Устройство связи миллиметрового диапазона длин волн и способ интеллектуального управления мощностью передачи и плотностью потока мощности

Устройство связи миллиметрового диапазона длин волн и способ интеллектуального управления мощностью передачи и плотностью потока мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты настоящего изобретения относятся к технологии радиосвязи. Некоторые варианты изобретения относятся к связи в миллиметровом диапазоне длин волн (mmW) и к формированию диаграммы направленности. Некоторые варианты изобретения относятся к беспроводным персональным сетям (WPAN) и беспроводным локальным сетям (WLAN), использующим для связи частоты миллиметрового диапазона длин волн. Некоторые варианты изобретения относятся к сетям миллиметрового диапазона, работающим в соответствии с техническими условиями Альянса WiGig и/или стандартом IEEE 802.11ad для достижения очень высокой пропускной способности. Некоторые варианты изобретения относятся к области сотовой связи в соответствии со стандартом 3GPP LTE.

Уровень техники

Работа многих сетей связи подчиняется нормам, устанавливаемым регулятивными органами. Эти нормы могут содержать ограничения мощности передачи и плотности потока мощности. В США одним из таких регулятивных, устанавливающих нормы органов является Федеральная комиссия по связи (FCC). Одна из проблем, связанных с организацией сетей радиосвязи, состоит в необходимости удовлетворить этим ограничениям мощности передачи и плотности потока мощности, обеспечив в то же время достаточные пропускную способность и зону охвата связи, чтобы обслуживать большое число пользователей при минимальной задержке связи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 иллюстрирует функциональную блок-схему базовой станции миллиметрового диапазона длин волн в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 2А иллюстрирует спектральную плотность мощности (PSD) сигнала и спектральную плотность мощности шумов для пользовательского устройства (UE), который может использовать полную полосу частот канала связи;

Фиг. 2В иллюстрирует спектральную плотность мощности сигнала и спектральную плотность мощности шумов (PSD) для пользовательского устройства (UE), который может использовать полосу частот меньше полной полосы канала для связи в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 2С иллюстрирует увеличение дальности связи, которое может быть достигнуто при уменьшении полосы сигнала в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 3А иллюстрирует использование неинтерферирующих участков спектра согласно технологии многостанционного доступа с частотным уплотнением (FDMA) в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 3B иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 3C иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE с наложением некоторых лучей и различными мощностями передачи в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 4А иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE в физических ресурсных блоках (PRB) согласно технологии FDMA в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 4В иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE в блоках PRB согласно Фиг. 4А при различных мощностях передачи в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 4С иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE в блоках PRB согласно Фиг. 4А при различных мощностях передачи, как на Фиг. 4 В, в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 5А иллюстрирует прерывистые передачи устройствам UE в соответствии с технологией многостанционного доступа с временным уплотнением (TDMA);

Фиг. 5В иллюстрирует непрерывные передачи устройствам UE согласно технологии FDMA в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 6А иллюстрирует назначение групп устройств UE по многопользовательской технологии с большим числом входов и выходов (MU-MIMO) блокам PRB в соответствии с некоторыми вариантами изобретения;

Фиг. 6В иллюстрирует одновременные передачи устройствам UE в группах по технологии MU-MIMO согласно фиг. 6А в индивидуальных антенных лучах в соответствии с некоторыми вариантами изобретения; и

Фиг. 6С иллюстрирует одновременные передачи устройствам UE в группах по технологии MU-MIMO согласно Фиг. 6А в индивидуальных антенных лучах, где некоторые лучи накладываются один на другой, в соответствии с некоторыми вариантами изобретения.

Осуществление изобретения

Последующее описание и чертежи иллюстрируют конкретные варианты изобретения в достаточной степени, чтобы специалисты могли применить его на практике. Другие варианты реализации изобретения могут содержать структурные, логические, электрические, технологические и другие изменения. Части и признаки некоторых вариантов изобретения могут быть введены в другие варианты или заменены компонентами других вариантов изобретения. Варианты изобретения, описанные в формуле изобретения, охватывают все возможные эквиваленты этой формулы.

