Обработка с последовательным подавлением помех посредством приемника с разнесением с автовыбором

Обработка с последовательным подавлением помех посредством приемника с разнесением с автовыбором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, относится к системам связи, а в частности к методикам для поддержки обработки с последовательным подавлением помех (SIC) посредством приемника с разнесением с автовыбором в системах связи со многими входами и многими выходами (MIMO).

Уровень техники

MIMO системы используют множество (N_T) передающих антенн и множество (N_R) принимающих антенн для передачи данных. MIMO канал, образованный N_T передающими антеннами и N_R принимающими антеннами может быть разложен на N_S независимых каналов, где Каждый из N_S независимых каналов соответствует размерности. MIMO система может обеспечить улучшенную производительность (например, увеличенную пропускную способность и/или большую надежность) при условии использования дополнительных размерностей, созданных множеством приемных и передающих антенн.

Для полнорангового MIMO канала с передатчик может обрабатывать (например, кодировать, перемежать и модулировать) N_T потоков данных для получения N_T символьных потоков, которые затем передаются N_T передающими антеннами. Переданные потоки символов могут испытывать на себе действие различных условий канала (например, различное замирание и эффекты многолучевого распространения) и могут иметь различные отношения сигнал/шум (SNR) в приемнике. Более того, из-за рассеяния в канале связи, переданные символьные потоки интерферируют между собой (создают помехи) в приемнике.

Приемник принимает N_T переданных символьных потока через N_R принимающих антенн. Приемник может использовать методику обработки с последовательным подавлением помех (SIC) для обработки N_R принятых символьных потоков от N_R принимающих антенн для восстановления N_T переданных символьных потоков. Приемник с поддержкой SIC обрабатывает принятые символьные потоки в N_T последовательных этапов для восстановления одного переданного символьного потока на каждом этапе. Для каждого этапа приемник с поддержкой SIC сначала выполняет пространственную или пространственно-временную обработку принятых символьных потоков для получения «детектированных» символьных потоков, которые являются оценкой переданных символьных потоков. Один из детектированных символьных потоков выбирается для восстановления. Затем приемник обрабатывает (например, демодулирует, осуществляет обратное перемежение и декодирует) этот детектированный символьный поток для получения декодированного потока данных, который является оценкой потока данных для восстановленного символьного потока.

Каждый «восстановленный» символьный поток (то есть, каждый детектированный символьный поток, который был обработан для восстановления переданного потока данных) связан с определенным отношением сигнал/шум после детектирования (post-detection SNR), которое является отношением сигнал/шум, достигнутым после пространственной или пространственно-временной обработки в приемнике. При SIC обработке отношение сигнал/шум после детектирования зависит от отношения сигнал/шум при приеме для этого потока и определенного этапа, на котором восстанавливается символьный поток. В общем случае, отношение сигнал/шум после детектирования постепенно улучшается для более поздних этапов, так как помеха (интерференция) от символьных потоков, восстановленных на более ранних этапах, подавляется (предполагается, что подавление помехи выполняется эффективно).

N_T передающих антенн связаны с N_T отношениями сигнал/шум после детектирования, достигнутыми N_T символьными потоками, отправленными от этих антенн. Эти N_T отношения сигнал/шум после детектирования получаются для определенного порядка восстановления N_T символьных потоков в приемнике. Можно видеть, что имеется N_T! возможных порядков восстановления N_T символьных потоков, и, таким образом, N_T! возможных наборов отношений сигнал/шум после детектирования, где «!» обозначает факториал. Приемник может оценить все N_T! возможных порядков и выбрать порядок, который обеспечивает лучший набор отношений сигнал/шум после детектирования.

Отношение сигнал/шум после детектирования для передающей антенны определяет ее пропускную способность. В зависимости от условий канала, отношение сигнал/шум после детектирования для заданной передающей антенны может быть настолько низким, что она не сможет поддерживать самую низкую скорость передачи данных для MIMO системы. В этом случае, может быть выгодным выключить эту передающую антенну и использовать только оставшиеся передающие антенны для передачи данных. Выключение передающей антенны, которая не может поддерживать самую низкую скорость передачи данных, устраняет символьный поток, который, в противном случае, интерферировал бы, создавая помеху, с другими символьными потоками. Это может также улучшить отношения сигнал/шум после детектирования для остальных символьных потоков.

