Система беспроводной связи с конфигурируемой длиной циклического префикса

Система беспроводной связи с конфигурируемой длиной циклического префикса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Испрашивание приоритета согласно 35 U.S.C. §119

Настоящая Заявка на патент заявляет приоритет Предварительной заявки № 60/577083, озаглавленной "FLO-TDD Physical Layer", зарегистрированной 4 июня 2004 года и переуступленной правопреемнику настоящей заявки и включенной в нее посредством ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам связи и, более конкретно, к способам передачи данных в системе беспроводной связи.

Уровень техники

Системы беспроводной связи широко используются для предоставления различных услуг связи, например, речевой передачи пакетных данных, широковещательной передачи мультимедийных данных, текстовых сообщений и т.п. Эти системы могут использовать мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM), которое является методом модуляции с множеством несущих, который позволяет обеспечивать хорошую производительность во многих беспроводных средах. OFDM разбивает общую ширину полосы системы на множество (S) ортогональных частотных поддиапазонов. Эти поддиапазоны также называются тонами, поднесущими, элементами разрешения и частотными каналами. В OFDM каждый поддиапазон связан с соответствующей несущей, которая может быть модулирована данными. До S символов модуляции можно передавать по S поддиапазонам в каждом периоде символов OFDM. До передачи символы модуляции преобразуются во временную область с помощью S-точечного обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) для генерирования преобразованного символа, который содержит S выборок временной области.

Ключевым атрибутом OFDM является возможность противодействовать разбросу задержек, являющемуся превалирующим феноменом в наземной системе связи. Разброс задержек беспроводного канала - это временной интервал или продолжительность импульсной характеристики беспроводного канала. Этот разброс задержек также является разностью между первым и последним экземпляром сигнала (или многолучевым распространением) в приемном устройстве для сигнала, передаваемого посредством беспроводного канала передающим устройством. Эти экземпляры сигнала могут проходить через прямой луч/луч прямой видимости и непрямые/переотраженные лучи, сформированные препятствиями в окружающей среде. Принимаемый сигнал в приемном устройстве является суперпозицией всех приходящих экземпляров сигнала.

Разброс задержек вызывает межсимвольные помехи (ISI), которые являются феноменом, при котором каждый символ в принимаемом сигнале действует как искажение для одного или более последующих символов в принимаемом сигнале. Это искажение ISI снижает производительность, влияя на способность приемного устройства корректно обнаруживать принимаемые символы. Разбросу задержек можно успешно противодействовать с помощью OFDM за счет повторения каждого преобразованного символа для формирования символа OFDM. Повторяемая часть называется циклическим префиксом или защитным интервалом. Длина циклического префикса равна числу выборок, которые повторяются для каждого преобразованного символа.

Длина циклического префикса определяет величину разброса задержек, которому можно противодействовать с помощью OFDM. Большая длина циклического префикса позволяет противодействовать большему разбросу задержек. Длина циклического префикса обычно устанавливается на основе максимального ожидаемого разброса задержек для данного процента (к примеру, 95%) приемных устройств в системе. Поскольку циклический префикс представляет дополнительные непроизводительные издержки для каждого символа OFDM, желательно иметь по возможности более короткую длину циклического префикса для снижения непроизводительных издержек.

Следовательно, в данной области техники существует потребность в способах снижения отрицательного влияния разброса задержек при уменьшении непроизводительных издержек.

Сущность изобретения

Заявлены способы передачи данных, позволяющие снизить отрицательное воздействие разброса задержек. Эти способы могут использоваться для различных типов передачи (к примеру, передача для конкретного пользователя, групповая и широковещательная передача) и для различных услуг (к примеру, услуга улучшенной широковещательной и групповой передачи (E-MBMS)).

Согласно варианту осуществления изобретения описано устройство, которое включает в себя контроллер и модулятор. Контроллер определяет предполагаемые зоны покрытия для множества передач, которые должны осуществляться в нескольких временных интервалах, и выбирает длину циклического префикса для этих передач на основе предполагаемых зон покрытия. Модулятор обрабатывает (к примеру, выполняет OFDM-модуляцию) передачи на основе выбранной длины циклического префикса.