На Фиг. 1 показана функциональная блок-схема базовой станции 102 миллиметрового диапазона длин волн в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. В некоторых вариантах базовая станция 102 миллиметрового диапазона может представлять собой развитый Узел В (enhanced Node В (eNB)). В некоторых других вариантах базовая станция 102 может быть точкой доступа. Базовая станция 102 миллиметрового диапазона может содержать широкоапертурную антенную решетку 104 и процессор 106 для формирования диаграммы направленности (beamforming (BF)) с целью конфигурирования широкоапертурной антенной решетки 104 для передач нескольких лучей в миллиметровом диапазоне большому числу устройств UE. Базовая станция 102 миллиметрового диапазона может также содержать схему 108 физического уровня для генерации передаваемых сигналов и обработки принимаемых сигналов. Базовая станция 102 миллиметрового диапазона волн может также иметь процессорную схему 112 выполнения различных операций, описанных здесь.

В соответствии с вариантами изобретения процессор 106 для формирования диаграммы направленности может выделять для каждого устройства UE неинтерферирующий участок спектра из полной ширины полосы канала, так что ширина этого участка значительно меньше полной полосы частот канала, назначать мощность передачи для каждого устройства UE и формировать многолучевую диаграмму направленности, чтобы одновременно направить несколько антенных лучей на устройства UE. Это множество антенных лучей может быть конфигурировано для параллельной передачи потоков данных устройствам UE в пределах выделенного каждому устройству участка спектра и в соответствии с назначенной каждому устройству мощности передач.

В некоторых вариантах изобретения неинтерферирующий участок спектра в составе полной полосы частот канала может быть узким неинтерферирующим участком спектра, ширина которого значительно меньше полной полосы канала. В некоторых вариантах изобретения такой узкий неинтерферирующий участок спектра может быть намного уже полной полосы частот канала (например, не больше четверти полной ширины полосы канала, но предпочтительно меньше 1/10 полной полосы частот канала). В некоторых вариантах в системе связи по техническим условиям WiGig с полосой канала 2 ГГц, неинтерферирующий участок спектра может быть существенно уже (например, в 50 и 100 раз) полной полосы канала.

В некоторых вариантах изобретения для многолучевых передач может быть использована технология многостанционного доступа с пространственным уплотнением (SDMA) с применением технологии (MU-MIMO). В некоторых вариантах изобретения для многолучевых передач может быть также использована технология FDMA. Эти варианты изобретения более подробно описаны ниже.

В некоторых вариантах базовая станция 102 миллиметрового диапазона может работать в соответствии с техническими условиями WiGig. В некоторых вариантах изобретения базовая станция 102 миллиметрового диапазона может работать в соответствии со стандартом IEEE 802.11ad.

В некоторых вариантах изобретения процессор 106 для формирования диаграммы направленности выделяет неинтерферирующий участок спектра в полосе канала с целью уменьшения полосы сигнала для каждого устройства UE, чтобы увеличить спектральную плотность мощности сигнала (PSD) для каждого устройства UE без превышения предельного значения суммарной мощности передачи (Pmax), предельного значения плотности потока мощности сигнала (Smax) или предельного значения спектральной плотности мощности сигнала (PSD).

В некоторых вариантах изобретения длина и ширина широкоапертурной антенной решетки 104 могут быть по меньшей мере в 10 раз больше длины волны сигнала миллиметрового диапазона, используемого для связи. Это позволяет формировать очень узкие антенные лучи, а также одновременно передавать много антенных лучей.

В некоторых вариантах процессор может выделять из полной полосы канала для каждого устройства UE неинтерферирующий участок спектра, что позволит уменьшить полосу частот для каждого устройства UE и увеличить спектральную плотность PSD для каждого устройства UE без превышения ограничения суммарной мощности передачи, ограничения плотности потока мощности сигнала и ограничения спектральной плотности мощности PSD. В этих вариантах изобретения процессор для формирования диаграммы направленности может также выделять мощность передач для каждого устройства UE таким образом, чтобы суммарная мощность передач для устройств UE не превысила ограничения суммарной мощности передач для полной полосы частот канала. Процессор для формирования диаграммы направленности может также выделять мощность передач для каждого устройства UE так, чтобы плотность потока мощности сигнала ни в одном из антенных лучей не превышала ограничения плотности потока мощности сигнала. Процессор для формирования диаграммы направленности может также выделять мощности передачи каждому устройству UE так, чтобы спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

