Пилот-сигналы для коммуникационной системы с множеством входов и множеством выходов (mimo)

Пилот-сигналы для коммуникационной системы с множеством входов и множеством выходов (mimo)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[1001] Настоящая заявка на патент притязает на приоритет по предварительной заявке на патент США 60/421,309, озаглавленной "MIMO WLAN System", поданной 25 октября 2002 года, №60/421,462, озаглавленной "Channel Calibration for a Time Division Duplexed Communication System", поданной 25 октября 2002 года, №60/421,428, озаглавленной "Channel estimation and spatial processing for TDD MIMO systems", поданной 25 октября 2002 года, №60/438,601, озаглавленной "Pilots for MIMO communication systems", поданной 7 января 2003 года, права на которые принадлежат правообладателю настоящих заявок на патент и которые включены в настоящее описание во всей своей полноте в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

[1002] Настоящее изобретение относится, в общем случае, к обмену данными и, более точно, к пилот-сигналам, подходящим для использования в коммуникационных системах с множественным входом и множественным выходом.

Уровень техники

[1003] MIMO-система использует для передачи данных несколько (N_T) передающих антенн и несколько (N_R) приемных. MIMO канал, сформированный N_T передающими и N_R приемными антеннами, может быть разложен на N_S независимых каналов, называемых собственными модами, где N_S≤min{N_T, N_R}. Каждый из N_S независимых каналов соответствует размерности. Система MIMO может обеспечить улучшенную производительность (т.е. увеличенную емкость при передаче и/или повышенную надежность) при использовании дополнительных размерностей, образованных множеством передающих и приемных антенн.

[1004] В беспроводной коммуникационной системе данные, предназначенные для передачи, сначала используют для модуляции радиочастотной (РЧ) несущей, для генерации РЧ модулированного сигнала, который лучше подходит для передачи по беспроводному каналу. В случае MIMO системы могут генерироваться и одновременно передаваться через N_T передающих антенн до N_T РЧ модулированных сигналов. Переданные РЧ модулированные сигналы могут достигать N_R приемных антенн по нескольким путям распространения в беспроводном канале. Характеристики путей распространения, как правило, изменяются в течение времени благодаря нескольким факторам, таким как, например, замирание, многолучевое распространение и внешние помехи. Следовательно, передаваемые модулированные РЧ сигналы могут испытывать воздействия различных состояний канала (например, различных эффектов замирания и многолучевого распространения) и могут быть связаны с различными комплексными усилениями и отношениями сигнал/шум (ОСШ).

[1005] Для достижения высокой производительности часто бывает необходимым характеризовать отклик беспроводного канала. Например, отклик канала может быть необходим в передатчике для выполнения пространственной обработки (описанной ниже) данных, передаваемых в приемник. Отклик канала также может быть необходим в приемнике для выполнения пространственной обработки принятых сигналов для восстановления переданных данных.

[1006] Во многих беспроводных коммуникационных системах пилот-сигнал передается передатчиком для оказания содействия приемнику для выполнения некоторых функций. Пилот-сигнал, как правило, генерируют, основываясь на известных символах, и обрабатывают известным способом. Пилот-сигнал может быть использован в приемнике для оценки канала, получения таймирования и частоты, демодуляции данных и т.д.

[1007] При разработке MIMO пилот-сигнала приходится сталкиваться с различными проблемами. С одной стороны, поскольку передача пилот-сигнала представляет служебную информацию в MIMO системе, желательно минимизировать передачу пилот-сигнала насколько это возможно. Помимо этого, если MIMO система представляет собой систему с множественным доступом, которая поддерживает связь с множеством пользователей, то структура пилот-сигнала должна быть разработана таким образом, что пилот-сигналы, необходимые для поддержки множества пользователей, не занимают значительную часть доступных ресурсов системы.

[1008] Таким образом, в данной области техники существует потребность в пилот-сигналах для MIMO систем, которые удовлетворяют вышеизложенным требованиям.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[1009] В настоящем описании предлагаются пилот-сигналы, подходящие для использования в MIMO системах. Указанные пилот-сигналы реализованы с возможностью поддержки различных функций, которые могут быть необходимыми для надлежащей работы системы, например получение таймирования и частоты, оценка канала, калибровка и т.д. Пилот-сигналы могут рассматриваться как принадлежащие различным типам, разработанным и используемым для различных функций.

