Способ и устройство для размещения пилот-сигналов

Способ и устройство для размещения пилот-сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственные заявки

[0001] Данная заявка согласно §119(e) раздела 35 Кодекса законов США ссылается на приоритет предварительной заявки на патент США с порядковым номером 60/985042, поданной 2 ноября 2007 г., под названием "Method and Apparatus for Providing an Efficient Pilot Pattern", и предварительной заявки на патент США с порядковым номером 61/059442, поданной 6 июня 2008 г., под названием "Method and Apparatus for Providing an Efficient Pilot Pattern", которые полностью включены в данный текст путем ссылки на соответствующие документы.

Предпосылки создания изобретения

[0002] Системы радиосвязи, такие как беспроводные сети передачи данных (например, системы по технологии долгосрочного развития универсальных наземных сетей радиодоступа (Long Term Evolution, LTE) организации Проект сотрудничества по созданию системы третьего поколения (3rd Generation Partnership Project, 3GPP), широкополосные системы (такие как сети на основе множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access, CDMA)), сети на основе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access, TDMA), сети на основе ортогонального множественного доступа с частотным разделением (Orthogonal Frequency Division Multiplexed, OFDMA)), сети на основе множественного доступа с пространственным разделением, всемирная функциональная совместимость для СВЧ доступа (Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX)) и т.д., обеспечивают пользователей удобством мобильности наряду с богатым набором услуг и функций. Это удобство вызывает их признание все более растущим числом потребителей в качестве режима связи для деловых и личных применений. Чтобы содействовать еще большему внедрению, телекоммуникационная промышленность, от изготовителей до провайдеров услуг, идет на большие расходы и прилагает усилия по разработке стандартов для протоколов связи, которые лежат в основе различных услуг и функций. Одна область этих работ предусматривает уменьшение объема служебной информации, чтобы улучшить эффективность использования полосы частот, в частности, в отношении использования пилот-сигналов для синхронизации.

Некоторые примеры осуществления

[0003] Следовательно, есть потребность в обеспечении эффективных картин размещения пилот-сигналов, которые могут сосуществовать с уже разработанными стандартами и протоколами.

[0004] Согласно одной форме осуществления изобретения, способ включает генерирование последовательности "мозаичных элементов" (tiles), размещаемых так, чтобы избежать избыточных поднесущих пилот-сигналов, используя различные картины размещения пилот-сигналов. Способ также включает формирование сигнала передачи согласно генерируемой последовательности для передачи по сети.

[0005] Согласно другой форме осуществления изобретения устройство содержит логику, сконфигурированную так, чтобы генерировать последовательность мозаичных элементов; мозаичные элементы размещаются так, чтобы избежать избыточных поднесущих пилот-сигналов, используя различные картины размещения пилот-сигналов. Кроме того, логика сконфигурирована для формирования сигнала передачи согласно генерируемой последовательности для передачи по сети.

[0006] Согласно другой форме осуществления изобретения способ включает хранение первого мозаичного элемента, представляющего поднесущие в частотно-временной области, причем первый мозаичный элемент является мозаичным элементом со структурой 4×3 с двумя поднесущими пилот-сигналов. Способ включает также хранение второго мозаичного элемента, представляющего поднесущие в частотно-временной области, второй мозаичный элемент является мозаичным элементом 4×3 с четырьмя поднесущими пилот-сигналов. Далее способ включает генерирование последовательности мозаичных элементов, включающей первый мозаичный элемент и второй мозаичный элемент.

[0007] Согласно еще одной форме осуществления изобретения устройство содержит запоминающее устройство, сконфигурированное для хранения первого мозаичного элемента, представляющего поднесущие в частотно-временной области, причем первый мозаичный элемент является мозаичным элементом 4×3 с двумя поднесущими пилот-сигналов; запоминающее устройство также сконфигурировано для хранения второго мозаичного элемента, представляющего поднесущие в частотно-временной области, причем второй мозаичный элемент является мозаичным элементом 4×3 с четырьмя поднесущими пилот-сигналов. Устройство дополнительно содержит логику, сконфигурированную для генерирования последовательности мозаичных элементов, включающей первый мозаичный элемент и второй мозаичный элемент.