Термин разнесение с автовыбором означает использование только тех передающих антенн, которые могут поддерживать, по меньшей мере, самую низкую скорость передачи данных, и выключение передающих антенн, которые не могут поддерживать самую низкую скорость передачи данных. Если каждая передающая антенна может быть включена или выключена независимо, то можно показать что имеется

возможных порядков для оценки. Например, если N_T = 4, то существует N_T! = 24 возможных порядка без разнесения с автовыбором, когда используются все N_T передающих антенны, и N_total = 64 возможных порядка при использовании разнесения с автовыбором, когда каждая передающая антенна может быть включена или выключена независимо. Это представляет собой большое увеличение в количестве порядков, которые приемнику может потребоваться оценить для разнесения с автовыбором.

Таким образом, в данной области техники, существует потребность в методике, поддерживающей SIC обработку посредством приемника с разнесением с автовыбором без необходимости оценки всех N_total возможных порядков.

Сущность изобретения

Представленные здесь методики поддерживают SIC обработку посредством приемника с разнесением с автовыбором, в которой оценивается по большей мере N_T! возможных порядков для определения (1) скоростей передачи данных, которые будут использоваться для N_T символьных потоков, отправляемых от N_T передающих антенн и (2) лучшего порядка для восстановления переданных символьных потоков. Каждый из по большей мере N_T! возможных порядков оценивается с использованием SIC обработки посредством приемника (как описано ниже) для получения N_T постдетекторных отношений сигнал/шум для N_T передающих антенн. Скорость передачи данных для каждой передающей антенны определяется на основе ее постдетекторного отношения сигнал/шум. Набор дискретных скоростей передачи данных может поддерживаться системой, и скорость передачи данных для каждой передающей антенны является одной из этих дискретных скоростей. Нулевая скорость передачи данных используется для каждой передающей антенны, имеющей постдетекторное отношение сигнал/шум, которое хуже, чем минимальное требуемое отношение сигнал/шум (например, отношение сигнал/шум, требуемое для самой низкой ненулевой скорости передачи данных, поддерживаемой системой). N_T скоростей передачи данных получаются для N_T передающих антенн для каждого порядка. Полная скорость передачи данных вычисляется для каждого порядка на основе этих N_T скоростей передач данных. Порядок с самой высокой полной скоростью передачи данных выбирается для использования. Передатчик обрабатывает до N_T символьных потоков на скоростях передачи данных для выбранного порядка и передает эти символьные потоки от N_T передающих антенн. Приемник восстанавливает переданные символьные потоки в соответствии с выбранным порядком.

В одном аспекте предложено устройство в системе связи со многими входами и многими выходами (MIMO), содержащее средство для оценки порядка для восстановления множества символьных потоков, переданных от множества передающих антенн, с использованием обработки с последовательным подавлением помех (SIC) посредством приемника, для получения множества постдетекторных отношений сигнал/шум (SNRs) для множества передающих антенн для порядка восстановления; средство для определения скорости передачи данных для каждой из множества передающих антенн на основе постдетекторного отношения сигнал/шум для передающей антенны, причем скорость передачи данных для каждой передающей антенны устанавливается равной нулю, если постдетекторное отношение сигнал/шум для передающей антенны хуже, чем минимальное требуемое отношение сигнал/шум, и при этом определяется множество скоростей передачи данных для множества передающих антенн для порядка восстановления; средство для вычисления полной скорости передачи данных для порядка восстановления на основе множества скоростей передачи данных для множества передающих антенн; средство для повторения оценки, определения и вычисления для каждого из множества порядков восстановления; и средство для выбора одного из множества порядков восстановления на основе полной скорости передачи данных для множества порядков восстановления, причем множество символьных потоков отправляется от множества передающих антенн на множестве скоростей передачи данных для выбранного порядка восстановления, и при этом множество символьных потоков восстанавливается в приемнике в соответствии с выбранным порядком восстановления.