В этих вариантах изобретения ограничение суммарной мощности передачи может быть выражено заданным числом милливатт (мВт). Плотность потока мощности сигнала может быть выражена уровнем мощности на единицу площади поверхности на заданном расстоянии от антенны (например, микроватт на квадратный сантиметр (мкВт/см²)). Плотность потока мощности сигнала может быть указана как плотность мощности в пределах некоторого телесного угла в пространстве. Ограничение плотности потока мощности сигнала может быть нарушено при передаче большой мощности в очень остром луче. Технология MU-MIMO с передачей множества лучей позволяет уменьшить плотность потока мощности в любом заданном направлении. Ограничение спектральной плотности PSD может быть выражено плотностью энергии в функции частоты. Ограничение спектральной плотности PSD может быть нарушено, если передавать большую мощность в узкой полосе частот.

В некоторых вариантах предельное значение спектральной плотности PSD может быть основано на спектральной маске передачи, которая может быть задана для передаваемого спектра. В некоторых вариантах эта спектральная маска передачи может определять передаваемый спектр в дБ относительно максимальной спектральной плотности сигнала.

В некоторых вариантах при использовании технических условий WiGig спектр передаваемых сигналов по уровню 0 dBr (дБ относительно уровня максимальной спектральной плотности сигнала) может иметь ширину не более 1.88 ГГц, а также спектр может иметь уровень -20 дБ при расстройке на 1.2 ГГц, уровень -25 дБ при расстройке на 1.8 ГГц и уровень -30 дБ при расстройке на 2.2 ГТц и более в каналах, в которых устройство является передающим. В этих вариантах разрешающая способность по частоте может составлять 1 МГц, а маска передачи может быть основана на пакетах данных продолжительностью больше 10 мкс без полей настройки.

В некоторых вариантах базовая станция 102 миллиметрового диапазона может осуществлять связь с использованием технологии многостанционного доступа с ортогональным частотным уплотнением (OFDMA) на частотах миллиметрового диапазона. Сигналы OFDMA могут иметь множество близко расположенных поднесущих и могут быть сформированы с использованием конкретной схемы модуляции и кодирования (MCS).

На Фиг. 2А показаны спектральные плотности PSD сигнала и шумов для устройства UE, которое может использовать для связи полную полосу 212 частот канала. Так как энергия сигнала распределена по всей полосе 212 канала, спектральная плотность PSD сигнала может оказаться не намного больше спектральной плотности PSD шумов.

На Фиг. 2В показаны спектральные плотности PSD сигнала и шумов для устройства UE, которое может использовать для связи полосу меньше полной полосы 212 частот канала в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. Как проиллюстрировано, на Фиг. 2В при выделении в полосе 212 канала неинтерферирующего участка 202 спектра меньшей ширины, чем полоса 212 канала (т.е. использование только части полосы канала), выделенная устройству UE полоса частот сигнала уменьшается, чтобы увеличить спектральную плотность PSD сигнала без увеличения спектральной плотности PSD шумов. Так как энергия сигнала распределена по более узкому участку спектра (неинтерферирующий участок 202 спектра) спектральная плотность PSD сигнала может быть намного больше спектральной плотности PSD шумов.

На Фиг. 2С показано увеличение дальности связи, которое может быть достигнуто при уменьшении полосы частот сигнала в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. Как показано на Фиг. 2С, при использовании полной полосы 212 частот канала можно получить максимальную дальность 220, однако сужение полосы канала может дать увеличение максимальной дальности до уровня 222.

Фиг. 3А иллюстрирует использование неинтерферирующих участков спектра в соответствии с технологией FDMA согласно некоторым вариантам изобретения. Как показано на Фиг. 3А, каждому устройству UE может быть выделен неинтерферирующий участок 302 спектра в пределах полной полосы 312 частот канала для связи по технологии FDMA. Фиг. 3В иллюстрирует параллельную передачу множества антенных лучей 304 устройствам UE 304 в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. На Фиг. 3C показана параллельная передача большого числа антенных лучей устройствам UE 304, так что некоторые лучи 350 накладываются один на другой, а также при выделении лучам различных уровней мощности передач в соответствии с некоторыми вариантами изобретения.

