или последовательностей, будет корректным.

Если не использовать изобретение, то помехи в момент Т₃ могут быть значительными. Можно привести простейший, но показательный пример, рассмотрев пропускную способность канала Шеннона для пакетной передачи в момент Т₃ из узла А в узел В. При использовании изобретения узел В будет иметь отношение сигнал-шум SNR=P·G/N, где Р - мощность передачи, G - усиление на трассе от узла А к узлу В и N - мощность шума. Однако, если не использовать изобретение и если узел С ведет передачу с мощностью Р и усиление на трассе к узлу В также равно G, то действительное отношение сигнал-шум будет SNR_eff = SNR/(SNR+1).

На фиг.6 показан в виде графика предел пропускной способности Шеннона, чтобы проиллюстрировать пример пропускной способности с использованием предложенного метода подавления помех и без него. В реальных многоузловых самоорганизующихся системах это представляет серьезную проблему, и поэтому требуется увеличивать расстояние для повторного использования, чтобы не возникал такой эффект недопустимых помех. Это, в свою очередь, означает уменьшение пропускной способности.

Услышанные данные

В дополнение к примеру, показанному на фиг.5, на фиг.7А-D представлены некоторые примеры другого сценария, в которых используются услышанные данные в последующих подавлениях помех.

Более конкретно, как показано на фиг.7А, две последовательности данных, закодированные в сигналах S₁ и S₂, отправляются по двум разным, но соседним трассам. В момент Т₁ узел F слышит (и правильно декодирует) сигнал S₁, переданный по линии связи от узла А к узлу В. Сигнал S₁ сохраняется в узле F в качестве априори известной сигнальной информации. В момент Т₂ узел В передает S₁ по другому каналу связи в узел С и вызывает помехи в отношении узла F. Узел F принимает и декодирует сигнал S₂, отправленный из узла Е, посредством подавления создающей помехи передачи S₁, отправленной из узла В в узел С.

Улучшение характеристик трудно определить аналитически, однако исходные модели показали, что априори известные сигналы можно успешно подавлять, чтобы повысить общую пропускную способность. Однако эти характеристики типично зависят от планирования того, кто ведет прием, кто ведет передачу и что и когда передается. Для тривиального случая можно теоретически гарантировать и показать количественно, что изобретение повышает точность связи. При этом ожидается, что усиление в случае многоузловой самоорганизующейся сети будет намного выше, поскольку обычно подавляется более одного сообщения, и что последний услышанный или отправленный трафик обычно создает локальные недопустимые помехи.

На фиг.7В показан сценарий так называемого мультивещательного узла А, который в момент Т₁ передает сигнал S₁ в какой-то другой узел, обозначенный в данном случае как В. Этот сигнал слышит (и правильно декодирует) соседний узел F, который сохраняет сигнал S₁ в качестве априори известной сигнальной информации. В момент Т₂ узел А передает S₁ в еще один узел, обозначенный как С, и тем самым вызывает помехи в отношении узла F, когда он принимает сигнал S₂, отправленный из узла Е. Узел F правильно декодирует сигнал S₂,отправленный из узла Е, посредством подавления создающей помехи передачи S₁.

На фиг.7С показан еще один сценарий, в котором узел А отправляет сигнал S₁ по двум параллельным трассам к узлу D. В момент Т₁ узел А посылает S₁ в узлы В и С, и в момент Т₂ узлы В и С ретранслируют S₁ в узел D. В момент Т₁ сигнал S₁ слышит соседний узел F, который сохраняет сигнал S₁ в качестве априори известной сигнальной информации. В момент Т₂ узел F принимает и декодирует сигнал S₂, отправленный из узла Е, посредством подавления создающей помехи передачи S₁, отправленной из узлов В и С в узел D.

На фиг.7D показан примерный сценарий, в котором сигнал S₁ отправляется по той же линии связи между узлом А и узлом В в два различных момента времени Т₁ и Т₂. В момент Т₁ сигнал слышит (и правильно декодирует) соседний узел F, который сохраняет сигнал S₁ в качестве априори известной сигнальной информации. В момент Т₂ узел А снова передает S₁ в узел Ви тем самым создает помехи в отношении узла F, когда тот принимает сигнал S₂, отправленный из узла Е. Узел F правильно декодирует сигнал S₂, отправленный из узла Е, посредством подавления создающей помехи передачи S₁.

Трансляция: двунаправленный трафик

Трансляционный канал представляет собой классическую проблему в теории информатики [9]. В частности, в качестве объекта для анализа взят тривиальный сценарий с тремя узлами. Изобретение будет проиллюстрировано на примере ретрансляционного канала с тремя узлами, и более конкретно для двунаправленного трафика (обычно не рассматриваемого в связи с классическим ретрансляционным каналом) между двумя узлами, А и В, когда непосредственно между этими двумя узлами-источниками помещен узел С. На фиг.8 схематически показано подавление помех априори известной сигнальной информации в 2-узловом ретрансляционном канале для пяти примерных схем а-е, где в схемах а, b и е используется изобретение, а остальные случаи, с и d, представлены для сравнения. Следует отметить, что в схемах а, b и е с использованием изобретения узел С делит имеющуюся мощность передачи между информацией S₁ и S₂. Там, где необходимо, применяется многопользовательское детектирование. В случаях а и е обмен сигналами происходит в 2 фазах, в случаях b и с - в 3-х фазах и в случае d - в 4-х фазах. В данном примерном варианте изобретения узел А сохраняет собственный переданный сигнал S₁, а узел В сохраняет свой переданный сигнал S₂, или же они сохраняют подходящие представления этих сигналов. Это позволяет промежуточному ретрансляционному узлу С передавать одновременно (вместо раздельных передач) принятые сигналы S₁ и S₂ в узел А и узел В, так как узел А будет подавлять S₁, а узел В будет подавлять S₂ в одновременно передаваемых сигналах S₁ и S₂. Таким образом, узел А будет правильно декодировать S₂, а узел В будет правильно декодировать S₁. В случае а) вся процедура содержит всего две фазы с применением одновременной передаче в сторону промежуточного ретрансляционного узла и от него при многопользовательском детектировании в промежуточном ретрансляционном узле С и подавлении помех в узлах А и В.

При более тщательном рассмотрении можно увидеть, что использование подавления помех априори известной сигнальной информации представляет собой новое расширение ретрансляционного канала, никогда не использовавшееся ранее в теории информации.

В совокупности, таким образом, промежуточный ретрансляционный узел выполнен с возможностью одновременной передачи сигнальной информации, принятой из осуществляющих связь узлов, каждый из которых выполнен с возможностью детектирования сигнальной информации из другого узла посредством подавления помех с использованием собственной переданной сигнальной информации в качестве априори известной сигнальной информации.

Также следует отметить, что изобретение можно объединить с различными известными расширениями. Например, в схеме b узлы А и В могут сохранять и позже использовать принятую энерг