Различные аспекты и реализации настоящего изобретения описаны ниже более подробно.

Краткое описание чертежей

Признаки, природа и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из детального описания, приведенного ниже, рассматриваемого совместно с чертежами, на которых ссылочные символы обозначают одинаковые элементы и на которых:

Фиг.1 показывает передающую систему и принимающую систему в MIMO системе;

Фиг.2 показывает процесс выполнения SIC обработки посредством приемника по N_R принятым символьным потокам для восстановления N_T переданных символьных потоков;

Фиг.3 показывает процесс определения скоростей передачи данных для передающих антенн и наилучшего порядка для приемника с поддержкой SIC с разнесением с автовыбором;

Фиг.4 показывает особую реализацию процесса по Фиг.3;

Фиг.5 показывает блок-схему подсистемы передатчика; и

Фиг.6 показывает блок-схему подсистемы приемника.

Подробное описание изобретения

Слово «примерный» используется здесь для обозначения словосочетания «служащий для примера или иллюстрации». Любая реализация или конструкция, описанная здесь как «примерная», не обязательно должна рассматриваться как предпочтительная или обладающая преимуществами над другими реализациями или конструкциями.

Описанные здесь методики для поддержки SIC обработки приемником с разнесением с автовыбором могут быть использованы в различных системах связи, таких как MIMO системы, MIMO системы с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (MIMO-OFDM системы), и так далее. Для простоты описания, эти методики будут описаны для MIMO системы. Для упрощения нижеследующее описание предполагает что (1) один поток данных передается от каждой передающей антенны и (2) каждый поток данных обрабатывается передатчиком независимо и может быть индивидуально восстановлен приемником.

На Фиг.1 представлена блок-схема передающей системы 110 и принимающей системы 150 в MIMO системе 100. Передающая система 110 и принимающая система 150 могут быть реализованы в точке доступа (например, базовой станции) или в пользовательском терминале в MIMO системе.

В передающей системе 110 процессор 120 данных передачи (TX) получает передаваемые данные от источника 112 данных для до N_T потоков данных. Каждый поток данных предназначен для передачи от соответствующей передающей антенны. TX процессор 120 данных форматирует, кодирует, перемежает и модулирует передаваемые данные для каждого потока данных для получения соответствующего потока модулированных символов (или символов данных). TX процессор 120 данных может затем мультиплексировать контрольные символы символами данных. TX процессор 120 данных передает N_T символьных потока передающим блокам (TMTR) 122a - 122t. Каждый символьный поток может содержать любую комбинацию контрольных символов и символов данных. Каждый передающий блок 122 обрабатывает свой символьный поток и обеспечивает модулированный сигнал, пригодный для передачи по беспроводному каналу связи. N_T модулированных сигнала от передающих блоков 122a - 122t передаются от N_T антенн 124a - 124t, соответственно.

В принимающей системе 150 переданные модулированные сигналы принимаются N_R антеннами 152a - 152r, и принятый сигнал от каждой антенны 152 передается соответствующему принимающему блоку (RCVR) 154. Каждый принимающий блок 154 предварительно обрабатывает и оцифровывает свой принятый сигнал и предоставляет поток восстановленных символов. Процессор 160 данных/пространственной обработки приема (RX) принимает N_R восстановленных символьных потоков от N_R принимающих блоков 154a-154t, обрабатывает эти принятые символьные потоки с использованием SIC обработки приемником и предоставляет N_T декодированных потока данных. Обработка RX процессором 160 данных/пространственной обработки подробно описана ниже. Кроме этого, RX процессор 160 данных/пространственной обработки оценивает отклик канала между N_T передающими антеннами и N_R принимающими антеннами, отношения сигнал/шум для принятого сигнала и/или отношения сигнал/шум после детектирования для символьных потоков и так далее (например, на основе принятых контрольных символов). RX процессор 160 данных/пространственной обработки может использовать оценку отклика канала для выполнения пространственной или пространственно-временной обработки, как описано ниже.