Согласно другому варианту осуществления предусмотрен способ, в котором определяются зоны покрытия для множества передач, осуществляемых во множестве временных интервалов. Длины циклического префикса для этих передач выбираются на основе предполагаемых зон покрытия. Передачи обрабатываются на основе выбранных длин циклического префикса.

Согласно еще одному варианту осуществления описывается устройство, которое включает в себя средство определения предполагаемых зон покрытия для множества передач, которые должны осуществляться во множестве временных интервалов, средство выбора длин циклического префикса для этих передач на основе предполагаемых зон покрытия и средство обработки передачи на основе выбранных длин циклического префикса.

Согласно еще одному варианту осуществления предусмотрен способ, в котором длина циклического префикса выбирается из множества длин циклического префикса для передачи данных на основе максимального предполагаемого разброса задержек для передачи данных. Передача данных обрабатывается на основе выбранной длины циклического префикса.

Согласно другому варианту осуществления изобретения описано устройство, которое включает в себя контроллер и демодулятор. Контроллер принимает сигнализацию для, по меньшей мере, одной длины циклического префикса для, по меньшей мере, одной передачи, отправленной, по меньшей мере, в одном временном интервале. По меньшей мере, одна длина циклического префикса выбирается на основе предполагаемой зоны покрытия для, по меньшей мере, одной передачи. Демодулятор принимает и обрабатывает (к примеру, выполняет OFDM-демодуляцию), по меньшей мере, одну передачу на основе, по меньшей мере, одной длины циклического префикса.

Согласно еще одному варианту осуществления предусмотрен способ, в котором передаваемые сигналы принимаются, по меньшей мере, для одной длины циклического префикса, выбираемой для, по меньшей мере, одной передачи, осуществляемой, по меньшей мере, в одном временном интервале. По меньшей мере, одна передача обрабатывается на основе, по меньшей мере, одной длины циклического префикса.

Согласно еще одному варианту осуществления описывается устройство, которое включает в себя средство приема передаваемых сигналов, по меньшей мере, для одной длины циклического префикса, выбираемой для, по меньшей мере, одной передачи, осуществляемой, по меньшей мере, в одном временном интервале, и средство обработки, по меньшей мере, одной передачи на основе, по меньшей мере, одной длины циклического префикса.

Далее подробно описаны различные аспекты и варианты осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 иллюстрирует систему с базовыми станциями, имеющими различные размеры зон покрытия.

Фиг. 2 иллюстрирует систему с локальной и глобальной передачей.

Фиг. 3 иллюстрирует OFDM-модулятор.

Фиг. 4A, 4B и 4C иллюстрируют пилот-сигнал с 1-кратным, 2-кратным и 3-кратным смещением, соответственно.

Фиг. 5 иллюстрирует импульсную характеристику канала с избыточным разбросом задержек.

Фиг. 6A-6E иллюстрирует отношение сигнал/шум (SNR) для 95% покрытия при различных значениях мощности эффективного изотропного излучателя (EIRP), радиуса сотовой ячейки, длины циклического префикса и пилот-сигналов со смещением.

Фиг. 7 иллюстрирует 3-уровневую структуру суперкадра для передачи данных, пилот-сигналов и служебных сигналов.

Фиг. 8 иллюстрирует структуру кадра для системы TDD с W-CDMA и OFDM.

Фиг. 9 и 10 иллюстрирует два процесса для передачи данных таким образом, чтобы смягчить отрицательное воздействие разброса задержек.

Фиг. 11 иллюстрирует блок-схему базовой станции и терминала.

Подробное описание изобретения

Слово "примерный" используется в данном документе в смысле "служащий в качестве примера, отдельного случая или иллюстрации". Любой вариант осуществления, описанный в данном документе как "примерный", необязательно должен быть истолкован как предпочтительный или выгодный по сравнению с другими вариантами осуществления.