В вариантах изобретения, иллюстрируемых на Фиг. 3А и 3В, процессор 106 для формирования диаграммы направленности (Фиг. 1) может выделять каждому устройству UE в полосе 312 канала неинтерферирующий участок 302 спектра, который существенно уже этой полосы 312 канала. Процессор 106 для формирования диаграммы направленности может также формировать многолучевую диаграмму направленности, чтобы одновременно направить множество антенных лучей 320 в системе MU-MIMO на устройства UE 304 для параллельной передачи потоков данных этим устройствам UE 304 в пределах выделенного каждому устройству участка спектра и с назначенной для него мощностью передач.

В некоторых вариантах изобретения процессор 106 для формирования диаграммы направленности может также назначать мощности передач для каждого устройства UE так, чтобы сумма выделенных мощностей передач не превышала ограничения мощности передачи (Pmax) для полосы частот канала, а плотность потока мощности передаваемого сигнала в любом из антенных лучей 320 была ниже предельного значения плотности потока мощности сигнала. Для антенных лучей, которые накладываются один на другой, (например, антенные лучи 350 (Фиг. 3C)) мощности передач для устройств UE могут быть выбраны так, чтобы ни в одном из этих накладывающихся антенных лучей 350 плотность потока мощности сигнала не превышала предельного значения плотности потока мощности сигнала. В этих вариантах изобретения мощности передач для каждого устройства могут быть назначены так, чтобы сумма этих назначенных мощностей не превысила доступную мощность передачи (Po) антенной решетки 104. Процессор 106 для формирования диаграммы направленности может также определить мощность передач для каждого устройства UE так, чтобы спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

В некоторых вариантах изобретения процессор 106 для формирования диаграммы направленности может так назначать мощности передач для каждого устройства UE, чтобы максимизировать суммарную пропускную способность для большого числа устройств UE. В некоторых вариантах изобретения множество устройств UE могут находиться в ячейке базовой станции 102 миллиметрового диапазона длин волн. В этих вариантах процессор 106 для формирования диаграммы направленности может так выделять мощность передач каждому устройству UE, чтобы максимизировать пропускную способность ячейки. В некоторых вариантах изобретения выделение мощности передач может также предусматривать задание мощности передач, используемой для связи с каждым устройством UE.

В некоторых вариантах изобретения ограничение мощности передач регламентируется правительственным или иным регулирующим органом, таким как FCC. В некоторых вариантах изобретения ограничение плотности потока мощности сигнала регламентируется FCC в качестве максимального разрешенного предельного значения плотности потока мощности сигнала.

Соответственно, при сужении полосы частот сигнала в несколько раз (то есть при переходе к узкому неинтерферирующему участку 302 спектра от всей ширины полосы канала) за счет передачи энергии в различных направлениях (то есть, в разных антенных лучах), можно увеличить спектральную плотность PSD в конкретном направлении без превышения установленных комиссией FCC ограничений мощности передач или ограничений плотности потока мощности сигнала. Это позволяет улучшить связь на больших расстояниях и улучшить связь при неблагоприятных условиях в канале. В некоторых вариантах изобретения установленное комиссией FCC предельное значение мощности передачи (Pmax) может составлять 500 мВт, а установленное комиссией FCC предельное значение плотности потока мощности сигнала (Smax) может быть 18 мкВт/см, хотя в других случаях это не является нормативным требованием, поскольку варианты настоящего изобретения одинаково применимы и для других значений мощности передачи и плотности потока мощности сигнала.

В некоторых примерах вариантов изобретения неинтерферирующий участок 302 спектра может содержать от одного до трех физических ресурсных блоков (PRB), а полоса частот канала содержит по меньшей мере пятьдесят блоков PRB. Каждый блок PRB может занимать полосу приблизительно 40 МГц, хотя варианты изобретения не ограничиваются этим параметром. Полоса частот канала может составлять до 2 ГГц. В некоторых вариантах неинтерферирующий участок 302 спектра может содержать множество поднесущих OFDM. Каждый блок PRB, например, может иметь заданное количество поднесущих. В некоторых вариантах для передачи сигналов OFDM, которые могут иметь примерно 20 поднесущих на один блок PRB, может быть использовано быстрое преобразование Фурье (FFT) по 1024 точкам.