Контроллеры 130 и 170 управляют работой передающей системы 110 и принимающей системы 150, соответственно. Модули 132 и 172 памяти обеспечивают хранение кодов программ и данных, используемых контроллерами 130 и 170, соответственно.

В реализации, контроллер 170 получает оценки отклика канала и оценки отношения сигнал/шум от RX процессора 160 данных/пространственной обработки, определяет скорость передачи данных, которая будет использоваться каждой передающей антенной, и определенный порядок для восстановления символьных потоков и обеспечивает информацию обратной связи передающей системе 110. Информация обратной связи может содержать, например, скорости передачи данных для N_T передающих антенн. Информация обратной связи обрабатывается TX процессором 184 данных, предварительно обрабатывается передающими блоками 154a - 154r и передается назад передающей системе 110. В передающей системе 110 модулированные сигналы от принимающей системы 150 принимаются антеннами 124, предварительно обрабатываются принимающими блоками 122 и обрабатываются RX процессором 140 данных для восстановления информации обратной связи, отправленной принимающей системой 150. Контроллер 130 получает и использует восстановленную информацию обратной связи для (1) управления скоростью передачи данных для символьного потока, отправляемого каждой передающей антенной, (2) определяет схему кодирования и модуляции, которая будет использована для каждого из потоков данных и (3) генерирует различные управляющие элементы для TX процессора 120 данных.

В другой реализации контроллер 130 получает оценки отклика канала для MIMO канала и вариацию шума (например, минимальный уровень шума) в принимающей системе 150. Затем контроллер 130 определяет скорость передачи данных, которая будет использоваться каждой передающей антенной и предоставляет различные управляющие элементы для TX процессора 120 данных. Передающая система 110 может получить оценки отклика канала на основе контрольных символов, отправленных принимающей системой 150. Минимальный уровень шума приемника может быть оценен принимающей системой 150 и отправлен передающей системе 110 как информация обратной связи.

В общем случае скорости передачи данных для передающих антенн и порядок для восстановления символьных потоков могут быть определены передающей системой, принимающей системой или обеими системами. Для простоты изложения нижеследующее описание относиться к реализации, в которой скорости передачи данных и порядок определяются принимающей системой и передаются передающей системе.

Модель для MIMO системы может быть выражена следующим образом:

Ур.1

где есть вектор N_R принятых символов, то есть где есть символ, принятый принимающей антенной и

есть вектор N_T переданных символов, то есть где есть символ, принятый принимающей антенной и

есть матрица отклика канала размера для MIMO канала, с элементами для где комплексный коэффициент усиления между передающей антенной и принимающей антенной ;

есть аддитивный белый гауссов шум; и

«T» обозначает транспонирование.

Шум имеет вектор средних значений и ковариационную матрицу где есть вектор нулей, есть единичная матрица и есть вариация шума (которая также называется минимальным уровнем шума приемника). Для простоты MIMO канал считается равномерно затухающим узкополосным каналом. В этом случае элементы матрицы отклика канала скалярные, и сопряжение между каждой парой передающая-принимающая антенна может быть представлено единственной скалярной величиной. Методики, описанные здесь, могут быть также использованы для частотно-селективного канала, имеющего различные коэффициенты усиления канала на разных частотах.

Из-за рассеяния в канале связи N_T символьных потока, переданных от N_T передающих антенн, интерферируют между собой на приемнике. В частности, каждый переданный символьный поток принимается всеми N_R принимающими антеннами с различными амплитудами и фазами, как определяется комплексным коэффициентом усиления канала между передающей антенной для этого символьного потока и N_R принимающими антеннами. Каждый принятый символьный поток содержит компоненту от каждого из N_T переданных символьных потоков. N_R принятых символьных потоков должны совместно содержать все N_T переданных символьных потоков, и копии каждого из N_T переданных символьных потоков могут быть найдены в каждом из N_R принятых символьных потоков.