[0008] Другие аспекты, функции и преимущества изобретения будут очевидны из следующего подробного описания, приводимого только для иллюстрации множества специфических форм осуществления изобретения и реализаций, включая лучший способ осуществления изобретения. Изобретение также может быть осуществлено в других и различных формах, и несколько его деталей могут изменяться в различных очевидных отношениях без выхода за пределы существа и объема изобретения. Соответственно, чертежи и описание должны рассматриваться как иллюстративные, а не как ограничительные.

Краткое описание чертежей

[0009] Формы осуществления изобретения иллюстрируются для примера, а не для ограничения, на фигурах чертежей:

[0010] Фиг.1А и 1В соответственно представляют систему связи, способную использовать мозаичный элемент, который обеспечивает эффективную картину размещения пилот-сигналов, и блок-схему процесса для генерации сигнала в соответствии с мозаичным элементом, согласно различным приводимым в качестве примера формам осуществления изобретения.

[0011] Фиг.2 - схема системы радиосвязи, способной обеспечивать эффективную синхронизацию, согласно различным формам осуществления изобретения.

[0012] Фиг.3А и 3В - схемы приводимой в качестве примера структуры мозаичного элемента и процесса распределения ширины полосы, основанного на структуре мозаичного элемента.

[0013] Фиг.4 - обычная структура распределения ширины полосы, использующая избыточные пилот-сигналы, которые являются соседними во временной области.

[0014] Фиг.5А и 5В - схемы соответственно мозаичного элемента с картиной размещения пилот-сигналов для использования в сценарии с одной антенной и приводимые в качестве примера последовательности мозаичных элементов, использующих мозаичный элемент фиг.5А, согласно различным формам осуществления изобретения.

[0015] Фиг.6A-6F - схемы картин размещения пилот-сигналов согласно различным формам осуществления изобретения.

[0016] Фиг.7А и 7В - схемы соответственно мозаичного элемента с картиной размещения пилот-сигналов для использования в сценарии с многими антеннами и приводимые в качестве примера последовательности мозаичных элементов, использующих мозаичный элемент фиг.7А, согласно различным формам осуществления изобретения.

[0017] Фиг.8 и 8В - блок-схемы процессов построения мозаичных элементов согласно различным примерам осуществления.

[0018] Фиг.9A-9D - численные результаты сравнения среднеквадратичной ошибки (Mean Square Error, MSE) при винеровской оценке канала согласно различным формам осуществления изобретения.

[0019] Фиг.10А и 10В - схемы приводимой в качестве примера архитектуры WiMAX, в которой может работать система фиг.1, согласно различным примерам осуществления изобретения.

[0020] Фиг.11А-11С - схемы систем связи, имеющих приводимые в качестве примера архитектуры LTE, в которых могут работать оборудование пользователя (User Equipment, UE) и базовая станция фиг.1А, согласно различным приводимым в качестве примера формам осуществления изобретения.

[0021] Фиг.12 - схема оборудования, которое может использоваться для реализации формы осуществления изобретения.

[0022] Фиг.13 - схема приводимых в качестве примера компонентов пользовательского терминала, согласно форме осуществления изобретения.

Описание предпочтительной формы осуществления

[0023] Описываются устройство, способ и программное обеспечение для обеспечения картин размещения пилот-сигналов (pilot patterns). В приведенном ниже описании, для целей объяснения, чтобы обеспечить полное понимание форм осуществления изобретения, сформулированы многочисленные конкретные подробности. Однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что формы осуществления изобретения могут использоваться на практике без этих конкретных подробностей или с эквивалентными устройствами. В других примерах известные структуры и устройства показаны в виде блок-схемы, чтобы не мешать раскрытию форм осуществления изобретения.

[0024] Хотя формы осуществления изобретения рассматриваются относительно беспроводной сети, совместимой с сетью связи по стандарту WiMAX (например, соответствующей стандарту 802.16 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical & Electronics Engineers, IEEE), архитектурой LTE 3GPP или сетью расширенного универсального наземного радиодоступа универсальной мобильной системы связи ((Enhanced UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN), специалистам в данной области техники будет ясно, что формы осуществления изобретений могут быть применены для системы связи любого вида на основе коммутации пакетов и с эквивалентными функциональными возможностями.