В некоторых вариантах изобретения процессорная схема 112 (Фиг. 1) базовой станции 102 миллиметрового диапазона может генерировать команды для информирования каждого устройства UE о выделенном ему неинтерферирующем участке 302 спектра. В этих вариантах приемник (т.е. приемник устройства UE) может применять фильтрацию, установив полосу фильтрации для обработки нисходящих сигналов с уменьшенной полосой, принимаемых от базовой станции 102 миллиметрового диапазона. Это позволяет увеличить отношение сигнал/шум (SNR) в устройстве UE. Полоса фильтрации может быть равна уменьшенной полосе частот сигнала (узкий неинтерферирующий участок 302 спектра). В некоторых вариантах, в системе использующей стандарт LTE, нисходящие сигналы могут передаваться по физическому совместно используемому нисходящему каналу (PDSCH), а команды могут передаваться в сообщениях протокола управления радио ресурсами (RRC) по физическому нисходящему каналу управления (PDCCH).

В некоторых вариантах процессор 106 для формирования диаграммы направленности может конфигурировать антенную решетку 104, чтобы нацеливать по одному антенному лучу 320 на каждое устройство UE в соответствии с текущим направлением на это устройство UE (Фиг. 3В). На устройства UE, расположенные в одном и том же направлении, могут быть направлены накладывающиеся один на другой антенные лучи 350. Для таких накладывающихся антенных лучей (например, антенные лучи 350 на Фиг. 3С) мощности передач для устройств UE определяются так, чтобы суммарная плотность потока мощности сигнала в результате наложения антенных лучей 350 была ниже предельного значения плотности потока мощности сигнала. Как показано на Фиг. 3C, для устройств UE 304, расположенных в одном и том же направлении от антенной решетки, можно формировать накладывающиеся антенные лучи 350, поскольку каждому устройству UE 304 выделяют свой неинтерферирующий участок 302, что позволяет осуществлять связь в соответствии с технологией FDMA. Например, накладывающиеся антенные лучи 350 на Фиг. 3C могут использовать неинтерферирующие участки спектра для устройств UE 4, 5 и 6, показанных на Фиг. 3A. В примере, изображенном на Фиг. 3В, антенным лучам для всех устройств UE (№1-6) может быть назначена одинаковая мощность передач. Как показано на Фиг. 3C, устройства UE №4, №5 и №6 могут располагаться в одном и том же общем направлении относительно широкоапертурной антенной решетки 104. В этом примере устройство UE №4 может находиться ближе, так что его антенна может быть конфигурирована для работы с меньшей заданной мощностью, чем для устройства UE №6, который может находиться дальше. На Фиг. 3С размер антенного луча 350 отражает заданный в этом луче уровень мощности передач (например, чем больше антенный луч, тем больше мощность передач в этом луче).

В некоторых вариантах распределение мощности передачи может быть выбрано на основании передаточной функции канала к конкретному устройству UE, достижимого коэффициента усиления антенны в направлении этого устройства UE и доступной мощности передачи, а также для того чтобы максимизировать суммарную пропускную способность для всех устройств UE. Как описано выше, назначение мощности передач каждому устройству UE может быть выбрано так, чтобы сумма мощностей передач не превышала ограничения мощности передач для полосы частот канала, чтобы плотность потока мощности сигнала в любом из антенных лучей 320 была ниже предельного значения плотности потока мощности сигнала и чтобы спектральная плотность PSD соответствовала спектральной маске передачи.

Фиг. 4А иллюстрирует одновременную передачу нескольким устройствам UE в блоках PRB согласно технологии FDMA в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. В этих вариантах процессор 106 для формирования диаграммы направленности конфигурирует несколько лучей для передачи в соответствии с технологией FDMA, где один или более блоков PRB 402 выделяют каждому устройству UE. В этих вариантах узкий участок спектра полосы 412 частот канала, выделяемый устройству UE, может содержать один или более блоков PRB 402. Каждый блок PRB 402 может, например, содержат некоторое количество поднесущих OFDM. В некоторых вариантах с использованием технологии FDMA/OFDMA один блок PRB 402 может быть выделен группе из двух или больше устройств UE.