Описанные в данном документе способы передачи могут быть использованы для различных систем связи, которые используют различные методы радиосвязи, такие как OFDM, FDMA с перемежением (IFDMA) (который также называется распределенным FDMA), локализованный FDMA (LFDMA) (который также называется узкополосным FDMA или классическим FDMA), W-CDMA, cdma2000 и другие методы модуляции. OFDM, IFDMA и LFDMA - это методы радиосвязи с множеством несущих, которые эффективно разделяют общую ширину полосы системы на множество (S) ортогональных частотных поддиапазонов. OFDM передает символы модуляции в частотной области по всем или поднабору из S поддиапазонов. IFDMA передает символы модуляции во временной области по поддиапазонам, которые равномерно распределены по S поддиапазонам. LFDMA передает символы модуляции во временной области и, в типовом случае, по соседним поддиапазонам. Применение OFDM для одноадресной, групповой и широковещательной передачи также может рассматриваться в качестве различных методов радиосвязи. Приведенный выше перечень методов радиосвязи не является полным, и способы передачи также могут быть использованы для других методов радиосвязи, не упомянутых выше. Для простоты способы передачи описываются ниже для OFDM.

Фиг. 1 иллюстрирует систему 100 беспроводной станции с несколькими базовыми станциями 110 и несколькими терминалами 120. Для простоты на фиг. 1 показано только четыре базовых станции 110a-110d. Базовая станция - это, в общем, стационарная станция, которая обменивается данными с терминалами, и она также может быть определена как точка доступа, узел B, базовая приемо-передающая подсистема (BTS) или каким-либо другим термином. Каждая базовая станция 110 предоставляет покрытие связи для конкретной географической зоны 102. Термин "сотовая ячейка" может означать базовую станцию и/или ее зону покрытия в зависимости от контекста, в котором используется этот термин. Для простоты зона покрытия каждой базовой станции представлена идеальной окружностью на фиг. 1. В фактически развернутой системе зона покрытия каждой базовой станции в типовом случае имеет форму, которая отличается от идеальной окружности и зависит от различных факторов, таких как территория, преграды и т.п. Зоны покрытия базовых станций могут иметь один или различные размеры. В примере, показанном на фиг. 1, базовая станция 110a имеет наибольшую зону покрытия 102a, базовая станция 110b имеет следующую по величине зону покрытия 102b, базовая станция 110c имеет следующую по величине зону покрытия 102c, а базовая станция 110d имеет наименьшую зону покрытия 102d из четырех базовых станций, показанных на фиг. 1.

Терминал может быть стационарным или мобильным и также может называться мобильной станцией, беспроводным устройством, абонентским оборудованием, абонентским терминалом, абонентским устройством или каким-либо другим термином. Терминал может осуществлять связь с одной или множеством базовых станций по нисходящей и/или восходящей линии связи или не осуществлять связи в любой данный момент. Нисходящая линия связи (или линия прямой связи) относится к линии связи от базовых станций к терминалам, а восходящая линия связи (или линия обратной связи) относится к линии связи от терминалов к базовым станциям. Терминалы могут быть распределены по зонам покрытия базовых станций. Каждый терминал обнаруживает различный беспроводной канал, который зависит от размещения этого терминала относительно базовых станций в системе.

Базовые станции могут осуществлять широковещательную передачу различного содержимого (к примеру, аудио, видео, телетекста, данных, аудио-/видеоклипов и т.п.) в различных типах передач. Передача широкого охвата - это широковещательная передача посредством всех или большинства базовых станций в системе. Различные передачи широкого охвата могут транслироваться различными группами базовых станций в системе. Локальная передача - это широковещательная передача посредством поднабора базовых станций для данной передачи широкого охвата. Различные локальные передачи могут транслироваться различными поднаборами базовых станций для передачи широкого охвата. Локальные передачи и передачи широкого охвата можно рассматривать как передачи с различными уровнями покрытия. Зона покрытия для каждой передачи определяется всеми базовыми станциями, транслирующими эту передачу.

Фиг. 2 иллюстрирует систему 200 беспроводной связи с локальной передачей и передачей широкого охвата. Система 200 включает в себя зону 210 широкого охвата, которая включает в себя локальную зону 220. Зона широкого охвата и локальная зона - это просто различные зоны покрытия в системе. В общем, система может включать любое число зон широкого охвата и любое число локальных зон. Передача широкого охвата для данной зоны широкого охвата транслируется всеми базовыми станциями в этой зоне широкого охвата. Локальная передача для данной локальной зоны транслируется всеми базовыми станциями в этой локальной зоне.