[1010] Различные типы пилот-сигналов могут включать в себя: пилот-сигнал маяка, MIMO пилот-сигнал, направленный опорный сигнал или направленный пилот-сигнал и пилот-сигнал несущей. Пилот-сигнал маяка передается через все передающие антенны и может быть использован для получения таймирования и частоты. MIMO пилот-сигнал также передается через все передающие антенны, но его покрывают различными ортогональными кодами, назначенными передающим антеннам. MIMO пилот-сигнал может использоваться для оценки канала. Направленный опорный сигнал передают на определенных собственных модах MIMO канала, и он является специфическим для каждого пользовательского терминала. Направленный опорный сигнал может быть использован для оценки канала и, возможно, для управления скоростью. Пилот-сигнал несущей может передаваться по определенным назначенным поддиапазонам/антеннам и может быть использован для отслеживания фазы сигнала несущей.

[1011] Основываясь на различных комбинациях указанных типов пилот-сигналов, могут быть определены различные схемы передачи пилот-сигнала. Например, в случае нисходящей линии точка доступа может передавать пилот-сигнал маяка, MIMO пилот-сигнал и пилот-сигнал несущей для всех пользовательских терминалов в ее области покрытия и необязательно может передавать направленный опорный сигнал любому активному пользовательскому терминалу, который принимает передачу по нисходящей линии от данной точки доступа. В случае восходящей линии, пользовательский терминал может передавать MIMO пилот-сигнал для калибровки и может передавать направленный опорный сигнал и пилот-сигнал несущей, если он запланирован (например, для передачи данных по нисходящей линии и/или восходящей линии).

[1012] Различные аспекты варианта осуществления настоящего изобретения более подробно описаны ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[1013] Отличительные особенности и сущность настоящего изобретения станут более понятными из подробного описания, приводимого ниже, при рассмотрении совместно с чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы.

[1014] На Фиг.1 показана MIMO система со множественным доступом.

[1015] На Фиг.2 показана иллюстративная структура кадра для передачи данных в TDD MIMO-OFDM системе.

[1016] На Фиг.3 показаны передачи пилот-сигнала по нисходящей линии и восходящей линии для иллюстративной схемы передачи пилот-сигнала.

[1017] На Фиг.4 показана блок-схема точки доступа и пользовательского терминала.

[1018] На Фиг.5 показана блок-схема TX пространственного процессора, выполненного с возможностью генерации пилот-сигнала маяка.

[1019] На Фиг.6А показана блок-схема TX пространственного процессора, выполненного с возможностью генерации MIMO пилот-сигнала.

[1020] На Фиг.6В показана блок-схема RX пространственного процессора, выполненного с возможностью предоставления оценки отклика канала, основываясь на принятом MIMO пилот-сигнале.

[1021] На Фиг.7А показана блок-схема TX пространственного процессора, выполненного с возможностью генерации направленного опорного пилот-сигнала.

[1022] На Фиг.7В показана блок-схема RX пространственного процессора, выполненного с возможностью предоставления оценки отклика канала, основываясь на принятом направленном опорном сигнале.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[1023] Слово "иллюстративный" используется в настоящем описании как означающее "служащий в качестве примера, иллюстрации". Любой вариант осуществления, изложенный в настоящем описании как "иллюстративный", не следует с необходимостью рассматривать как предпочтительный или преимущественный перед другими вариантами осуществления.

[1024] На Фиг.1 показана MIMO система 100 с множественным доступом, которая поддерживает множество пользователей и выполнена с возможностью реализации пилот-сигналов, рассматриваемых в настоящем описании. MIMO система 100 включает в себя множество точек 110 доступа (AP), которые поддерживают связь с множеством пользовательских терминалов 120 (UT). Для простоты, на Фиг.1 показаны только две точки доступа 110а и 110b. Точка доступа, в общем случае, представляет собой неподвижную станцию, которая используется для связи с пользовательскими терминалами. Точка доступа также может называться базовой станцией или каким-либо другим термином.

