Структура пилот-сигнала для улучшенной оценки канала и помех

Структура пилот-сигнала для улучшенной оценки канала и помех

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США № 60/883756, озаглавленной “Структура пилот-сигнала для улучшенной упрощенной оценки канала и помех с помощью специализированных пилот-сигналов”, поданной 5 января 2007 г., переданной правообладателю настоящего изобретения и которая включена в настоящее описание посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее раскрытие, в общем, относится к связи и более конкретно к структуре пилот-сигнала для беспроводной системы связи.

Уровень техники

Беспроводные системы связи множественного доступа могут поддерживать множество пользователей с помощью совместного использования имеющихся радиоресурсов. Примеры таких систем множественного доступа включают в себя системы множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), системы множественного доступа с временным разделением (TDMA), системы множественного доступа с частотным разделением (FDMA), системы с ортогональным FDMA (OFDMA) и системы FDMA с одной несущей (SC-FDMA).

Беспроводная система множественного доступа может поддерживать передачи с множественными входами и множественными выходами (MIMO) в прямой и/или обратной линии связи. В обратной линии связи (или восходящей линии связи) один или более терминалов могут отправлять передачи из множества (NT) передающих антенн в терминале (терминалах) во множество (NR) принимающих антенн в базовой станции. Канал MIMO, сформированный с помощью NT передающих антенн и NR принимающих антенн, может быть разбит на NC пространственных каналов, где NC≤min{NT, NR}. Улучшенная эффективность (например, более высокая пропускная способность и/или большая надежность) может быть достигнута с использованием пространственных каналов, сформированных с помощью множества антенн передачи и приема.

Для передачи MIMO в обратной линии связи беспроводный канал между каждым терминалом и базовой станцией обычно оценивают и используют, чтобы восстанавливать передачу данных, отправленную с помощью терминала через беспроводный канал. Оценку канала обычно выполняют с помощью отправки пилот-сигнала из каждого терминала и измерения пилот-сигнала в базовой станции. Пилот-сигнал составлен из символов, которые известны априори как терминалу, так и базовой станции. Таким образом, базовая станция может оценивать отклик канала для каждого терминала на основании пилот-символов, принятых из этого терминала, и известных пилот-символов. Поскольку передача пилот-сигнала представляет собой служебные сигналы, желательно минимизировать передачу пилот-сигнала до возможной степени. Однако передача пилот-сигнала должна быть такой, чтобы базовая станция могла получать хорошую оценку канала для каждого терминала.

Вследствие этого в данной области техники имеется потребность в способах передачи пилот-сигнал таким образом, чтобы могла быть получена хорошая оценка канала.

Раскрытие изобретения

В настоящей заявке описаны способы передачи пилот-сигнала и обработки принятого пилот-сигнала, чтобы получать оценки канала и помех. Передатчик (например, терминал) может формировать пилот-символы для первого кластера в частотно-временном блоке (или мозаичном элементе) на основании первой последовательности и может формировать пилот-символы для второго кластера в частотно-временном блоке на основании второй последовательности. Передатчик дополнительно может формировать пилот-символы для третьего кластера в частотно-временном блоке на основании первой последовательности или третьей последовательности и может формировать пилот-символы для четвертого кластера в частотно-временном блоке на основании второй последовательности или четвертой последовательности. Каждый кластер может охватывать группу пилот-символов, типично смежных друг другу в частотно-временном блоке. Первая, вторая, третья и четвертая последовательности могут включать в себя общие элементы, расположенные в разных порядках, и могут быть рассмотрены как разные варианты одной последовательности. Например, элементы во второй последовательности могут быть в обратном порядке (или обращенными) относительно элементов в первой последовательности. Передатчик может передавать пилот-символы в их соответственных кластерах в частотно-временном блоке.

Множество передатчиков могут совместно использовать частотно-временной блок, и им могут быть назначены разные последовательности, которые являются ортогональными друг к другу для каждого кластера в частотно-временном блоке. Каждый передатчик может формировать пилот-символы для каждого кластера на основании последовательности, назначенной этому передатчику для этого кластера.