В примере, показанном на фиг. 2, локальная зона 220 имеет три базовые станции. Терминал 120x в локальной зоне 220 может принимать одинаковые локальные передачи от всех трех базовых станций в этой локальной зоне, как показано на фиг. 2. Принимаемый сигнал в терминале 120x является суперпозицией всех экземпляров сигнала, принимаемых от этих трех базовых станций посредством прямых лучей (как показано на фиг. 2) и непрямых лучей (не показано на фиг. 2). Беспроводной канал терминала 120x для локальных передач состоит из всех прямых и непрямых лучей для всех трех базовых станций в локальной зоне 220.

Зона 210 широкого охвата имеет намного больше базовых станций, чем локальная зона 220. В примере, показанном на фиг. 2, терминал 120y в зоне 210 широкого охвата принимает одинаковые передачи широкого охвата от 19 базовых станций в двухуровневой решетчатой зоне 212, которая показана затенением в пределах пунктирного контура. Эти 19 базовых станций включают в себя центральную базовую станцию, шесть базовых станций в первом уровне или кольце вокруг центральной базовой станции и 12 базовых станций во втором уровне вокруг центральной базовой станции. Принимаемый сигнал в терминале 120y является суперпозицией всех экземпляров сигналов, принимаемых посредством прямых и непрямых лучей от всех этих 19 базовых станций. Беспроводной канал терминала 120y для передач широкого охвата состоит из всех прямых и непрямых лучей для 19 базовых станций в зоне 212.

Фиг. 1 и 2 иллюстрируют две примерные системы, в которых различные терминалы могут обнаруживать различные беспроводные каналы благодаря различным местоположениям в системе, различным размерам зон покрытия базовых станций и различным типам передачи. Эти различные типы передачи могут включать в себя одноадресные передачи, отправляемые конкретным терминалам, групповые передачи, отправляемые группам терминалов, и широковещательные передачи, отправляемые всем терминалам в зоне покрытия широковещательной передачи. Терминалы будут наблюдать различные разбросы задержек.

Максимальный ожидаемый разброс задержек для данной передачи, в общем, пропорционален размеру зоны покрытия для этой передачи. Максимальный ожидаемый разброс задержек для широковещательной передачи - это верхний предельный разброс задержек данной процентной доли терминалов, принимающих эту передачу. Например, 95% всех терминалов, принимающих широковещательную передачу, могут иметь разбросы задержек, меньшие или равные максимальному предполагаемому разбросу задержек. Максимальный ожидаемый разброс задержек, в общем случае, меньше для локальной передачи и больше для передачи широкого охвата, как показано на фиг. 2.

Максимальный ожидаемый разброс задержек для конкретной для пользователя передачи - это верхний предельный разброс задержек, обнаруживаемый терминалом, принимающим эту передачу для данной процентной доли реализаций. Например, терминал, принимающий передачу, может обнаруживать разброс задержек, меньший или равный максимальному предполагаемому разбросу задержек, в течение 95% времени. В передаче для конкретного пользователя максимальный ожидаемый разброс задержек в типовом случае (но необязательно) меньше для базовой станции с малой зоной покрытия и больше для базовой станции с большой зоной покрытия.

Конфигурируемая длина циклического префикса может быть использована для противодействия различным максимальным предполагаемым разбросам задержек для различных типов передачи (к примеру, локальных передач и передач широкого охвата) и для различных размеров зон покрытия базовых станций. Короткая длина циклического префикса может быть использована для передачи с меньшим максимальным предполагаемым разбросом задержек для уменьшения непроизводительных издержек, связанных с передачей циклического префикса. Эта передача может быть локальной передачей или конкретной для пользователя передачей в меньшей зоне покрытия. В отличие от этого, большая длина циклического префикса может быть использована для передачи с большим максимальным предполагаемым разбросом задержек, чтобы обеспечить возможность терминалу эффективно преодолевать межсимвольные помехи. Эта передача может быть передачей широкого охвата или передачей для конкретного пользователя в большей зоне покрытия.

Фиг. 3 иллюстрирует блок-схему OFDM-модулятора 300 для передающего устройства в OFDM-системе. Данные для передачи обычно сначала кодируются на основе схемы кодирования для генерации кодовых битов. Затем кодовые биты преобразуются в символы модуляции на основе схемы модуляции (к примеру, M-PSK или M-QAM). Каждый символ модуляции - это комплексное значение в сигнальной совокупности для схемы модуляции.