[1025] Пользовательские терминалы 120 могут быть распределены по системе. Каждый пользовательский терминал может представлять собой неподвижный или мобильный терминал, который может обмениваться данными с точкой доступа. Пользовательский терминал также может называться терминалом доступа, мобильной станцией, удаленной станцией, устройством пользователя (UE), беспроводным устройством или каким-либо другим термином. Каждый пользовательский терминал может обмениваться данными с одной или, возможно, множеством точек доступа по нисходящей линии и/или восходящей линии в любой данный момент времени. Нисходящая линия (т.е. прямая линия) относится к передаче от точки доступа в пользовательский терминал, а восходящая линия (т.е. обратная линия) относится к передаче от пользовательского терминала в точку доступа. Как используется в настоящем описании, "активный" пользовательский терминал представляет собой терминал, принимающий передачу по нисходящей линии от точки доступа и/или ведущий передачу по восходящей линии в точку доступа.

[1026] На Фиг.1 точка 110а доступа обменивается данными с пользовательскими терминалами 120a-120f, а точка 110b доступа обменивается данными с пользовательскими терминалами 120f-120k. Назначение пользовательских терминалов точкам доступа, как правило, основывается на силе принимаемого сигнала, а не на расстоянии. В любой данный момент времени пользовательский терминал может принимать передачу по нисходящей линии от одной или множества точек доступа. Контроллер 130 системы соединен с точками 110 доступа и может быть реализован с возможностью выполнения нескольких функций, таких как (1) координация и управление подсоединенными к нему точками доступа, (2) маршрутизация данных между этими точками доступа и (3) доступ в систему и управление обменом данными с пользовательскими терминалами, обслуживаемыми этими точками доступа.

I. Пилот-сигналы

[1027] В настоящем описании предлагаются пилот-сигналы, подходящие для использования в MIMO системах, например, такой как показана на Фиг.1. Эти пилот-сигналы могут поддерживать различные функции, которые могут быть необходимыми для надлежащей работы системы, например получение таймирования и частоты, оценка канала, калибровка и т.д. Пилот-сигналы могут рассматриваться как принадлежащие различным типам, разработанным и используемым для различных целей. В таблице I перечислены четыре типа пилот-сигналов и их краткие описания для иллюстративного варианта осуществления пилот-сигнала. Также может быть определено меньшее количество типов пилот-сигналов, другие типы пилот-сигналов и/или дополнительные типы пилот-сигналов, и это находится в пределах объема настоящего изобретения.

Таблица 1Типы пилот-сигналов
Тип пилот-сигнала	Описание
пилот-сигнал маяка	пилот-сигнал, передаваемый через все передающие антенны и используемый для получения данных о таймировании и частоте
MIMO пилот-сигнал	пилот-сигнал, передаваемый через все передающие антенны с различными ортогональными кодами и используемый для оценки канала
направленный опорный сигнал	пилот-сигнал, передаваемый через определенные собственные моды MIMO канала для определенного пользовательского терминала и используемый для оценки канала и, возможно, управления скоростью
пилот-сигнал несущей	пилот-сигнал, используемый для отслеживания фазы несущей

Направленный опорный сигнал и направленный пилот-сигнал являются синонимами.

[1028] Основываясь на различных комбинациях указанных типов пилот-сигналов, могут быть определены различные схемы передачи пилот-сигнала. Например, в случае нисходящей линии точка доступа может передавать пилот-сигнал маяка, MIMO пилот-сигнал и пилот-сигнал несущей для всех пользовательских терминалов в ее области покрытия и необязательно может передавать направленный опорный сигнал любому активному пользовательскому терминалу, который принимает передачу по нисходящей линии от данной точки доступа. В случае восходящей линии пользовательский терминал может передавать MIMO пилот-сигнал для калибровки и может передавать направленный опорный сигнал и пилот-сигнал несущей, если он запланирован (например, для передачи данных по нисходящей линии и/или восходящей линии). Обработка при передаче и приеме этих различных типов пилот-сигнала более подробно описана ниже.