Приемник (например, базовая станция) может получать принятые пилот-символы из множества кластеров в частотно-временном блоке. Приемник может формировать множество базисных векторов для передатчика, причем каждый базисный вектор формируется с помощью множества вариантов последовательности, назначенной этому передатчику. Базисный вектор является вектором элементов, используемых для обработки принятых символов. Множество вариантов последовательности могут соответствовать различным порядкам элементов в последовательности и могут быть рассмотрены как разные последовательности. Приемник может дополнительно формировать множество базисных векторов на основе конкретной модели канала, например, модели канала с линейно изменяющейся временной составляющей и линейно изменяющейся частотной составляющей. Приемник может обрабатывать принятые пилот-символы с помощью базисных векторов для получения оценки канала для передатчика. Приемник может повторять ту же самую обработку (например, формирование базисных векторов и обработку принятых пилот-символов с помощью базисных векторов) для каждого передатчика, совместно использующего частотно-временной блок. Приемник также может получать оценку шума и помех на основании принятых пилот-символов и, по меньшей мере, одного базового вектора, не использованного для оценки канала.

Различные аспекты и признаки раскрытия описаны более подробно ниже.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает блок-схему двух терминалов и базовой станции.

Фиг.2 изображает структуру мозаичного элемента.

Фиг.3А-3D изображают структуры четырех шаблонов пилот-сигнала.

Фиг.4 иллюстрирует разные варианты объединения для четырех кластеров пилот-сигнала.

Фиг.5А-5D изображают использование множества вариантов последовательности шифрования, чтобы получать симметричные пилот-символы для четырех шаблонов пилот-сигнала, изображенных на Фиг. 3А-3D.

Фиг. 6 изображает процесс, выполняемый с помощью передатчика, чтобы передавать пилот-сигнал.

Фиг. 7 изображает устройство, предназначенное для передачи пилот-сигнала.

Фиг. 8 изображает процесс, выполняемый с помощью приемника, чтобы обрабатывать принятый пилот-сигнал.

Фиг. 7 изображает устройство, предназначенное для обработки принятого пилот-сигнала.

Осуществление изобретения

Способы, описанные в настоящей заявке, могут быть использованы для различных систем связи, которые поддерживают передачу MIMO и используют мультиплексирование с частотным разделением (FDM). Например, эти способы могут быть использованы для систем, которые используют ортогональное FDM, FDM с одной несущей (SC-FDM) и т.д. OFDM и SC-FDM разделяют полосу частот системы на множество (К) ортогональных поднесущих, которые также упоминаются как тоны, элементы кодированного сигнала и т.д. Каждая поднесущая может быть модулирована с помощью данных. В общем, символы модуляции посылают в частотной области с помощью OFDM, а во временной области с помощью SC-FDM. Эти способы также могут быть использованы для передач в обратной линии связи (или восходящей линии связи), а также прямой линии связи (или нисходящей линии связи). Для пояснения способы описаны ниже для передач в обратной линии связи.

Фиг.1 изображает блок-схему конфигурации из двух терминалов 110х и 110y и базовой станции 150 в беспроводной системе связи. Терминал также может быть упомянут как пользовательское оборудование (UE), подвижная станция, терминал доступа, абонентское устройство, станция и т.д. Терминал может быть сотовым телефоном, персональным цифровым ассистентом (PDA), беспроводным устройством связи, карманным устройством, беспроводным модемом, портативным переносным компьютером, беспроводным телефоном и т.д. Базовая станция также может быть упомянута как узел В, расширенный узел В (eNodeB), точка доступа и т.д. На Фиг. 1 терминал 110х оснащен одной антенной, терминал 110y оснащен множеством антенн, а базовая станция 150 оснащена множеством антенн. Каждая антенна может быть физической антенной или антенной решеткой. Для простоты Фиг. 1 изображает только устройства обработки для передачи данных в обратной линии связи и передачи сигнализации в прямой линии связи.