В каждом периоде символа OFDM один символ модуляции может передаваться в каждом поддиапазоне, используемом для передачи, а нулевой символ (который имеет значение сигнала нуль) передается в каждом неиспользуемом поддиапазоне. Символы модуляции и нулевые символы упоминаются как символы передачи. Блок ОБПФ 310 принимает S символов передачи для общего числа S поддиапазонов в каждом периоде символа OFDM, преобразует S символов передачи во временную область с помощью S-точечного ОБПФ и обеспечивает преобразованный символ, который содержит S выборок временной области. Каждая выборка является комплексным значением, которое должно передаваться в одном периоде выборки. Преобразователь 312 из параллельной формы в последовательную (P/S) преобразует в последовательную форму S выборок для каждого преобразованного символа. Затем генератор 314 циклических префиксов повторяет часть (или C выборок) каждого преобразованного символа для формирования OFDM-символа, который содержит S+C выборок. Циклический префикс используется для противодействия межсимвольным помехам, обусловленным разбросом задержек. Период символа OFDM (который также называется просто периодом символа) - это продолжительность одного символа OFDM, и он равен S+C периодам выборок.

Базовая станция может передавать пилот-сигнал с помощью мультиплексирования с частотным разделением каналов (FDM), мультиплексирования с временным разделением каналов (TDM), мультиплексирования с кодовым разделением каналов (CDM) и/или какой-либо другой схемы модуляции. Например, базовая станция периодически может передавать пилот-сигнал TDM, который может быть использован для синхронизации по времени, оценки по частоте и т.д. Также базовая станция может передавать пилот-сигнал FDM, который может использоваться для оценки канала. Пилот-сигнал FDM - это пилот-сигнал, передаваемый в P поддиапазонах, которые распределены по общему числу S поддиапазонов, где S>P>1.

Фиг. 4A иллюстрирует примерную схему 410 передачи пилот-сигналов FDM с 1-кратным смещением. Для схемы 410 с 1-кратным смещением пилот-сигнал FDM передается в одном наборе из P поддиапазонов. P поддиапазонов в наборе однородно распределены по общему числу S поддиапазонов, так что последовательные поддиапазоны в наборе отделены промежутком в D=S/P поддиапазонов. Таким образом, набор содержит поддиапазоны s₁, D+s₁, 2D+s₁ и т.д., где начальный индекс поддиапазона s₁ может быть любым целым значением между 1 и D. Пилот-сигнал FDM передается по одному набору из P поддиапазонов в каждом периоде символа OFDM, в котором передается пилот-сигнал FDM.

Фиг. 4B иллюстрирует примерную схему 420 передачи пилот-сигналов FDM с 2-кратным смещением. Для схемы 420 с 2-кратным смещением пилот-сигнал FDM передается по двум наборам из P поддиапазонов. P поддиапазонов в каждом наборе однородно распределены по общему числу S поддиапазонов. P поддиапазонов в первом наборе также смещены от P поддиапазонов во втором наборе на D/2 поддиапазонов. Первый набор содержит поддиапазоны s₂, D+s₂, 2D+s₂ и т.д., а второй поддиапазон содержит поддиапазоны s'₂, D+s'₂, 2D+s'₂ и т.п. Начальный индекс поддиапазона s₂ может быть любым целым значением между 1 и D/2, а индекс s'₂ может быть s'₂=s₂+D/2. Пилот-сигнал FDM может передаваться по двум наборам поддиапазонов в чередующихся периодах символов, к примеру, по первому набору поддиапазонов в нечетных периодах символов и по второму набору поддиапазонов в четных периодах символов.