[1029] Пилот-сигналы, рассматриваемые в настоящем описании, могут использоваться в различных типах MIMO систем. Например, пилот-сигналы могут быть использованы в (1) в MIMO системах с одной несущей, (2) в MIMO системах с множеством несущих, которые используют мультиплексирование с ортогональным делением частот (OFDM), или какой-либо другой способ модуляции с множеством несущих, (3) в MIMO системах, в которых реализованы способы множественного доступа, такие как множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA), множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) и множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), (4) в MIMO системах, в которых для передачи данных реализовано мультиплексирование с частотным разделением (FDM), мультиплексирование с временным разделением (TDM) и/или мультиплексирование с кодовым разделением, (5) в MIMO системах, в которых для каналов нисходящей линии и восходящей линии реализована дуплексная связь с временным разделением (TDD), дуплексная связь с частотным разделением (FDD) и/или дуплексная связь с кодовым разделением (CDD), и (6) другим типом MIMO систем. Для простоты пилот-сигналы описаны ниже сначала для MIMO системы, реализующей OFDM (т.е. MIMO-OFDM системы), а затем для TDD MIMO-OFDM системы.

[1030] OFDM эффективно разделяет всю полосу частот системы на несколько (N_F) ортогональных поддиапазонов, которые также называются тонами, частотными бинами или частотными подканалами. В случае OFDM каждый поддиапазон связан с соответствующей поднесущей, которая может быть модулирована данными. В случае MIMO-OFDM системы каждый поддиапазон может быть связан с несколькими собственными модами, и каждая собственная мода каждого поддиапазона может рассматриваться в качестве независимого канала передачи.

[1031] Для простоты ниже описана конкретная структура пилот-сигнала для иллюстративной MIMO-OFDM системы. В этой MIMO-OFDM системе полоса частот системы разделена на 64 ортогональных поддиапазона (т.е. N_F=64), которым назначены индексы от -32 до +31. Из этих 64 поддиапазонов 48 поддиапазонов (например, с индексами ±{1, ..., 6, 8, ..., 20, 22, ..., 26}) могут использоваться для передачи данных, 4 поддиапазона (например, с индексами ±{7, 21}) могут быть использованы для пилот-сигнала несущей и, возможно, для сигнализации, поддиапазон DC (с индексом 0) не используется, и оставшиеся поддиапазоны также не используются и служат в качестве охранных поддиапазонов. Таким образом, из 64 поддиапазонов 52 "используемых" поддиапазонов включают в себя 48 поддиапазонов данных и 4 поддиапазона пилот-сигнала, а оставшиеся 12 поддиапазонов не используются. Такая структура поддиапазонов OFDM более подробно описана в вышеупомянутой предварительной заявке на патент США №60/421,309. Для MIMO-OFDM системы также может быть реализовано различное количество поддиапазонов и другие структуры поддиапазонов OFDM, и это находится в пределах объема настоящего изобретения.

[1032] В случае OFDM, данные, предназначенные для передачи в каждом используемом поддиапазоне, сначала модулируют (т.е. выполняют отображение символов), используя конкретную схему модуляции (например, BPSK, QPSK или M-QAM), выбранную для использования в этом поддиапазоне. В каждом используемом поддиапазоне в каждый период символа может передаваться один символ модуляции. Каждый символ модуляции представляет собой комплексное значение для определенной точки в сигнальном созвездии, соответствующем выбранной схеме модуляции. В неиспользуемых поддиапазонах могут передаваться сигналы с нулевым значением. Для каждого периода символа OFDM символы модуляции для используемых поддиапазонов и нулевые значения сигналов для неиспользуемых поддиапазонов (т.е. символы модуляции и нули для всех N_F поддиапазонов) преобразуют во временной домен, используя обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT) для получения преобразованного символа, который содержит N_F выборок временного домена. Для противодействия межсимвольной интерференции (ISI) часть каждого преобразованного символа обычно повторяют (что также называется добавлением циклического префикса) для формирования соответствующего OFDM символа, который затем передают по беспроводному каналу. Период OFDM символа, который часто называют в настоящем описании периодом символа, соответствует длительности одного OFDM символа.