В каждом терминале 110 процессор 120 данных передачи (TX) и пилот-сигнала может принимать данные трафика из источника 112 данных, обрабатывать (например, форматировать, кодировать, выполнять перемежение и преобразование символов) данные трафика и формировать символы данных. Процессор 120 также может формировать и мультиплексировать пилот-символы с символами данных. Как использовано в настоящем описании, символ данных является символом для данных, пилот-символ является символом для пилот-сигнала и символ обычно является комплексной величиной. Символы данных и пилот-символы могут быть символами модуляции из схемы модуляции, такой как PSK или QAM. Пилот-сигнал представляет собой данные, которые известны априори как терминалам, так и базовой станции.

В терминале 110y процессор 122y MIMO TX может выполнять пространственную обработку передатчика относительно символов данных и пилот-символов на основе прямого преобразования MIMO, предварительного кодирования, формирования луча и т.д. Символ данных может быть передан из одной антенны для прямого преобразования MIMO или из множества антенн для предварительного кодирования и формирования луча. Процессор 122y может подавать NY потоков выходных символов в NY модуляторов (MOD) с 130а по 130ny. В терминале 110х процессор 120х может подавать один выходной поток символов в модулятор 130х. Каждый модулятор 130 может выполнять модуляцию (например, для OFDM, SC-FDM и т.д.) относительно выходных символов, чтобы получать выходные элементарные посылки. Каждый модулятор 130 может дополнительно обрабатывать (например, преобразовывать в аналоговый вид, фильтровать, усиливать и преобразовывать с повышением частоты) свои выходные элементарные посылки, чтобы формировать сигнал обратной линии связи. В терминале 110х один сигнал обратной линии связи из модулятора 130х может быть передан из антенны 132х. В терминале 110y NY сигналов обратной линии связи из модуляторов 130а-130ny могут быть переданы через NY антенн 132а-132ny, соответственно.

В базовой станции 150 NR антенн 152а-150nr могут принимать сигналы обратной линии связи из терминалов 110х-110y и, возможно, из других терминалов. Каждая антенна 152 может подавать принятый сигнал в соответственный демодулятор (DEMOD) 154. Каждый демодулятор 154 может обрабатывать (например, фильтровать, усиливать, преобразовывать с понижением частоты и преобразовывать в цифровой вид) свой принятый сигнал, чтобы получать выборки, и может дополнительно выполнять демодуляцию (например, для OFDM, SC-FDM и т.д.) относительно выборок, чтобы получать принятые символы. Каждый демодулятор 154 может подавать принятые символы данных в процессор 162 канала. Процессор 162 канала может оценивать отклик беспроводного канала из каждого терминала 110 в базовую станцию 150, а также шум и помехи на основании принятых пилот-символов. Пространственный процессор 160 RX может выполнять детектирование MIMO относительно принятых символов данных с помощью оценок канала и оценок шума и помех из процессора 162 канала, чтобы получать оценки символов данных. Процессор 170 данных RX может обрабатывать (например, отменять перемежение и декодировать) оценки символов данных и подавать декодированные данные в приемник 172 данных.

Базовая станция 150 может посылать данные трафика и сигнализацию (например, назначения частотно-временных ресурсов) в терминалы. Сигнализация может быть обработана с помощью процессора 174 сигнализации ТХ и дополнительно обработана с помощью модуляторов 154а-154nr, чтобы формировать NR сигналов прямой линии связи, которые могут быть переданы через NR антенн 152а-152nr. В каждом терминале 110 сигналы прямой линии связи из базовой станции 150 могут быть приняты с помощью одной или более антенн 132, обработаны с помощью одного или более демодуляторов 130 и дополнительно обработаны с помощью процессора 134 сигнализации RX, чтобы восстановить сигнализацию, отправленную с помощью базовой станции 150.

Контроллеры/процессоры 140х, 140y и 180 могут управлять работой различных устройств обработки в терминалах 110х и 110y и базовой станции 150, соответственно. Памяти 142х, 142y и 182 могут запоминать данных и программные коды для терминалов 110х и 110y и базовой станции 150, соответственно. Планировщик 184 может планировать терминалы для передачи в прямой и/или обратной линии связи.