[0025] Фиг.1А и 1В являются соответственно схемой системы связи, способной использовать мозаичный элемент, который обеспечивает эффективную картину размещения пилот-сигналов, и блок-схемой процесса для формирования сигнала в соответствии с мозаичным элементом, согласно различным примерам осуществления изобретения. Как показано на фиг.1, система связи 100 содержит одну или несколько единиц оборудования пользователя (UE) 101а-101n, осуществляющих связь с базовой станцией 103, которая является частью сети доступа (например, LTE 3GPP (или E-UTRAN), WiMAX и т.д.). Например, согласно архитектуре LTE 3GPP (как показано на фиг.11А-11С) базовая станция 103 называется усовершенствованным узлом В (enhanced Node В, eNB). Оборудование UE 101 может быть мобильными станциями любого типа, такими как телефонные трубки, терминалы, станции, блоки, устройства, мультимедийные планшетные персональные компьютеры, узлы Интернета, коммуникаторы, персональные цифровые помощники, или интерфейсом для пользователя любого типа (таким как "носимые" схемы и т.д.). Оборудование UE 101 может осуществлять связь с базовой станцией 103 беспроводным образом или посредством проводного подключения. Например, оборудование UE 101а беспроводным образом подключается к базовой станции 103а, в то время как UE 101b может быть проводным терминалом, который связан с базовой станцией 103n. Система 100 связи может расширять зону обслуживания сети с помощью одного или нескольких ретрансляционных узлов (показанных на фиг.2).

[0026] В беспроводном случае базовая станция 103а использует приемопередатчик 105, который передает информацию на оборудование UE 101а через одну или несколько антенн 109 для передачи и приема электромагнитных сигналов. Оборудование UE 101а, аналогично, использует приемопередатчик 107 для приема таких сигналов. Например, базовая станция 103а может использовать антенную систему 109 с множественным входом и множественным выходом (Multiple Input Multiple Output, MIMO) для поддержания параллельной передачи независимых потоков данных, чтобы достигнуть высоких скоростей передачи данных между оборудованием UE 101а и базовой станцией 103а. Базовая станция 103 в примере осуществления использует ортогональное частотное уплотнение (Orthogonal Frequency Divisional Multiplexing, OFDM) в качестве схемы передачи по нисходящей линии (Downlink, DL) и передачу на одной несущей частоте (например, множественный доступ с одной несущей частотой (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access, SC-FDMA) с циклическим префиксом) для схемы передачи по восходящей линии (Uplink, UL). Доступ SC-FDMA может быть реализован также с использованием принципа ортогонального частотного уплотнения с расширением посредством дискретного преобразования Фурье (Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplex, DFT-S-OFDM), который подробно описан в документе 3GGP TR 25.814 под названием "Physical Layer Aspects for Evolved UTRA," v.1.5.0, May 2006 (который полностью включен в данный текст путем ссылки на соответствующий источник). Доступ SC-FDMA, называемый также многопользовательским SC-FDMA (Multi-User-SC-FDMA), позволяет множеству пользователей одновременно передавать сигналы в различных поддиапазонах.

[0027] Оборудование UE 101 и базовая станция 103 содержат логику 111, 113 обработки ошибок соответственно для выполнения схемы гибридного автоматического запроса на повторную передачу (Hybrid Automatic Repeat Request, HARQ), а также логику сигнализации подтверждения приема. Автоматический запрос на повторную передачу (Automatic Repeat Request, ARQ) - механизм обнаружения ошибок, используемый на канальном уровне. Этот механизм позволяет приемнику указывать передатчику, что пакет или субпакет были получены неправильно, и, таким образом, запрашивать передатчик снова послать конкретный пакет (пакеты). В системе 100 оборудование UE 101 или станция BS 103 в некоторое определенное время может вести себя как приемник или передатчик.

[0028] Система 100 обеспечивает канал подтверждения приема (Acknowledgement, АСК), который поддерживает множественные подключения с возможностью HARQ от отдельного оборудования UE или нескольких единиц UE. Согласно одной форме осуществления изобретения система 100 использует способ кодирования и модуляции (Coding and Modulation, СМ) для канала АСК, когда применяется частичное использование подканалов (Partial Usage of Sub Channels, PUSC) восходящей линии (UL). Подтверждение/ отрицательное подтверждение (ACK/Negative Acknowledgement, NAK) по линии UL обеспечивает обратную связь для механизма HARQ нисходящей линии (Downlink, DL).