1. Пилот-сигнал маяка

[1033] Пилот-сигнал маяка включает в себя определенный набор пилотных символов, который передают через каждую из N_T передающих антенн. Тот же самый набор пилотных символов передают в течение N_B периодов символов, назначенных для передачи пилот-сигнала маяка. В общем случае N_B может представлять собой любое целое число, большее или равное единице.

[1034] В одном из иллюстративных вариантов осуществления набор пилотных символов для пилот-сигнала маяка представляет собой набор из 12 символов модуляции BPSK, который называется OFDM символом "B". 12 символов модуляции BPSK для OFDM символа B приведены в таблице 2. По оставшимся 52 неиспользуемым поддиапазонам передают сигналы с нулевым значением.

[1035]

Таблица 2Пилотные символы
Индекс поддиапазона	Пилот-сигнал маяка b(k)	MIMO пилот-сигнал p(k)	Индекс поддиапазона	Пилот-сигнал маяка b(k)	MIMO пилот-сигнал p(k)	Индекс поддиапазона	Пилот-сигнал маяка b(k)	MIMO пилот-сигнал p(k)	Индекс поддиапазона	Пилот-сигнал маяка b(k)	MIMO пилот-сигнал p(k)
	0	0	-13	0	1-j	1	0	1-j	15	0	1+j
-26	0	-1-j	-12	-1-j	1-j	2	0	-1-j	16	1+j	-1+j
-25	0	-1+j	-11	0	-1-j	3	0	-1-j	17	0	-1+j
-24	1+j	-1+j	-10	0	-1-j	4	-1-j	-1-j	18	0	1-j
-23	0	-1+j	-9	0	1-j	5	0	-1+j	19	0	1+j
-22	0	1-j	-8	-1-j	-1-j	6	0	1+j	20	1+j	-1+j
-21	0	1-j	-7	0	1+j	7	0	-1-j	21	0	1+j
-20	-1-j	1+j	-6	0	-1+j	8	-1-j	-1+j	22	0	-1+j
-19	0	-1-j	-5	0	-1-j	9	0	-1-j	23	0	1+j
-18	0	-1+j	-4	1+j	-1+j	10	0	-1-j	24	1+j	-1+j
-17	0	1+j	-3	0	-1+j	11	0	1+j	25	0	1-j
-16	1+j	-1+j	-2	0	1-j	12	1+j	1-j	26	0	-1-j
-15	0	1-j	-1	0	-1+j	13	0	-1+j		0	0
-14	0	1+j	0	0	0	14	0	-1-j

[1036] Для иллюстративного варианта осуществления и, как показано в таблице 2, для пилот-сигнала маяка символ модуляции BPSK (1+j) передают в поддиапазонах -24, -16, -4, 12, 16, 20 и 24, и символ модуляции BPSK -(1+j) передают в поддиапазонах -20, -12, -8, 4 и 8. В оставшихся 52 поддиапазонах для пилот-сигнала маяка передают сигналы с нулевым значением.

[1037] OFDM символ B реализован для облегчения получения таймирования и частоты системы пользовательскими терминалами. Для иллюстративного варианта осуществления OFDM символа В, описанного выше, используются только 12 из 62 поддиапазонов, и эти поддиапазоны разделяются четырьмя поддиапазонами. Такое разделение четырьмя поддиапазонами дает возможность пользовательскому терминалу иметь начальную ошибку по частоте до двух поддиапазонов. Пилот-сигнал маяка дает возможность пользовательскому терминалу выполнить коррекцию его первоначальной грубой ошибки по частоте и коррекцию своей частоты таким образом, что дрейф фазы за время пилот сигнала маяка является небольшим (например, менее чем 45 градусов за время пилот-сигнала маяка при скорости оцифровки 20 МГц). Если продолжительность пилот-сигнала маяка составляет 8 мксек, то 45 градусов (или менее) дрейфа фазы за 8 мксек составляют 360 градусов за 64 мксек, что составляет приблизительно 16 кГц.