Фиг.2 изображает структуру 200 мозаичного элемента, который может быть использован для прямой и/или обратной линии связи. Частотно-временные ресурсы, доступные для данной линии связи, могут быть разделены на мозаичные элементы, которые также могут быть упомянуты как частотно-временные блоки, блоки ресурсов области сетевых сегментов и т.д. Каждый мозаичный элемент может охватывать множество (F) поднесущих в множестве (Т) периодов символов, где каждое из F и Т могут быть целыми величинами. F поднесущих в данном мозаичном элементе могут быть последовательными поднесущими или могут быть распределены по К всех поднесущих. Каждый мозаичный элемент включает в себя FT блоков ресурсов, где блок ресурсов равен одной поднесущей в одном периоде символа. FT символов модуляции могут быть отправлены в FT блоках ресурсов в каждом мозаичном элементе. Каждый мозаичный элемент может быть назначен одному или более терминалам для передачи данных.

Фиг.2 также изображает схему скачкообразной перестройки частоты, которая может быть использована для прямой и/или обратной линии связи. Скачкообразная перестройка частоты может обеспечивать разнесение частоты против вредных эффектов на трассе распространения и рандомизацию помех. С помощью скачкообразной перестройки частоты терминалу могут быть назначены мозаичные элементы в разных частях полосы частот системы в разных периодах скачкообразного изменения. Период скачкообразного изменения является продолжительностью времени одного мозаичного элемента и охватывает Т периодов символов.

Данные и пилот-сигнал могут передаваться различным образом в мозаичном элементе. В одной схеме данные и пилот-символы передаются в разных блоках ресурсов. Пилот-символы также могут передаваться на основе шаблона пилот-сигнала, который указывает конкретные блоки ресурсов, чтобы использовать для пилот-символов. Обычно шаблон пилот-сигнала может включать в себя любое число пилот-символов, и пилот-символы могут быть расположены в любом месте в мозаичном элементе. Число пилот-символов может быть выбрано на основании компромисса между непроизводительными затратами пилот-сигнала и эффективностью оценки канала. Расположение пилот-символов по частоте может быть выбрано на основании ожидаемого расширения задержки беспроводного канала. Меньшее частотное разнесение между пилот-символами может использоваться с учетом большого расширения задержек. Разнесение пилот-символов по времени может быть выбрано на основании ожидаемого доплеровского расширения беспроводного канала. Меньшее временное разнесение между пилот-символами может быть использовано, чтобы оперировать с большим доплеровским расширением.

Пилот-символы также могут быть размещены таким образом, чтобы поддерживать способы пространственного мультиплексирования, такие как MIMO и/или множественный доступ с пространственным разделением каналов (SDMA). С помощью пространственного мультиплексирования множество потоков данных могут быть переданы одновременно через множество пространственных каналов или уровней, сформированных с помощью множества антенн передачи и множества антенн приема. Чтобы поддерживать пространственное мультиплексирование, пилот-символы могут быть расположены в кластерах в мозаичном элементе. Число пилот-символов (М) в каждом кластере может быть больше или равно поддерживаемому пространственному рангу. Пространственный ранг относится к числу пространственных каналов и, следовательно, к числу потоков данных, которые могут быть переданы параллельно. Пилот-символы в каждом кластере могут занимать непрерывную область во времени и частоте, таким образом, что для каждого терминала изменения беспроводного канала по пилот-символам в одном кластере являются как можно малыми.

Фиг.3А изображает структуру шаблона 310 пилот-сигнала для мозаичного элемента 16×8, который охватывает F=16 поднесущих в Т=8 периодах символов. В этой структуре мозаичный элемент включает в себя 12 пилот-символов, которые расположены в четырех кластерах, расположенных в четырех углах мозаичного элемента. Четырем кластерам могут быть даны индексы 1, 2, 3 и 4, как изображено на Фиг. 3А. Каждый кластер включает в себя М=3 пилот-символов, посылаемых в одной поднесущей в трех последовательных периодах символов. Три пилот-символа в каждом кластере могут быть использованы для оценки канала для пространственных каналов количеством до трех.

Фиг.3В изображает структуру шаблона 32 пилот-сигнала для мозаичного элемента 16×8. В этой структуре мозаичный элемент включает в себя 12 пилот-символов, которые расположены в четырех кластерах, расположенных в четырех углах мозаичного элемента. Каждый кластер включает в себя М=3 пилот-символов, посылаемых в трех поднесущих в одном периоде символа. Три пилот-символа в каждом кластере могут быть использованы для оценки канала для пространственных каналов количеством до трех.