[0029] Система 100 обеспечивает построение картин размещения пилот-сигналов для сценариев с одной антенной и с многими антеннами, когда используется перестановка PUSC восходящей линии, при которой число поднесущих пилот-сигналов может быть сокращено. В примере осуществления относительное улучшение в отношении числа поднесущих данных составляет 6,25-10,7%. Таким образом, подход согласно некоторым формам осуществления изобретения может улучшить эффективность использования полосы частот линии UL, хотя приводит к незначительному ухудшению или отсутствию ухудшения характеристики в отношении оценки канала. Это может быть достигнуто логикой 115 и 117 синхронизации, находящейся в единицах UE 101 и на базовой станции 103 соответственно.

[0030] Например, оборудование UE 101 и базовая станция 103 могут осуществлять связь в соответствии с воздушным интерфейсом, определенным стандартом IEEE 802.16. Подробности различных протоколов IEEE 802.16 наряду с дополнительными известными материалами более полно описаны в следующих документах (которые полностью включены в данный текст посредством ссылки на соответствующие источники): [1] IEEE 802.16-2004, "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks - Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems," Jun. 24, 2004; [2] IEEE 802.16e-2005, "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks - Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems," Feb. 28, 2006'; [3] Draft IEEE 802.16m Requirements, [online] http://www.ieee802.org/16/tgm/docs/80216m-07_002r3.pdf; и [4] WiMAX Forum™ Mobile System Profile, Release 1.0 Approved Specification (Revision 1.4.0: 2007-05-02), доступно по адресу http://www.wimaxforum.org/technology/documents.

[0031] Согласно некоторым формам осуществления изобретения создается новая картина размещения пилот-сигналов (например, см. фиг.5А), чтобы уменьшить число избыточных поднесущих пилот-сигналов с небольшим ухудшением в оценке канала, таким образом эффективно увеличивая число поднесущих данных - то есть улучшая эффективность использования спектра системой.

[0032] Как показано на фиг.1В, на шаге 151 генерируется последовательность мозаичных элементов. В одной форме осуществления изобретения мозаичный элемент содержит новую картину размещения пилот-сигналов; а именно, новый мозаичный элемент устраняет использование избыточных поднесущих пилот-сигналов во временной области (такая обычная избыточная картина размещения пилот-сигналов показана на фиг.3А). Затем сигналы передачи формируются согласно последовательности, на шаге 153. Эти сигналы затем могут быть переданы по системе 100 на шаге 155.

[0033] Фиг.2 - схема системы радиосвязи, способной обеспечивать эффективную синхронизацию согласно различным формам осуществления изобретения. Для целей иллюстрации система 200 связи на фиг.2 описана относительно беспроводной децентрализованной ячеистой сети (Wireless Mesh Network, WMN), использующей технологию WiMAX для фиксированного и мобильного широкополосного доступа. WiMAX, подобно технологии сотовой связи, использует зоны обслуживания, которые разделены на соты. Как показано, многочисленные базовые станции 103а-103n или базовые приемопередающие станции (Base Transceiver Stations, BTS) - составляют сеть радиодоступа (Radio Access Network, RAN). WiMAX может работать, используя как линию прямой видимости (Line Of Sight, LOS), так и линию почти/без прямой видимости (near/non LOS, NLOS). Сеть радиодоступа, которая содержит базовые станции 103 и ретрансляционные станции 201а-201n, осуществляет связь с сетью 203 передачи данных (например, с сетью с коммутацией пакетов), которая имеет возможность установления соединения с сетью 205 передачи данных общего пользования (например, с глобальной сетью Интернет) и с сетью 207 телефонной связи с коммутацией каналов, такой как коммутируемая телефонная сеть общего пользования (Public Switched Telephone Network, PSTN).

[0034] В примере осуществления система связи на фиг.2 соответствует стандарту IEEE 802.16. Стандарт IEEE 802.16 предусматривается для фиксированных беспроводных широкополосных общегородских сетей (Metropolitan Area Network, MAN) и определяет шесть моделей канала, от LOS до NLOS, для фиксированных беспроводных систем, работающих на не подлежащих лицензированию частотах от 2 до 11 ГГц. В примере осуществления изобретения каждая из базовых станций 103 использует уровень управления доступом к среде передачи (Media Access Control, MAC) для распределения ширины полосы восходящей и нисходящей линий. Как показано, мультиплексирование OFDM используется для осуществления связи от одной базовой станции до другой базовой станции. Например, IEEE 802.16х определяет уровень управления доступом к среде (MAC), который поддерживает несколько спецификаций физического (Physical, PHY) уровня. Например, стандарт IEEE 802.16а определяет три опции уровня PHY: OFDMA с 256 поднесущими, OFDMA с 2048 поднесущими; и опцию с одной несущей для устранения проблем многолучевого распространения. Дополнительно, стандарт IEEE 802.16а предусматривает адаптивную модуляцию. Например, стандарт IEEE 802.16j определяет многопролетную ретрансляционную сеть, которая может использовать одну или несколько ретрансляционных станций, чтобы расширить зону охвата радиосвязью.