[1038] Ошибка по частоте 16 кГц, как правило, является слишком большой для работы. Дополнительная коррекция по частоте может быть получена при использовании MIMO пилот-сигнала и пилот-сигнала несущей. Эти пилот-сигналы имеют достаточную длительность для коррекции частоты пользовательского терминала с требуемой точностью (например, 250 Гц). Например, если TDD кадр составляет 2 мсек (как описано ниже), и если частота пользовательского терминала получена с точностью 250 Гц, то в течение одного TDD кадра сдвиг фазы составляет менее половины периода. Разность фаз пилот-сигнала маяка от одного TDD кадра к другому TDD кадру может быть использована для привязки частоты пользовательского терминала к тактовому генератору точки доступа, тем самым эффективно уменьшая ошибку по частоте до нуля.

[1039] В общем случае, набор пилотных символов, используемых для пилот-сигнала маяка может быть получен, используя любую схему модуляции. Таким образом, для пилот-сигнала маяка также могут быть использованы другие OFDM символы, полученные с использованием BPSK или какой-либо другой схемы модуляции, и это находится в пределах объема настоящего изобретения.

[1040] В иллюстративном варианте осуществления для передачи пилот-сигнала маяка доступны четыре передающие антенны. В таблице 3 перечислены OFDM символы, предназначенные для передачи через каждую из четырех передающих антенн для передачи пилот-сигнала маяка, которая длится два периода символов.

Таблица 3Пилот-сигнал маяка
Период символа	Антенна 1	Антенна 2	Антенна 3	Антенна 4
1	В	В	В	В
2	В	В	В	В

2. MIMO пилот-сигнал

[1041] MIMO пилот-сигнал включает в себя определенный набор пилотных символов, который передают через каждую из N_T передающих антенн. Для каждой передающей антенны один и тот же набор пилотных символов передают в течение N_P периодов символов, предназначенных для передачи MIMO пилот-сигнала. Однако набор пилотных символов для каждой передающей антенны "покрывают" уникальной ортогональной последовательностью или кодом, назначенным для этой антенны. Покрытие представляет собой процесс, посредством которого данный пилотный символ или символ данных (или набор из L пилотных символов/символов данных, имеющих одинаковое значение), предназначенный для передачи, умножают на L элементарных сигналов или L-сигнальную ортогональную последовательность для получения L-покрытых символов, которые затем передаются. Снятие покрытия представляет собой комплементарный процесс, при котором принятые символы умножают на L элементарных сигналов той же самой L-сигнальной ортогональной последовательности для получения символов со снятым L-покрытием, которое затем суммируются для получения оценки переданных пилотных символов или символов данных. Посредством покрытия достигается ортогональность между N_T передачами пилот-сигнала от N_T передающих антенн, что позволяет приемнику различать отдельные передающие антенны, как описано ниже. Как описано ниже, длительность передачи MIMO пилот-сигнала может зависеть от его использования. В общем случае, N_P может представлять собой любое целое число, большее или равное единице.

[1042] Для N_T передающих антенн могут быть использованы один набор или разные наборы пилотных символов. В иллюстративном варианте осуществления один набор пилотных символов используется для всех N_T передающих антенн для MIMO пилот-сигнала, и этот набор включает в себя 52 символа модуляции QPSK для 52 используемых поддиапазона, что называется OFDM символом "P". 52 символа модуляции QPSK для OFDM символа P приведены в таблице 2. В оставшихся 12 неиспользуемых поддиапазонах передают сигналы с нулевым значением.

[1043] 52 символа модуляции QPSK формируют уникальное "слово", которое предназначено для облегчения оценки канала пользовательскими терминалами. Это уникальное слово выбрано таким образом, что имеет минимальную вариацию отношения пиковое значение/среднее значение для сигнала, генерируемого, основываясь на этих 52 символах модуляции.