Фиг. 4C иллюстрирует примерную схему 430 передачи пилот-сигналов FDM с 3-кратным смещением. Для схемы 430 с 3-кратным смещением пилот-сигнал FDM передается по трем наборам из P поддиапазонов. P поддиапазонов в каждом наборе однородно распределены по общему числу S поддиапазонов. P поддиапазонов в каждом наборе также смещены от P поддиапазонов в каждом из двух других наборов примерно на D/3 поддиапазонов. Первый набор содержит поддиапазоны s₃, D+s₃, 2D+s₃ и т.д., второй набор содержит поддиапазоны s'₃, D+s'₃, 2D+s'₃ и т.д., а третий набор содержит поддиапазоны s"₃, D+s"₃, 2D+s"₃ и т.д. Начальный индекс поддиапазона s₃ может быть любым целым значением между 1 и [D/3], индекс s'₃ может быть s'₃=s₃+[D/3], а индекс s"₃ может быть s"₃=s₃+2*[D/3], где [x] обозначает оператор взятия наибольшего целого числа, обеспечивающий целое значение, которое равно или больше x. Пилот-сигнал FDM может циклически проходить через три набора поддиапазонов, к примеру, передаваться по первому набору поддиапазонов в периоде символа n, затем по второму набору поддиапазонов в периоде символа n+1, затем по третьему набору поддиапазонов в периоде символа n+2, а затем снова по первому набору поддиапазонов в периоде символа n+3 и т.д.

Фиг. 4A-4C иллюстрируют три примерных пилот-сигнала со смещением. Пилот-сигнал со смещением, передаваемый в нескольких наборах поддиапазонов (к примеру, как показано на фиг. 4B или 4C), дает терминалу возможность (1) дискретизировать полосу пропускания системы на большее число поддиапазонов в частотной области и (2) получать оценку канала более высокого качества. В общем, пилот-сигнал FDM может передаваться по любому числу наборов поддиапазонов, и каждый набор может содержать любое число поддиапазонов. Пилот-сигнал FDM также может передаваться с различными конфигурациями смещения, которые указывают, какой диапазон следует использовать для пилот-сигнала FDM в каждом периоде символа. Например, пилот-сигнал FDM может передаваться в четырех наборах поддиапазонов для 4-кратного смещения в D наборах поддиапазонов для полного смещения и т.д.

Фиг. 5 иллюстрирует импульсную характеристику 500 беспроводного канала с избыточным разбросом задержек, который является разбросом задержек, большим длины циклического префикса. Импульсная характеристика канала состоит из Q канальных отводов с индексами 1-Q, где Q>C, когда имеется избыточный разброс задержек. Первые C канальных отводов определяются как магистральный канал, а оставшиеся Q-C канальных отводов - как избыточный канал. Принимаемый OFDM-символ в терминале образован суперпозицией передаваемого OFDM-символа, умноженного на каждый из Q канальных отводов. Циклический префикс длины C позволяет захватывать всю энергию канальных отводов от 1 до C. Этот циклический префикс не захватывает энергию канальных отводов от C+1 до Q.

Избыточный разброс задержек вызывает межсимвольные помехи. Каждый OFDM-символ вызывает помехи для последующего OFDM-символа вследствие избыточных канальных отводов от C+1 до Q. Каждый OFDM-символ также принимает помехи от предыдущего OFDM-символа вследствие избыточных канальных отводов. Межсимвольные помехи могут быть уменьшены за счет увеличения длины циклического префикса, к примеру, до C=Q.

Избыточный разброс задержек также ухудшает производительность оценки канала. Если пилот-сигнал FDM передан в P поддиапазонах, то оценка импульсной характеристики канала с P канальных отводов может быть получена на основе этого пилот-сигнала FDM. В типовом случае P выбирается равным C.

В этом случае избыточные канальные отводы от C+1 до Q не могут оцениваться вследствие недостаточного числа степеней свободы. Кроме того, импульсная характеристика беспроводного канала дискретизируется с пониженной частотой в частотной области посредством P поддиапазонов пилот-сигналов. Эта дискретизация с пониженной частотой приводит к помехе наложения спектров избыточного канала во временной области, так что отвод C+1 избыточного канала проявляется на отводе 1 магистрального канала, отвод C+2 избыточного канала проявляется на отводе 2 магистрального канала и т.д. Каждый отвод избыточного канала с помехой наложения спектров вызывает ошибку оценки соответствующего отвода магистрального канала. Ухудшение качества оценки канала вследствие избыточного разброса задержек может быть снижено посредством передачи пилот-сигнала FDM по большему числу поддиапазонов с использованием смещения. Длина оценки канальной импульсной характеристики (R) зависит от общего числа поддиапазонов, используемых для пилот-сигнала FDM, к примеру, R=P для 1-кратного смещения R=2P для 2-кратного смещения и R=3P для 3-кратного смещения. Пилот-сигнал со смещением обеспечивает возможность дискретизации Найквиста беспроводного канала даже при наличии избыточного разброса задержек и, следовательно, позволяет избежать оценки канала с помехой наложения спектров. В общем, большее смещение позволяет приемному устройству получать оценку канальной импульсной характеристики большей длины, которая позволяет уменьшить степень ухудшения оценки канала.