[0035] Зоны обслуживания сети RAN могут простираться, например, от 50 до 80 км (например, с использованием диапазона 2-11 ГГц). Сеть RAN может использовать топологию радиально-узловой многоточечной сети или топологию ячеистой (mesh) сети. Согласно мобильному стандарту, пользователи могут осуществлять связь посредством телефонных устройств на дальности приблизительно до 80 км. Кроме того, сеть радиодоступа может поддерживать публичные зоны беспроводного доступа по стандарту IEEE 802.11.

[0036] Система связи, показанная на фиг.2, согласно одной форме осуществления изобретения может обеспечивать и дуплексный режим с частотным разделением каналов, и дуплексный режим с временным разделением каналов (Frequency и Time Division Duplexing, FDD и TDD). Предполагается, что может использоваться любая схема дуплексной работы. В режиме FDD используются пары из двух каналов (одного для передачи и одного для приема), в то время как в режиме TDD один канал используется как для передачи, так и для приема.

[0037] Фиг.3А и 3В - схемы приводимой в качестве примера структуры мозаичного элемента и процесса распределения ширины полосы, основанного на структуре мозаичного элемента. Для целей иллюстрации пилот-сигналы описаны относительно зоны 301 PUSC линии UL. В зоне 301 PUSC линии UL мозаичный элемент определяется как фрагмент размером 4×3 поднесущих в частотно-временной области. Распределение ширины полосы UL в зоне PUSC линии UL использует duration ("длительность"), то есть множество соседних слотов во временной области распределяются мобильной станции (Mobile Station, MS) (когда запрещен subchannel rotation ("циклический сдвиг подканала")). Следует отметить, что режим subchannel rotation определен как опциональный в профиле WiMAX (см. WiMAX Forum™ Mobile System Profile, Release 1.0 Approved Specification (Revision 1.4.0: 2007-05-02), таблица 13, которая полностью включена в данный текст путем ссылки на соответствующий документ). И disabling ("запрет") может быть выполнен, например, с использованием бита Disable subchannel rotation ("запрет циклического сдвига подканала") информационного элемента зоны UL (UL Zone IE), который был определен в версии P80216Rev2_D1 спецификации IEEE 802.16.

[0038] Распределение ширины полосы PUSC линии UL объясняется здесь с использованием примера из раздела 8.4.6.2.3 в стандарте IEEE 802.16е-2005, "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks - Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems," Feb. 28, 2006. В этом примере подканал 3 содержит физические мозаичные элементы 59, 122, 143, 225, 308, 398, как показано на фиг.3В.

[0039] В кадре 303 передачи предполагается, что 5 слотов подканала 3 распределяют одному кластеру MS, например, используя информационный элемент UL-MAP-IE. Мозаичные элементы подканала 3 не являются физически соседними друг с другом в частотной области. Однако мозаичные элементы 5 слотов с одинаковым частотным индексом являются соседними друг с другом во временной области, как показано в субкадре 305 линии UL для мозаичных элементов 307 с частотным индексом 59. Следует отметить, что "поднесущие (или мозаичные элементы), являющиеся соседними во временной области" означает, что поднесущие (или мозаичные элементы) физически имеют одинаковый частотный индекс и находятся в соседних OFDM-символах во временной области.

[0040] Фиг.4 - обычная структура распределения ширины полосы, использующая избыточные пилот-сигналы, которые являются соседними во временной области. Картина размещения пилот-сигналов для единичного мозаичного элемента в зоне 301 PUSC линии UL разработана довольно хорошо; однако из фиг.3В можно видеть, что, когда множество слотов, соседних во времени, распределяются одному кластеру линии UL, имеются некоторые поднесущие пилот-сигналов, соседние во временной области. Избыточные поднесущие пилот-сигналов в мозаичном элементе 401 выделены овалами.