[1044] Хорошо известно, что OFDM, в общем случае, связано с более высокой вариацией отношения пиковое значение/среднее значение, чем некоторые другие способы модуляции (например, CDMA). В результате, для предотвращения амплитудного ограничения в схеме (например, усилителя мощности) в передающей цепи OFDM символы, как правило, передают при пониженном уровне мощности, т.е. с запасом по отношению к пиковому уровню мощности передачи. Запас используется для учета вариации в сигнале для этих OFDM символов. При минимизации вариации отношения пиковое значение/среднее значение в сигнале для OFDM символа P MIMO пилот-сигнал может передаваться при более высоком уровне мощности (т.е. для MIMO пилот-сигнала может применяться меньший запас по мощности). Более высокая мощность передачи для MIMO пилот-сигнала приводит к улучшенному качеству принятого сигнала для MIMO пилот-сигнала в приемнике. Меньшая вариация отношения пиковое значение/среднее значение также может уменьшить величину искажений и нелинейностей, генерируемых схемой в приемных и передающих цепях. Вышеперечисленные различные факторы могут давать в результате улучшенную точность при оценке канала, полученной, основываясь на MIMO пилот-сигнале.

[1045] OFDM символ с минимальной вариацией отношения пиковое значение/среднее значение может быть получен различными способами. Например, может быть выполнен случайный поиск, при котором большое количество наборов пилотных символов формируют случайным образом и оценивают для того, чтобы обнаружить набор, который имеет минимальную вариацию отношения пиковое значение/среднее значение. OFDM символ P, приведенный в таблице 2, представляет иллюстративный OFDM символ, который может быть использован для MIMO пилот-сигнала. В общем случае, набор пилотных символов, используемый для MIMO пилот-сигнала, может быть получен, используя любую схему модуляции. Таким образом, для MIMO пилот-сигнала также могут быть использованы различные другие OFDM символы, полученные с использованием QPSK или какой-либо другой схемы модуляции, и это находится в пределах объема настоящего изобретения.

[1046] Для покрытия OFDM символов P, передаваемых через N_T передающих антенн, могут быть использованы различные ортогональные коды. Примеры таких ортогональных кодов включают в себя коды Уолша и ортогональные коды с изменяемым фактором расширения (OVSF). Для покрытия OFDM символов Р также могут быть использованы псевдоортогональные коды и квазиортогональные коды. Примером псевдоортогонального кода является М последовательность, хорошо известная в данной области техники. Примером квазиортогонального кода является квазиортогональная функция (QOF), определяемая в IS-2000. В общем случае, для покрытия могут быть использованы различные коды, некоторые из которых упомянуты выше. Для простоты, термин "ортогональный код" используется в настоящем описании для общего обозначения любого типа кода, подходящего для использования при покрытии пилотных символов. Длина (L) ортогонального кода выбирается так, чтобы она была больше или равна количеству передающих антенн (например, L ≥ N_T), и для использования доступны L ортогональных кодов. Каждой передающей антенне назначают уникальный ортогональный код. N_P OFDM символов P предназначены для передачи в N_P периодах символов через каждую передающую антенну, покрывают ортогональным кодом, назначенным для этой передающей антенны.

[1047] В одном из вариантов осуществления доступны четыре передающие антенны и назначены последовательности Уолша с 4-мя элементарными сигналами W₁=1111, W₂=1010, W₃=1100 и W₄=1001 для MIMO пилот-сигнала. Для данной последовательности значение "1" указывает, что передается OFDM символ P, и значение "0" указывает, что передается OFDM символ -P. Для OFDM символа -P каждый из 52 символов модуляции QPSK в OFDM символе P является инвертированным (т.е. умноженным на -1). Результат покрытия для каждой передающей антенны представляет собой последовательность покрытых OFDM символов P для этой передающей антенны. Покрытие в сущности выполняется отдельно для каждого из поддиапазонов для генерации последовательности покрытых пилотных символов для этого поддиапазона. Последовательность покрытых пилотных символов для всех поддиапазонов формирует последовательность покрытых OFDM символов P.

[1048] В таблице 4 перечислены OFDM символы, предназначенные для передачи через каждую из четырех передающих антенн для передачи MIMO пилот-сигнала, которая имеет продолжительность 4 периода символов.