Фиг.3С изображает структуру шаблона 330 для мозаичного элемента 16×8. В этой структуре мозаичный элемент включает в себя 16 пилот-символов, которые расположены в четырех кластерах, расположенных в четырех углах мозаичного элемента. Каждый кластер включает в себя М=4 пилот-символов, посылаемых в двух поднесущих в двух последовательных периодах символов. Четыре пилот-символа в каждом кластере могут быть использованы для оценки канала для пространственных каналов количеством до четырех.

Фиг.3D изображает структуру шаблона 340 пилот-сигнала для мозаичного элемента 16×8. В этой структуре мозаичный элемент включает в себя 24 пилот-символа, которые расположены в восьми кластерах, расположенных в четырех углах мозаичного элемента. Каждый кластер включает в себя М=4 пилот-символов, посылаемых в двух поднесущих в двух последовательных периодах символов. Четыре пилот-символа в каждом кластере могут быть использованы для оценки канала для пространственных каналов количеством до четырех.

Фиг.3А по Фиг. 3D изображают четыре примера шаблонов пилот-сигнала. Также могут быть определены различные другие шаблоны пилот-сигнала. Обычно шаблон пилот-сигнала может включать в себя любое число кластеров, а каждый кластер может включать в себя любое число пилот-символов. Кроме того, кластеры и пилот-символы могут быть расположены любым способом в мозаичном элементе. Для пояснения большая часть описания, приведенного ниже, допускает использование шаблонов 310 пилот-сигнала на Фиг. 3А.

В общем, один или более терминалов могут совместно использовать данный мозаичный элемент. Если мозаичный элемент имеет кластеры из М пилот-символов, тогда до М потоков данных могут быть переданы в пространственных каналах или уровнях количеством до М. Терминал с одной антенной (например, терминал 110х на Фиг. 1) может передавать один поток данных в одном пространственном канале. Терминал с множеством антенн (например, терминал 110y на Фиг. 1) может передавать множество потоков данных во множестве пространственных каналов.

Для пояснения большая часть следующего описания допускает, что Q терминалов совместно используют данный мозаичный элемент, где 1<Q<M, и что каждый терминал передает один поток данных в одном пространственном канале. Обработка для этого мозаичного элемента описана ниже.

Базовая станция может получать FT принятых символов из мозаичного элемента для Q терминалов. Принятые символы могут быть выражены как:

Уравнение 1

где z _q - вектор FT×1 символов модуляции, переданных с помощью терминала q в FT блоках ресурсов в мозаичном элементе,

h _q - вектор FT×1 комплексных коэффициентов усиления каналов для FT блоков ресурсов в мозаичном элементе для терминала q,

Δ² _q - скалярная величина для смещения мощности для терминала q,

y - вектор FT×1 принятых символов для FT блоков ресурсов в мозаичном элементе,

n ₀ - вектор FT×1 шума и помех для мозаичного элемента и

“°” обозначает поэлементное умножение.

В уравнении 1 первые F элементов каждого вектора соответствуют F поднесущим в первом периоде символа мозаичного элемента, следующие F элементов соответствуют F поднесущим во втором периоде символа и т.д. и последние F элементов соответствуют F поднесущим в последнем периоде символа. h _q содержит комплексные коэффициенты усиления частотной области для терминала q, которые могут быть допущены как комплексная гауссова случайная переменная с нулевым средним значением и матрицей ковариации. Коэффициенты усиления каналов могут быть допущены как независимые среди Q терминалов. Для простоты шум и помехи n ₀ могут быть допущены как аддитивный белый гауссовский шум (AWGN) с нулевым вектором среднего значения и матрицей ковариации σ² I , где σ² - изменение шума и помех, а I - матрица тождественности.

Базовая станция может оценивать коэффициенты усиления каналов для каждого терминала, а также шум и помехи на основании принятых пилот-символов. Базовая станция может выполнять оценку канала на основании допущения, что статистические характеристики беспроводного канала для каждого терминала являются известными, и что коэффициенты усиления по мозаичному элементу для каждого терминала являются коррелированными.