[0041] Фиг.5А и 5В - схемы соответственно мозаичного элемента с картиной размещения пилот-сигналов для использования в сценарии с одной антенной и приводимые в качестве примера последовательности мозаичных элементов, использующих мозаичный элемент фиг.5А, согласно различным формам осуществления изобретения. Для случая одной антенны новая картина размещения пилот-сигналов задается следующим правилом. Как видно на фиг.5А, определяется новая картина размещения пилот-сигналов для мозаичного элемента 501 PUSC. По сравнению с мозаичным элементом PUSC в IEEE 802.16е число поднесущих пилот-сигналов сокращено с 4 до 2, что экономит для данных в каждом мозаичном элементе 2 поднесущие пилот-сигналов. Эта структура 501 используется для генерирования последовательности мозаичных элементов, как описано ниже относительно фиг.8А.

[0042] Предполагается, что есть n(>2) слотов, соседних во временной области и распределяемых одному кластеру оборудования UE или станции MS 101. Таким образом, имеется 6 последовательностей мозаичных элементов, соседних во временной области и распределяемых станции MS 101, и есть n мозаичных элементов в каждой последовательности мозаичных элементов. Для каждой последовательности мозаичных элементов каждому из n мозаичных элементов назначается натуральный индекс k, k=0, 1, …, n-1. Для мозаичных элементов, индексами которых являются k=2j+1, , используется картина размещения пилот-сигналов, определенная на фиг.5А. Для других мозаичных элементов используется картина размещения пилот-сигналов по стандарту IEEE 802.16е, показанная на фиг.3А. Альтернативно, для мозаичных элементов, индексами которых являются k=2j, , используется картина размещения пилот-сигналов, определенная на фиг.5А. Для других мозаичных элементов используется картина размещения пилот-сигналов по стандарту IEEE 802.16е, показанная на фиг.3А.

[0043] Согласно одной форме осуществления изобретения пилот-сигналы могут быть распределены равномерно при распределении всех ресурсов, а избыточные поднесущие пилот-сигналов сокращены. Две приводимых в качестве примера картины размещения 503, 505 на фиг.5 В предназначены для случаев n=5 и n=4. Улучшение ширины полосы для этих двух примеров составляет 4/(5×8)=10% и 2/(4×8)=6,25% соответственно. Следует заметить, что 6,25% - наихудший случай улучшения в эффективности использования полосы частот с использованием обработки, показанной на фиг.8А. Например, согласно профилю WiMAX, субкадр UL обычно имеет от 9 до 21 OFDM-символов. Следовательно, максимальное улучшение использования ширины полосы должно произойти в случае 7 мозаичных элементов, соседних друг с другом (21 OFDM-символ), и это улучшение составляет 6/(7×8)=10,7%.

[0044] Чтобы проверить преимущество этого подхода, представлен анализ оценки ухудшения рабочих характеристик канала. В частности, эта проблема анализируется на основе двух методов оценки канала - а именно, оценки канала линейной интерполяцией и оценки канала время-частотным винеровским фильтром (фиг.6А и 6В).

[0045] Фиг.6A-6F - схемы картин размещения пилот-сигналов согласно различным формам осуществления изобретения. В частности, фиг.6А и 6В соответственно являются схемой, показывающей оценку канала линейной интерполяцией при трех соседних мозаичных элементах с двумя картинами размещения пилот-сигналов, и схемой, показывающей винеровскую оценку канала при трех соседних мозаичных элементах с различными картинами размещения пилот-сигналов. Этот анализ для примера представлен для системы с одной антенной. Использованная здесь оценка канала линейной интерполяцией означает, что информация о состоянии канала (Channel State Information, CSI) поднесущих данных оценивается с использованием линейного вычисления CSI при 4 поднесущих пилот-сигналов в мозаичном элементе.