Таблица 4MIMO пилот-сигнал
Период символа	Антенна 1	Антенна 2	Антенна 3	Антенна 4
1	+Р	+Р	+Р	+Р
2	+Р	-Р	+Р	-Р
3	+Р	+Р	-Р	-Р
4	+Р	-Р	-Р	+Р

Для этого набора из последовательности Уолша с 4-мя элементарными сигналами передача MIMO пилот-сигнала может производиться в течение целого, кратного четырем периодам символов, для того, чтобы гарантировать ортогональность между четырьмя передачами пилот-сигнала через четыре передающие антенны. Последовательность Уолша повторяют для передачи MIMO пилот-сигнала, которая по длине превышает длину последовательности Уолша.

[1049] Беспроводной канал для MIMO-OFDM системы может характеризоваться набором матриц отклика канала, для индекса поддиапазона k∈K, где K={1 ... 26} для иллюстративной структуры поддиапазонов, изложенной выше. Матрица для каждого поддиапазона включает в себя N_TN_R значений, , для i∈{1 ... N_R} и j∈{1 ... N_T}, где представляет усиление канала между j-й передающей антенной и i-й приемной антенной.

[1050] MIMO пилот-сигнал может быть использован в приемнике для оценки отклика беспроводного канала. В частности, для восстановления пилот-сигнала, отправленного через передающую антенну j и принятого приемной антенной i, принятые OFDM символы в антенне i сначала умножают на последовательность Уолша, назначенную передающей антенне j. OFDM символы "со снятым покрытием" для всех N_P периодов символов для MIMO пилот-сигнала затем суммируются, причем суммирование может выполняться отдельно для каждого из 52 используемых поддиапазонов. Суммирование также может выполняться во временном домене для принятых OFDM символов (после удаления циклического префикса в каждом OFDM символе). Суммирование выполняют способом "выборка-к-выборке" для множества принятых OFDM символов, где выборки для каждого OFDM символа соответствуют различным поддиапазонам, если суммирование выполняют после FFT, и различным временным индексам, если суммирование выполняют до FFT. Результатом суммирования является , для k∈K, которые являются оценками отклика канала от передающей антенны j до приемной антенны i для 52 используемых поддиапазонов. Такая же обработка может быть выполнена для оценки отклика канала от каждой передающей антенны до каждой приемной антенны. Обработка пилот-сигнала дает N_TN_R комплексных значений для каждого поддиапазона, где комплексные значения являются элементами матрицы для оценки отклика канала для этого поддиапазона.

[1051] Обработка пилот-сигнала, описанная выше, может выполняться в точке доступа для получения оценки отклика канала для восходящей линии и также может выполняться в пользовательском терминале для получения оценки отклика канала для нисходящей линии.

3. Направленный опорный сигнал или направленный пилот-сигнал

[1052] Для MIMO-OFDM системы матрица отклика канала может быть "диагонализирована" для получения N_S собственных мод для этого поддиапазона, где N_S≤ min{N_T, N_R}. Это может быть достигнуто либо путем выполнения разложения по сингулярным значениям матрицы отклика канала, либо разложение по собственным значениям корреляционной матрицы для , которая представляет собой Для простоты в нижеследующем описании используется разложение по сингулярным значениям.

[1053] Разложение по сингулярным значениям матрицы отклика канала может быть выражено как:

где представляет собой (N_R×N_R) унитарную матрицу левых собственных векторов для ;

представляет собой (N_R×N_T) диагональную матрицу сингулярных значений для ;

представляет собой (N_T×N_T) унитарную матрицу правых собственных векторов для ; и

"^H" представляет собой транспонирование с комплексным сопряжением.

Унитарная матрица характеризуется свойством , где представляет собой единичную матрицу.

[1054] Разложение по сингулярным значениям описано более подробно у Gilbert Strang в книге, озаглавленной "Linear Algebra and Its Applications", второе издание, Academic Press, 1980 г. Собственная мода обычно относится к теоретической конструкции. MIMO канал также можно рассматривать как включающий в себя N_S пространственных каналов, которые могут быть использованы для передачи данных/пилот-сигнала. Каждый пространственный канал может соответствовать или может не соответствовать собственной моде в зависимости от того, была успешной или нет пространственная обработка в передатчике при диагонализации MIMO канала. Например, потоки данных передаются по пространственным каналам (а не по собственным модам) MIMO канала, если передатчик не имеет информации о MIMO канале, либо имеет неточную его оценку. Для