Методика SIC обработки приемником, также называемая методикой обработки с последовательным обнулением/компенсацией и подавлением помех, может обработать N_R принятых символьных потоков для получения N_T переданных символьных потоков. Методика SIC обработки приемником последовательно восстанавливает переданные символьные потоки в множестве этапов, один этап для каждого символьного потока. Каждый этап восстанавливает один переданный символьный поток. Когда каждый символьный поток восстанавливается, помеха, которую он вызывал для еще не восстановленных символьных потоков, оценивается и подавляется в принятых символьных потоках с получением «модифицированных» символьных потоков. Затем модифицированные символьные потоки обрабатываются на следующем этапе для восстановления следующего переданного символьного потока. Если символьные потоки могут быть восстановлены без ошибки (или с минимальными ошибками) и если оценки отклика канала достаточно точны, то помехи, вызванные восстановленными символьными потоками, могут быть эффективно подавлены. Таким образом, каждый из следующих восстановленных потоков испытывает влияние меньшей помехи и может достигнуть более высокого отношения сигнал/шум после детектирования, чем без подавления помехи.

Следующая терминология используется в нижеследующем описании:

«переданные» символьные потоки - символьные потоки, переданные от передающих антенн;

«принятые» символьные потоки - входные потоки для процессора пространственной или пространственно-временной обработки на первом этапе в SIC приемнике (см. Фиг.6);

«модифицированные» символьные потоки - входные потоки для процессора пространственной или пространственно-временной обработки на последующем этапе в SIC приемнике;

«детектированные» символьные потоки - выходные потоки от процессора пространственной или пространственно-временной обработки (до символьных потоков может быть детектировано на этапе ); и

«восстановленный» символьный поток - символьный поток, который был восстановлен приемником для получения декодированного потока данных (только один детектированный символьный поток восстанавливается на каждом этапе).

На Фиг.2 показана схема последовательности операций процесса 200 для выполнения SIC обработки приемником над N_R принятыми символьными потоками для восстановления N_T переданных символьных потоков. Сначала индекс для этапов в SIC приемнике устанавливается равным 1 (этап 212). Для первого этапа, SIC приемник выполняет пространственную или пространственно-временную обработку над N_R принятыми символьными потоками (как описано ниже) для выделения N_T переданных символьных потоков (этап 214). Для каждого этапа пространственная или пространственно-временная обработка обеспечивает детектированных символьных потоков, которые являются оценками еще не восстановленных переданных символьных потоков. Один из детектированных символьных потоков выбирается для восстановления (этап 216). Затем этот детектированный символьный поток обрабатывается (например, демодулируется, обратно перемежается и декодируется) для получения декодированного потока данных, который является оценкой потока данных для символьного потока, восстановленного на этом этапе (этап 218).

Затем определяется, были или нет, восстановлены все переданные символьные потоки (этап 220). Если ответ да то процесс 200 прекращается. В противном случае оценивается помеха, вызванная только что восстановленным символьным потоком (этап 222). Для получения оценки помехи, декодированный поток данных повторно кодируется, перемежается и повторно модулируется с помощью схем кодирования, перемежения и модуляции, используемых передатчиком для этого потока данных, для получения «повторно модулированного» символьного потока, который является оценкой для только что восстановленного переданного символьного потока. Затем повторно модулированный символьный поток обрабатывается с оценками отклика канала для получения N_R компонент помехи, которые являются оценкой помехи, оказываемой только что восстановленным символьным потоком на оставшиеся не восстановленными символьные потоки. Затем N_R компонент помехи извлекаются из N_R восстановленных символьных потоков для получения N_R модифицированных символьных потока (этап 224). Эти модифицированные символьные потоки представляют собой потоки, которые были бы получены, если только что восстановленный символьный поток не передавался (то есть, предполагал, что подавление помехи было выполнено эффективно). Затем обновляется индекс для следующего этапа (этап 226).

Затем этапы с 214 по 218 повторяются для N_R модифицированных символьных потоков, чтобы восстановить другой переданный символьный поток. Этапы с 214 по 218 повторяются для каждого переданного символьного потока, который необходимо восстановить. Этапы с 222 по 226 выполняются, если есть другой переданный символьный поток для восстановления. Для первого этапа входными символьными потоками являются N_R восстановленных символьных потоков. Для каждого последующего этапа входными символьными потоками являются N_R модифицированных символьных потоков от предшествующего этапа. Обработка на каждом этапе продолжается аналогичным образом.