Длина циклического префикса и смещение пилот-сигнала может выбираться на основе различных факторов, к примеру, параметров структуры системы (к примеру, полосы пропускания системы, общего числа поддиапазонов и т.д.), типов передачи, предполагаемых зон покрытия для передач и т.д. Длина циклического префикса и смещение пилот-сигнала также может выбираться на основе различных метрик эффективности. Одной такой метрикой является кумулятивная функция распределения (CDF) отношения "полезной" принимаемой энергии к тепловому шуму и помехам, которое также называется отношением "сигнал/помеха и шум" (SNR). Полезная принимаемая энергия является суммой (1) энергии канала, которая попадает в пределы циклического префикса (CP), и (2) энергии канала, которая может быть собрана с использованием пилот-сигнала со смещением. Помехи образованы энергией канала за пределами циклического префикса, которая не может быть собрана с использованием пилот-сигнала со смещением.

SNR для различных пилот-сигналов со смещением может быть выражено следующим образом:

, (1)

,

,

,

где SNR_1x, SNR_2x и SNR_3x - это SNR для 1-, 2- и 3-кратного смещения, соответственно; SNR_ideal - это SNR наилучшего сценария, когда захватывается вся принимаемая энергия; а N₀ - это мощность шума, которая предположительно равняется N ₀ -2,16*10^-13 Вт.

В наборе уравнений (1) Rx Power - это общая принимаемая мощность в терминале. Rx Power Inside CP - это сумма принимаемой мощности от центральной базовой станции плюс значения мощности от других базовых станций, для которых задержки на распространение до терминала меньше циклического префикса. Rx Power Outside CP - это сумма значений принимаемой мощности от всех базовых станций, для которых задержки на распространение до терминала больше циклического префикса. Rx Power Collected with 2x (или 3x) Staggering" - это сумма значений мощности от всех базовых станций, собранная с помощью пилот-сигнала с 2- или 3-кратным смещением. Эта собранная мощность основана на допущении, что если задержка на распространение от данной базовой станции до терминала меньше длины смещения (которая является произведением коэффициента смещения на длину циклического префикса), то вся принимаемая энергия для этой базовой станции может быть собрана. Например, принимаемая мощность, собранная при 2-кратном смещении, может быть выражена как:

, уравнение (2)

где delay(i) - это задержка на распространение от базовой станции I, а CPL - это длина циклического префикса. Суммирование в уравнении (2) осуществляется для всех базовых станций с задержками на распространение меньшими или равными длине 2-кратного смещения, или в два раза превышающими длину циклического префикса.

В наборе уравнений (1) SNR_1x, SNR_2x, SNR_3x и SNR_ideal - это случайные переменные, которые зависят от местоположения терминала в системе. Эти случайные переменные можно оценить посредством математического моделирования для примерной системы с 19-сотовой 2-уровневой решетчатой структурой, к примеру, как показано затененной областью 212 в глобальной зоне 210 на фиг. 2. Табл. 1 перечисляет некоторые параметры, используемые для математического моделирования.

Таблица 1
Параметр	Символ		Значение
Частота дискретизации	f s		5,4 МГц
Период дискретизации	T s	Ts=1/f s	185,19 нс
Общее число поддиапазонов	S		1024
Число защитных поддиапа-зонов	G		136
Число используемых поддиапазонов	U	U=K-G	888
Число поддиапазонов пилот-сигналов	P		128
Длина циклического префикса	c		108 выборок
Длительность циклического префикса	T cp	T cp =C·T s	20 мкс
Длительность окна	T w	T W =W·T S	4,074 мкс
Общая длительность символа OFDM	T ofdm	T ofdm =(S+C+W)·T s	213,71 мкс

Математическое моделирование выполнялось для значений мощности эффективного изотропного излучателя (EIRP) в 2 кВт и 10 кВт, что соответствует мощности передачи в 53 дБ мВт и 60 дБ мВт, соответственно, при усилении передающей антенны, равном 10 дБ. Моделирование также выполнялось для различных радиусов сотовой ячейки. Моделирование выполнялось для длин циклического префикса в 108, 154, 194 и 237 выборок, что соответствует 20 мкс, 29 мкс, 36 мкс и 44 мкс, соответственно, для примерной системы, показанной в табл. 1.