[0046] Как видно на фиг.6А, для случая мозаичных элементов 601, использующих картину размещения пилот-сигналов PUSC по стандарту IEEE 802.16е, оценка канала мозаичного элемента 1, то есть поднесущих данных 1-8, выполняется линейным вычислением на основании поднесущих пилот-сигналов 1-4. Оценка канала мозаичного элемента 2 выполнена линейным вычислением, основанным на поднесущих пилот-сигналов 5-8, и так далее. Для случая мозаичных элементов, использующих новую картину размещения 501 пилот-сигналов (фиг.5А), мозаичный элемент 1 и 3 использует способ, одинаковый со случаем PUSC. Для оценки канала для мозаичного элемента 2 поднесущие данных разбиты на две группы, CSI поднесущих данных 9-14 оценивается с помощью CSI поднесущих пилот-сигналов 3-6, a CSI поднесущих данных 15-18 оценивается с помощью CSI поднесущих пилот-сигналов 5-8. Таким образом, CSI всех поднесущих данных в мозаичном элементе 2 оценивается тем же самым способом, что и у других мозаичных элементов с картиной размещения пилот-сигналов PUSC. Таким образом, оказывается, что оценка канала мозаичного элемента 2 обеспечивает рабочие характеристики, одинаковые с другими двумя мозаичными элементами, без увеличения вычислительной сложности оценки канала на каждую поднесущую данных.

[0047] Поэтому, когда используется оценка канала линейной интерполяцией, нет никакого ухудшения рабочих характеристик и нет дополнительной сложности вычислений. Это заключение является важным и доказывающим, что при обычном способе оценки канала подход фиг.5А и 5В обеспечивает конкретное улучшение эффективности использования полосы частот без ухудшения рабочих характеристик.

[0048] Что касается анализа оценки канала частотно-временным винеровским фильтром, эффективность лучшего способа оценки канала может быть проанализирована также на основе среднеквадратичной ошибки (Mean-Square-Error, MSE), которая определяется частотно-временным двумерным винеровским фильтром. Импульсная характеристика зависящего от времени канала может быть записана следующим образом:

где L - число различимых путей. Тогда, частотная характеристика канала во времени t является следующей:

[0049] Предполагается, что α_l(t) имеет следующую корреляционную функцию во временной области

[0050] Также считаем, что различные пути независимы и корреляционная функция в частотной области имеет следующий вид

Канал нормализуется как

и r_t(Δt) может быть вычислена с использованием функции Бесселя первого рода нулевого порядка (что более подробно рассмотрена в книге Andrea Goldsmith, Wireless Communications, Cambridge University Press, 2004; которая полностью включена в данный текст путем ссылки на соответствующий источник). Доплеровское расширение частоты обозначается как f_d.

[0051] После перехода на дискретный индекс корреляционная функция в частотной области может быть записана как

где T_s - интервал дискретизации и Т - длительность OFDM-символа (включая циклический префикс):

n обозначает n-й OFDM-символ, k обозначает k-ю поднесущую. Рассматривая систему OFDMA по стандарту IEEE 802.16, предполагаем, что все пилот-сигналы модулируются как "1"; и канал не изменяется в течение длительности OFDM-символа Т. Соответствующий принимаемый сигнал может быть записан как:

[0052] Все векторы в (9) являются векторами Р×1, может включать любое число и комбинацию пилот-сигналов. n_p и k_p - индекс для пилот-сигналов во временной и частотной области соответственно. - вектор комплексного аддитивного белого нормально распределенного (гауссовского) шума, дисперсия каждого из которых - . Например, для мозаичного элемента PUSC линии UL, может соответствовать 4 пилот-сигналам первого мозаичного элемента в частотной области:

[0053] Используя частотно-временной двумерный винеровский фильтр, результаты оценки канала можно записать как:

где

где

[0054] Наконец, MSE при двумерной винеровской оценке канала составляет

где равняется 1 согласно (5).

[0055] Показатели двумерной винеровской оценки канала для различных картин размещения пилот-сигналов сравниваются в единицах MSE. Рассматриваются три картины размещения 603 пилот-сигналов: PUSC, опциональный PUSC (Optional PUSC, OPUSC) и новая картина размещения пилот-сигналов. Во всех трех случаях вычислено среднее значение MSE оценки канала всех поднесущих данных среднего мозаичного элемента с 3 соседними единицами (фиг.6В). Все пилот-сигналы на фиг.6В используются для оценки канала - что означает для случая PUSC вычисление, основанное на 12 поднесущих пилот-сигналов. Для OPUSC оно основано на 3 поднесущих пилот-сигналов, и для новой картины размещения оно основано на 10 поднесущих пилот-сигналов. Отметим, что при вычислении увеличение мощности пилот-сигналов OPUSC рассматривается согласно разделу 8.4.9.4.3 в стандарте IEEE 802.16е-2005, "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks - Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems," Feb. 28, 2006.

[0056] Параметры для конфигурации системы суммированы в табл.1.