Матрица ковариации для каждого терминала q, где q∈{1, …, Q}, может быть аппроксимирована следующим образом:

Уравнение 2

где u _i - i-ый аппроксимирующий собственный вектор для канала для терминала q,

λ_i,q - i-ый собственный вектор для канала для терминала q,

E {} - обозначает операцию математического ожидания и

“^H” - обозначает эрмитово или комплексное транспонирование.

Уравнение 2 основано на наблюдении, что для случаев, представляющих практический интерес, матрица ковариации терминала имеет максимум три существенных собственных вектора и может быть аппроксимирована с помощью трех собственных векторов u ₁, u ₂ и u ₃ . Эти три аппроксимирующих вектора имеют размерность FT×1 и могут быть использованы вместо фактических собственных векторов для оценки канала для терминала q по мозаичному элементу. Кроме того, для случаев, представляющих практический интерес, первый собственный вектор λ_1,q обычно, по меньшей мере, порядка величины, большей, чем другие два собственных вектора λ_2,q и λ_3,q.

Три аппроксимирующих собственных вектора могут быть выражены как:

Для вектора n×1 a _n×1=[a1,a2,…,an]^T и вектора m×1 b _mx1=[b1,b2,…,bm]^T, где “T” обозначает транспонирование, произведение Кронекера c _mn×1= a _n×1 b _m×1 может быть дано как:

c _mn×1 - вектор mn×1, содержащий произведение каждого элемента a _n×1 с каждым элементом b _m×1.

В уравнении 3 u _F,0 - вектор всех единиц, масштабированных с помощью константы, чтобы достичь мощности блока для u _F,0. u _F,1 - вектор со значениями от -(F-1) до (F-1) на этапах 2, масштабированный с помощью константы, чтобы достичь мощности блока для u _F,1. u _F,1 изменяется линейно по F поднесущим мозаичного элемента. u _T,0 - вектор всех единиц, масштабированный с помощью константы, чтобы достичь мощности блока для u _T,0. u _T,1 - вектор со значениями от -(Т-1) до (Т-1) на этапах 2, масштабированный с помощью константы, чтобы достичь мощности блока для u _T,1. u _T,1 изменяется линейно по Т поднесущим мозаичного элемента.

u ₁ - вектор FT×1 всех единиц, масштабированный с помощью константы, чтобы достичь мощности блока для u ₁. u ₂ - вектор FT×1, содержащий Т последовательностей из F элементов в u _F,1, масштабированный с помощью константы, чтобы достичь мощности блока для u ₂. u ₃ - вектор FT×1, содержащий F повторений каждого из Т элементов в u _T,1, масштабированный с помощью константы, чтобы достичь мощности блока для u ₃. u ₁ - модель постоянного или среднего компонента. u ₂ - модель изменения канала по частоте. u 3 - модель изменения канала во времени.

Отклик канала для каждого терминала q по мозаичному элементу может быть смоделирован как случайная функция частоты и времени (f,t). Эта функция может быть аппроксимирована с помощью первых трех членов расширения ряда Тейлора следующим образом:

Уравнение 4

В уравнении 4 2-мерную (2В) функцию ξ_q(ƒ, t ) аппроксимируют с помощью (i) первого члена для значения ξ_q(ƒ, t ) в начальной точке или ξ_q(ƒ₀, t ₀), (ii) второго члена для линейной функции по частоте или S_F,q(f-f₀) и (iii) третьего члена для линейной функции во времени или S_T,q(t-t₀). Углы наклона S_F,q и S_T,q линейных функций по частоте и во времени определяют с помощью угла наклона ξ_q(ƒ, t ) относительно частоты и времени, соответственно, в начальной точке.

На основании модели канала, показанной в уравнении 4, отклик канала терминала q может быть выражен как:

Уравнение 5

где α_q - средний коэффициент усиления канала, который соответствует члену ξ_q(ƒ₀, t ₀),

β _F,q - угол наклона линейной функции по частоте для терминала q,

β _T,q - угол наклона линейной функции во времени для терминала q и

h _q (n _ƒ ,n _t )- 2D функция для отклика канала терминала q.