Для SIC приемника имеется возможных порядков восстановления переданных символьных потоков. Это связано с тем, что любой из детектированных символьных потоков может быть восстановлен на первом этапе, любой из детектированных символьных потоков может быть восстановлен на втором этапе и так далее, и только один детектированный символьный поток имеется для восстановления на последнем этапе. SIC приемник может оценить каждый из возможных порядков и выбирать самый лучший порядок для использования. В нижеследующем описании индекс используется для порядков, где Для каждого порядка порядок в котором восстанавливаются передающих антенн, представлен как где для обозначает передающую антенну, восстанавливаемую на этапе для порядка

Для SIC приемника входные символьные потоки для этапа для порядка могут быть выражены как:

Ур.2

где есть вектор N_R модифицированных символов для этапа порядка , то есть

где есть модифицированный символ для принимающей антенны на этапе порядка ;

есть вектор переданных символов для этапа порядка , то есть

где есть символ, отправленный от передающей антенны ; и

есть редуцированная матрица отклика канала для этапа порядка .

Уравнение (2) предполагает, что символьные потоки, восстановленные на предшествующих этапах подавлены. Таким образом, размерность матрицы отклика канала последовательно сокращается на один столбец для каждого этапа, когда переданный символьный поток восстановлен и подавлен. Для этапа редуцированная матрица отклика канала получается удалением столбцов в исходной матрице соответствующей ранее восстановленным символьным потокам, то есть где есть вектор размера для отклика канала между передающей антенной и принимающими антеннами. Для этапа предварительно восстановленным символьным потокам даны индексы еще не восстановленным символьным потокам даны индексы Уравнение (2) может быть переписано как:

Ур.3

Для этапа каждый из переданных символьных потоков, которые еще не были восстановлены, может быть «изолирован» или «детектирован» с помощью фильтрации модифицированных символьных потоков с помощью согласованного фильтра для этого символьного потока. Согласованный фильтр для символьного потока, отправленного передающей антенной для имеет нормированный на единицу вектор коэффициентов фильтра. Чтобы минимизировать влияние помех от других еще не восстановленных символьных потоков на символьный поток, отправленный от передающей антенны вектор задается ортогональным к векторам отклика канала для этих еще не восстановленных символьных потоков, то есть для Для этапа переданные символьные потоки от других передающих антенн для уже восстановлены на предшествующих этапах и подавлены в модифицированных символьных потоках Таким образом, вектор не должен быть ортогональным к для

Вектор согласованного фильтра может быть выведен на основании различных методик пространственной и пространственно-временной обработки. Методики пространственной обработки включают в себя методику обращения в нуль незначащих коэффициентов (которая также называется методикой обращения корреляционной матрицы канала(CCMI)) и методику минимальной среднеквадратической погрешности (MMSE). Методики пространственно-временной обработки включают в себя коррекцию с решающей обратной связью (DFE), MMSE линейную коррекцию (MMSE-LE) и оценку последовательности с максимальным правдоподобием (MLSE).

В реализации отклик согласованного фильтра выведен с линейной коррекцией с обращением в нуль незначащих коэффициентов, которая выполняет пространственную обработку, проецируя принятые символьные потоки на свободное от помех подпространство, для получения детектированных символьных потоков. Линейная ZF коррекция для этапа имеет матрицу отклика размера которая может быть выведена, основываясь на редуцированной матрице отклика канала следующим образом:

Ур.4

Так как различна для каждого этапа, также различна для каждого этапа. Отклик согласованного фильтра для символьного потока, отправленного передающей антенной является столбцом соответствующим передающей антенне

Этап SIC приемника может выводить детектированных символьных потоков следующим образом:

Ур.5

где представляет собой детектированный символьный поток от передающей антенны Как показано в правой части уравнения (5) детектированные символьные потоки содержат переданные символьные потоки плюс отфильтрованный шум который в общем коррелирует с ковариационной матрицей

На этапе для порядка символьный поток, отправленный передающей антенной