Фиг. 4В иллюстрирует параллельную передачу нескольких лучей устройствам UE в блоках PRB согласно Фиг. 4А при различных мощностях передач в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. В этих вариантах уровень мощности 440, выделенный для устройства UE, может базироваться по меньшей мере частично на одном или нескольких факторах: потерях в тракте передачи, уровне помех, расстоянии до устройства UE и необходимом или желательном уровне качества обслуживания (QoS) для потока данных. Например, конкретному устройству UE может быть выделена большая мощность для достижения более высокого уровня QoS, а другому устройству UE может быть выделена меньшая мощность, чтобы получить меньший уровень QoS. Например, большую мощность можно выделить конкретному устройству UE, расположенному дальше от антенной решетки, имеющему более высокие потери в тракте передачи сигнала или подверженному воздействию более сильных помех, чем устройству UE, находящемуся ближе, имеющему меньшие потери в тракте или подверженному влиянию менее сильных помех.

Фиг. 4С иллюстрирует одновременную передачу множества антенных лучей устройствам UE в блоках PRB согласно Фиг. 4А при различных распределениях мощности передачи на Фиг. 4В в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. Как показано на Фиг. 4В для устройства UE №1 может быть выделена большая мощность, чем для устройства UE №2, для устройств UE №3-UE №(k-1) может быть выделена меньшая мощность, а также другой уровень мощности 440 может быть назначен для устройства UE №k. Соответствующие заданные уровни мощности для антенных лучей 450 показаны на Фиг. 4С.

Фиг. 5А иллюстрирует прерывистые передачи устройствам UE в соответствии со стандартной технологией TDMA. Передачи разным устройствам UE обычно разносят по времени. В случае большого количества пользователей (например, несколько сотен) такая технология TDMA приводит к трафику с передачей данных пачками и значительным задержкам для любого индивидуального пользователя. Как показано на Фиг. 5А физическая задержка 501 может зависеть от количества пользователей.

Фиг. 5В иллюстрирует непрерывную передачу устройствам UE согласно технологии FDMA в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. В этих вариантах процессорная схема 112 (Фиг. 1) может одновременно планировать передачи по расписанию большому числу устройств UE через схему 108 физического уровня в неинтерферирующих участках 502 спектра в полосе канала согласно технологии FDMA. В некоторых вариантах процессорная схема 112 может планировать непрерывные передачи большому числу устройств UE через схему 108 физического уровня в неинтерферирующих участках 502 спектра в полосе канала согласно технологии FDMA. Без использования технологии FDMA передачи разным устройствам UE пришлось бы разносить по времени, как показано на Фиг. 5А. Использование технологии FDMA направлено на решение проблем ожидания и задержек путем распределения спектра между устройствами UE так, чтобы каждое устройство UE могло получать данные непрерывно и с минимальной задержкой, вносимой схемами физического уровня в передающем или приемном устройстве. Хотя сужение полосы частот может привести к снижению пропускной способности для конкретного устройства UE, можно выбрать достаточную пропускную способность для поддержания требуемого уровня QoS.

Фиг. 6А иллюстрирует назначение групп устройств UE в системе MU-MIMO разным блокам PRB в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. Фиг. 6В иллюстрирует параллельную передачу устройствам UE в группах системы MU-MIMO согласно Фиг. 6А в индивидуальных антенных лучах в соответствии с некоторыми вариантами изобретения. Фиг. 6С иллюстрирует параллельную передачу устройствам UE в группах системы MU-MIMO согласно Фиг. 6А в индивидуальных антенных лучах, где некоторые из этих лучей накладываются один на другой в соответствии с некоторыми вариантами.

В этих вариантах изобретения процессор 106 для формирования диаграммы направленности (Фиг. 1) может конфигурировать многолучевые передачи в соответствии с технологией MU-MIMO. Процессор 106 для формирования диаграммы направленности может назначить группы устройств UE в системе MU-MIMO соответствующим блокам PRB 602 (Фиг. 6А) и генерировать передачи в формате OFDMA каждой такой MU-MIMO группе. Этот процессор 106 для формирования диаграммы направленности может также конфигурировать широкоапертурную антенную решетку 104, чтобы нацелить антенный луч 620 на каждое устройство UE в соответствии с направлением от антенной решетки на это устройство UE (Фиг. 6В и Фиг. 6С). Устройствам UE, расположенным в одном направлении от антенной решетки, могут быть назначены разные блоки PRB.