Как показано в уравнении 5, отклик канала q по мозаичному элементу может быть описан с помощью трех параметров α_q, β_F,q и β_T,q. Центр мозаичного элемента может быть задан как (n_f0, n_t0), где n_f0=(F+1)/2, а n_t0=(Т+1)/2. Отклик канала для символа в дискретных координатах (n_f,n_t) может быть получен, как показано в уравнении 5.

Шаблон пилот-сигнала может включать в себя Р всех пилот-символов, которые могут быть расположены в четырех кластерах, причем каждый кластер включает в себя М пилот-символов, таким образом, что Р=4М. Пилот-символы могут быть размещены в местоположениях, которые симметричны относительно центра мозаичного элемента, например, как изображено на Фиг. 3А-3D. Если каждый терминал передает один поток данных в одном пространственном канале, тогда число терминалов, которые могут совместно использовать мозаичный элемент ограничено М или Q≤M.

Q терминалов могут совместно использовать кластер, и каждый из Q терминалов может одновременно передавать М пилот-символов в этом кластере. Каждый терминал может скремблировать или расширять свои пилот-символы с помощью скремблирующей последовательности, назначенной этому терминалу. Скремблирующие последовательности для Q терминалов могут быть обозначены как s _q для q=1,…,Q и должны быть ортогональным друг к другу. Скремблирующие последовательности также могут быть упомянуты как расширяющие последовательности, ортогональные последовательности, пилот-последовательности, последовательности и т.д. Скремблирующие последовательности могут иметь единичные модульные элементы и должны быть длины М. В одной схеме М скремблирующих последовательностей определяют на основании М столбцов матрицы Фурье М×М, причем каждая скремблирующая последовательность содержит М элементов одного столбца матрицы Фурье. Элемент в n-ой строке и m-ом столбце матрицы Фурье М×М может быть задан как e ^{-j2π·n·m/M} для n=0,…,M-1 и m=0, …, M-1. М скремблирующих последовательностей также могут быть определены другими способами. В любом случае Q скремблирующих последовательностей могут быть выбраны из М имеющихся скремблирующих последовательностей. В одной схеме каждому терминалу назначают одну скремблирующую последовательность и используют ту же самую скремблирующую последовательность для всех кластеров в мозаичном элементе. В другой схеме каждый терминал может использовать разные скремблирующие последовательности для разных кластеров в мозаичном элементе.

Пилот-символы, переданные с помощью терминала q в мозаичном элементе, могут быть выражены как

Уравнение 6

где 1 _4×1 - вектор 4×1 из всех единиц и

r _1,q- вектор Р×1 пилот-символов, переданных с помощью терминала q в мозаичном элементе.

Первые М элементов из r _1,q предназначены для пилот-символов, отправленных в кластере 1 в верхнем левом углу мозаичного элемента, следующие М элементов предназначены для пилот-символов, отправленных в кластере 2 в верхнем правом углу мозаичного элемента, следующие М элементов предназначены для пилот-символов, отправленных в кластере 3 в нижнем левом углу мозаичного элемента и последние М элементов предназначены для пилот-символов, отправленных в кластере 4 в нижнем правом углу мозаичного элемента. Векторы r _1,q пилот-сигнала для терминалов с 1 по Q являются ортогональными.

Фиг.3А изображает переданные пилот-символы для шаблона 310 пилот-сигнала со скремблирующей последовательностью s _q=[a b с]^T, где a, b и с являются тремя элементами скремблирующей последовательности и могут имеет комплексные значения. Три элемента a, b и с в s _q применяют к трем пилот-символам слева направо в каждом кластере в мозаичном элементе.

Фиг.3В изображает переданные пилот-символы для шаблона 320 пилот-сигнала со скремблирующей последовательностью s _q=[a b с]^T. Три элемента a, b и с в s _q применяют к трем пилот-символам сверху вниз в каждом кластере в мозаичном элементе.

Фиг.3С изображает переданные пилот-символы для шаблона 330 пилот-сигнала со скремблирующей последовательностью s _q=[a b с]^T. Четыре элемента a, b, с и d в s _q применяют к четырем пилот-символам в z-шаблоне в каждом кластере в мозаичном элементе.