Для каждой различной комбинации EIRP, радиуса сотовой ячейки и длины циклического префикса моделирование выполнялось при большом числе реализаций в различных размещениях зоны покрытия центральной базовой станции в 2-уровневой структуре. Затенение отличается для каждой реализации и определяется на основе случайной переменной затенения. SNR_1x, SNR_2x, SNR_3x и SNR_ideal определяются для каждой реализации. Для простоты многолучевое распространение при моделировании не учитывается. Мощность, принимаемая в терминале от каждой базовой станции, представляет собой мощность, принимаемую посредством прямого луча. Она равна мощности, передаваемой от этой базовой станции, за вычетом потерь на трассе распространения дБ. Общая принимаемая мощность в терминале равна сумме принимаемых мощностей для всех базовых станций в 2-уровневой структуре. CDF получается для каждой из четырех случайных переменных SNR_1x, SNR_2x, SNR_3x и SNR_ideal на основе значений SNR, полученных для всех реализаций этой случайной переменной.

Метрика эффективности "SNR для покрытия в 95%" используется для количественной оценки эффективности каждой случайной переменной. Величина SNR для покрытия в 95%, равная γ для данной случайной переменной означает, что 95% реализаций этой случайной переменной достигают значения SNR равного γ или лучше. Например, параметр SNR для покрытия 95% для случайной переменной SNR_ideal может быть выражен как:

, (3)

где - это SNR для покрытия 95% для случайной переменной SNR_ideal, а Pr (x) означает вероятность возникновения x.

Следующее соотношение можно установить для четырех случайных переменных:

. (4)

Разность в значениях SNR для покрытия 95% четырех случайных переменных указывает, (1) является ли данный циклический префикс достаточно длинным и (2) получены ли какие-либо улучшения за счет смещения пилот-сигнала.

Фиг. 6A-6E иллюстрируют результаты математического моделирования. Один чертеж предусмотрен для каждой отдельной комбинации EIRP и радиуса сотовой ячейки, которая моделировалась. Каждый чертеж включает в себя четыре столбчатые диаграммы для четырех различных длин циклического префикса. Каждая столбчатая диаграмма иллюстрирует SNR для покрытия 95% для каждой из трех случайных переменных SNR_1x, SNR_2X и SNR_3x для конкретной комбинации EIRP, радиуса сотовой ячейки и длины циклического префикса. В каждой столбчатой диаграмме SNR для покрытия 95% случайной переменной SNR_1x (т.е. ) - это значение SNR, соответствующее верху прямоугольника с перекрестной штриховкой, SNR для покрытия 95% случайной переменной SNR_2x (т.е. ) - это значение SNR, соответствующее верху зачерненного прямоугольника, а значение SNR для покрытия 95% случайной переменной SNR_3x (т.е. ) - это значение SNR, соответствующее верху прямоугольника с горизонтальной штриховкой. На каждом чертеже максимальное значение для вертикальной оси соответствует , который является SNR для покрытия 95%, если циклический префикс имеет достаточную длину для захвата принимаемой энергии.

На каждой столбиковой диаграмме зачерненного прямоугольника нет, если =, и горизонтально заштрихованного прямоугольника нет, если =. Высота зачерненного прямоугольника указывает величину улучшения, достигаемого при 2-кратном смещении в сравнении с 1-кратным смещением. Высота горизонтально заштрихованного прямоугольника указывает величину улучшения, достигаемого при 3-кратном смещении в сравнении с 2-кратным смещением. Совместная высота зачерненного прямоугольника и горизонтально заштрихованного прямоугольника указывает величину улучшения, достигаемого при 3-кратном смещении в сравнении с 1-кратным смещением. Отсутствие зачерненного прямоугольника указывает от