В примере, показанном на Фиг. 6А, устройством UE группы №1 (т.е. устройствам UE 1, 4 и 7) может быть назначен первый блок PRB, устройствам UE группы UE №2 (т.е. устройствам UE 2, 5 и 8) может быть назначен второй блок PRB и устройствам UE группы UE №3 (т.е. устройствам UE 3, 6 и 9) может быть назначен третий блок PRB. Как показано на Фиг. 6В, процессор 106 для формирования диаграммы направленности может конфигурировать широкоапертурную антенную решетку 104, чтобы направить свой антенный луч 620 на каждое устройство UE. Как показано на Фиг. 6С, устройства UE 4, 5 и 6 могут быть расположены в одном и том же направлении и им могут быть назначены разные блоки PRB так, чтобы исключить помехи между частотами соответствующих антенных лучей 650.

В этих вариантах передача по технологии OFDMA для группы оконечных устройств MU-MIMO UE может использовать один и тот же набор поднесущих OFDM и быть конфигурирована в соответствии с технологией MU-MIMO. Другими словами, поток данных для каждого UE может быть передан в формате OFDMA для группы устройств UE в системе MU-MIMO, совместно использующей блок PRB. Устройства UE группы MU-MIMO могут использовать обработку стандарта MU-MIMO для декодирования предназначенного для них потока данных.

В примере, показанном на Фиг. 6В, заданные мощности для антенных лучей могут быть одинаковыми для всех устройств UE (UE 1-9). В примере, показанном на Фиг. 6С, могут быть заданы одинаковые мощности для антенных лучей для некоторых устройств UE (устройства UE 1-3, 5 и 7-9), для устройства UE №6 может быть задана повышенная мощность и для устройства UE №4 - пониженная мощность.

В этом примере показано, что устройство UE №4 расположено ближе к широкоапертурной антенной решетке 104, а следовательно, для него задана меньшая мощность, чем для устройства UE №6, однако, как описано выше, на выбор заданной мощности антенного луча для конкретного устройства UE могут влиять различные факторы.

В некоторых вариантах широкоапертурная антенная решетка 104 может иметь множество антенных модулей. Каждый модуль может содержать подрешетку и ВЧ модуль формирования луча, связанный с процессором 106 для формирования диаграммы направленности. В этих вариантах антенная решетка 104 может представлять собой модульную антенную решетку с очень большой апертурой (МАА). В этих вариантах в процессоре 106 формирования диаграммы направленности используется ВЧ модуль для формирования луча, позволяющий генерировать множество антенных лучей, как описано здесь. Физический размер антенной решетки может быть очень большим по сравнению с длиной волны (т.е. больше 10-кратной длины волны), что позволяет формировать очень узкие лучи и/или множество узких лучей одновременно.

В некоторых вариантах, согласно техническим условиям WiGig базовая станция 102 миллиметрового диапазона может осуществлять связь в диапазоне 60 ГГц с отдельными устройствами UE с использованием полной полосы частот канала. В этих вариантах полная полоса канала может составлять 2 ГГц. В этих вариантах базовая станция миллиметрового диапазона передает устройствам UE команду запрета использовать полную полосу канала шириной 2 ГГц, если устройству UE выделен неинтерферирующий участок спектра в этой полной полосе, и осуществлять связь с устройством UE в этой более узкой полосе.

В этих вариантах ограничение суммарной мощности передач и максимальная плотность потока мощности сигнала на заданном расстоянии могут соответствовать требованиям комиссии FCC (например, для миллиметрового диапазона 59.05-64 ГГц, это максимум 500 мВт и 18 мкВт/см², измеренные на расстоянии 3 м от антенны). В некоторых вариантах частоты миллиметрового диапазона, используемые базовой станцией 102 миллиметрового диапазона волн для связи с устройствами UE, могут находиться в диапазоне около 60 ГГц (V-диапазон), но могут быть также в пределах от 30 ГГц до 70 ГГц или выше.