Табл. 1
Параметр	Значение
Длительность кадра	5 мс
Ширина полосы	10 МГц
Радиочастота	2,5 ГГц
Скорость	30, 120 км/ч
Картина размещения пилот-сигналов	PUSC, OPUSC, предложенное решение
Моделирование канала	Veh-A, Veh-B

[0057] Нельзя не отметить, что каждый кадр по стандарту IEEE 802.16m содержит восемь субкадров. Каждый субкадр может быть назначен для передачи DL или UL в зависимости от схемы дуплексной работы. Есть два типа субкадров: 1) регулярный субкадр, который содержит 6 OFDMA-символов и 2) нерегулярный субкадр, который содержит 5 OFDMA-символов. Один субкадр является минимальной единицей во временной области для распределения ресурсов. Для приспособления к этой структуре кадра имеется следующая картина размещения пилот-сигналов, которая основана на структуре мозаичного элемента, показанной на фиг.5А. Полагая, что n регулярных субкадров (2n слотов, n - положительное целое число), соседних во временной области, распределяются одному кластеру MS 101, имеется 6 последовательностей мозаичных элементов, соседних во временной области, распределяемых станции MS, и 2n мозаичных элементов в каждой последовательности мозаичных элементов. Для всех 2n мозаичных элементов используется картина размещения пилот-сигналов, определенная на фиг.5А. Один пример показан на фиг.6С.

[0058] На фиг.6С показан пример для структуры 605 пилот-сигналов в новом субкадре по стандарту IEEE 802.16m. Если в распределении имеется нерегулярный субкадр, то этот нерегулярный субкадр может находиться в конце. Тогда структура пилот-сигналов является такой, как показанная на фиг.6D.

[0059] На фиг.6D показан пример для структуры 607 пилот-сигналов кадра, которая принимает во внимание нерегулярный субкадр. Чтобы далее сделать возможными другие структуры пилот-сигналов, подход согласно одной форме осуществления изобретения предусматривает, что 2n мозаичных элементов могут быть некоторой комбинацией мозаичного элемента, показанного на фиг.5, и мозаичного элемента PUSC по IEEE 802.16е (или некоторой другой структуры мозаичного элемента с тем же самым размером, что и у мозаичного элемента PUSC, то есть 4×3 поднесущих в частотно-временной области).

[0060] Фиг.6Е и 6F иллюстрируют другие приводимые в качестве примера структуры 609 и 611 соответственно для применений с многими антеннами.

[0061] Численные результаты показаны на фиг.9A-9D. Во всех моделях канала PUSC и новая картина размещения пилот-сигналов имеют очень похожую оценку канала MSE. Ухудшение при использовании новой картины размещения составляет менее 1 дБ. OPUSC имеет намного худшую оценку канала MSE во всех случаях. В каналах типа Veh-A, где ширина полосы когерентности является малой, новая картина размещения пилот-сигналов дает выигрыш в MSE на 2~3 дБ по сравнению с OPUSC. В каналах типа Veh-B, где ширина полосы когерентности является большой, оценка канала MSE OPUSC имеет очевидный нижний предел ошибок.

[0062] Следовательно, когда используется лучшая оценка канала, новая картина размещения пилот-сигналов дает небольшое ухудшение (например, <1 дБ) в терминах MSE по сравнению с PUSC и превосходит OPUSC, когда ширина полосы когерентности канала является большой. Следует отметить, что моделирование коэффициента ошибок в битах (Bit Error Ratio, BER) для сравнения характеристик различных картин размещения пилот-сигналов не использовалось, потому что характеристика BER существенно зависит от конкретных схем модуляции и кодирования (Modulation and Coding Schemes, MCS). С различными схемами MCS различные способы оценки канала могут вести к существенно различным характеристикам BER. Поэтому оценка канала MSE является лучшим выбором для исследования влияния картины размещения на рабочие характеристики системы.

[0063] Фиг.7А и 7В - схемы соответственно мозаичного элемента с картиной размещения пилот-сигналов для использования в сценарии с многими антеннами, и приводимые в качестве примера последовательности мозаичных элементов, использующие мозаичный элемент фиг.7А согласно различным формам осуществления изобретения. Картина размещения 501 пилот-сигналов на фиг.5А может быть расширена на случай с многими антеннами, включая пространственно-временное кодирование (Space-Time Coding, STC), 2×2 MIMO и режим коллективного пользования (collaborative) линии UL