Фиг.3D изображает переданные пилот-символы для шаблона 340 пилот-сигнала со скремблирующей последовательностью s _q=[a b с]^T. Три элемента a, b и с в s _q применяют к трем пилот-символам слева направо в каждом кластере в мозаичном элементе.

Множество базисных векторов может быть определено для каждого терминала q следующим образом:

Фиг.4 иллюстрирует векторы v ₁ по v ₄. Четыре вектора v ₁ по v ₄ имеют разные комбинации знаков для четырех кластеров в мозаичном элементе и представляют разные варианты объединения для пилот-символов, принятых в четырех кластерах, как описано ниже.

Каждый терминал q связан с множеством из четырех базисных векторов Р×1 r _1,q, r _2,q, r _3,q и r _4,q. r _1,q содержит переданные пилот-символы. r _2,q формируют с помощью v ₂ и используют, чтобы обнаруживать изменение канала по частоте. r _3,q формируют с помощью v ₃ и используют, чтобы обнаруживать изменение канала во времени. r _4,q формируют с помощью v ₂ и могут использовать для оценки шума и помех.

Если число степеней свободы каналов для Q терминалов, совместно использующих мозаичный элемент, меньше, чем полное число пилот-смиволов в мозаичном элементе, тогда пилот-символы неиспользованные, чтобы оценивать параметры каналов, могут быть использованы, чтобы оценивать мощность шума и помех в мозаичном элементе. Пространство наблюдения имеет Р размеров, соответствующих Р полному числу пилот-символов в мозаичном элементе. В схеме, описанной выше, канал каждого терминала может быть описан с помощью трех параметров, и 3Q размеров могут быть использованы, чтобы оценивать параметры канала для всех Q терминалов. Остальные Р - 3Q размеров пространства наблюдения могут быть использованы, чтобы оценивать мощность шума и помех.

Шум и помехи могут быть оценены как мощность проекции принятого сигнала на размеры, не занятые пилот-сигналами, переданным с помощью Q терминалов. Принятый сигнал может быть спроецирован на базисные векторы для всех М имеющихся скремблирующих последовательностей следующим образом:

Уравнение 8

где x - вектор Р×1 с Р принятыми пилот-символами в мозаичном элементе, а

w _i,q - результат проецирования принятого вектора x на базисный вектор r _i,q.

Для каждого терминала q уравнение 8 фактически сжимает М принятых пилот-символов в каждом кластере с помощью скремблирующей последовательности s _q для этого терминала q. Уравнение 8 дополнительно накапливает четыре сжатых результата для четырех кластеров разными способами для разных базисных векторов. Ссылаясь на Фиг.4, для r _1,q результаты сжатия для четырех кластеров суммируют, чтобы получить w _1,q, который указывает средний коэффициент усиления канала для терминала q. Для r _2,q результаты сжатия для двух верхних кластеров вычитают из результатов сжатия для двух нижних кластеров, чтобы получить w _2,q, который указывает изменение канала по частоте для терминала q. Для r _3,q результаты сжатия для двух левых кластеров вычитают из результатов сжатия двух правых кластеров, чтобы получить w _3,q, который указывает изменение канала во времени для терминала q. Для r _4,q результаты сжатия для верхнего правого и нижнего левого кластеров вычитают из результатов сжатия для верхнего левого и нижнего правого кластеров, чтобы получить w _4,q .

Мощность шума и помех может быть оценена следующим образом:

Уравнение 9

где - оцененная мощность шума и помех.

В уравнении 9 первое суммирование захватывает мощность проекции х на r _4,q, который не используют для оценки канала для любого терминала. Первое суммирование может быть использовано в качестве оценки мощности шума и помех, но может включать в себя погрешность моделирования канала, если канал каждого терминала не изменяется линейно по мозаичному элементу. Двойное суммирование захватывает мощность проекции х на r _i,q, сгенерированного с помощью скремблирующих последовательностей, не использованных любым из Q терминалов. Двойное суммирование присутствует, если Q<M.

Оценка канала может быть получена для каждого терминала q на основании критерия минимальной среднеквадратичной ошибки (MMSE) следующим образом:

Уравнение 10

где