В некоторых вариантах схема физического уровня 108 (Фиг. 1) может получать сигналы 109 видеодиапазона от процессора видеодиапазона. Сигналы видеодиапазона могут представлять собой поток данных каждому устройству UE. Передаваемые потоки данных, могут содержать индивидуально адресуемые пакеты данных.

В некоторых вариантах осуществления изобретения при связи по стандарту LTE блок PRB может иметь размер 12 поднесущих в частотной области и 0.5 мс во временной области. Блоки PRB могут быть выделены парами (во временной области). В этих вариантах блок PRB может содержать множество ресурсных элементов (RE). Элемент RE может содержать одну поднесущую на один символ.

В некоторых вариантах интеллектуальная технология управления мощностью луча MU-MIMO используется для оптимизации пропускной способности станции системы MU-MIMO, оборудованной широкоапертурной антенной решеткой и подпадающей под действие регламентируемых (например, комиссией FCC) ограничений суммарной мощности передачи и пиковой плотности потока мощности излучения. В этих вариантах используются технологии пространственного уплотнения (SDMA или MU-MIMO) и частотного уплотнения (FDMA или OFDMA), с помощью которых создается очень гибкая и мощная система связи в миллиметровом диапазоне. Варианты изобретения включают несколько способов использования частотного уплотнения (в дополнение к MU-MIMO или SDMA), чтобы улучшить различные характеристики системы, такие как агрегированная пропускная способность, зона охвата, количество пользователей, одновременно обслуживаемых точкой доступа или базовой станцией, и т.д. Например, количество пользователей, одновременно обслуживаемых базовой станцией 102 миллиметрового диапазона, может достигать нескольких сотен и больше, тогда как каждое устройство UE может принимать поток данных со скоростью более 10 Мбит/с с задержкой около 1 мс. Это может быть достигнуто в пределах ограничений суммарной мощности передач и плотности потока мощности сигнала, излучаемого базовой станцией, в соответствии с требованиями комиссии FCC.

Как описано выше, некоторые варианты изобретения могут совместно использовать технологию SDMA (MU-MIMO) и технологию FDMA в миллиметровом диапазоне. В этих вариантах изобретения FDMA-спектр сигнала может быть разделен на участки и различные участки могут быть выделены одним и тем же или разным пользователям. В некоторых вариантах спектр делится на несколько участков равной ширины. Например, при модуляции OFDM весь набор поднесущих OFDM может быть разделен на несколько подмножеств равного размера, и эти подмножества могут быть выделены для одного и того же или разных устройств UE. Минимальное подмножество поднесущих, которое может быть выделено одному пользователю, может составлять один PRB.

В некоторых вариантах технологий FDMA и OFDMA одно устройство UE может обслуживаться с использованием только части спектра. Это свойство можно эффективно использовать разными способами; один способ состоит в осуществлении связи с очень удаленными пользователями, которые иначе остались бы вне зоны радиопокрытия базовой станции из-за ограничений на полную мощность передач или плотность потока мощности сигнала базовой станции. В отсутствие помех возможность связи между двумя абонентскими станциями может быть определена возможностью одной абонентской станции обеспечить в приемнике другой абонентской станции отношение SNR (сигнал/шум) выше пороговой величины (которая зависит от схемы модуляции и кодирования (MCS), используемой пользователем для связи). Отношение SNR для принимаемого сигнала, в свою очередь, зависит от мощности передач, потерь в тракте передачи сигнала (уменьшения мощности сигнала при увеличении расстояния) и мощности шумов в приемнике. Другое наблюдение состоит в том, что мощность шумов в приемнике пропорциональна полосе частот сигнала станции, используемой для связи. Поэтому при сужении полосы частот сигнала в несколько раз и при сохранении суммарной мощности передач подобное увеличение SNR в приемнике может быть достигнуто без изменения мощности передачи или настроек формирования диаграммы направленности в передатчике - исключительно из-за уменьшения принимаемой мощности шумов.

Это может быть также объяснено в терминах спектральной плотности мощности (PSD), которая представляет собой отношение мощности сигнала (шумов) к полосе частот сигнала (шума). Так как приемник фильтрует сигнал, полоса частот фильтрации становится равной полосе частот сигнала (чтобы позволяет ф