Системы и способы эксплуатации областей когерентности в беспроводных системах

Системы и способы эксплуатации областей когерентности в беспроводных системах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники.

Многопользовательские беспроводные системы, известные из уровня техники, могут включать в себя только одну базовую станцию или несколько базовых станций.

Одна базовая станция WiFi (например, использующая протоколы 2,4 ГГц 802.11b, g или n), присоединенная к широкополосному кабельному интернет-соединению в области, где отсутствуют другие точки доступа WiFi (например, точка доступа WiFi, соединенная с DSL в доме, в сельской местности), представляет собой пример относительно простой многопользовательской беспроводной системы, которая представляет собой систему с одной базовой станцией, совместно используемой одним или больше пользователями, которые находятся в пределах ее дальности передачи. Если пользователь находится в том же помещении, где расположена беспроводная точка доступа, то пользователь обычно получает высокоскоростное соединение с малым количеством прерываний передачи (например, может происходить потеря пакетов из-за источников взаимных помех на частоте 2,4 ГГц, таких как микроволновые печи, но не в результате совместного использования спектра с другими устройствами WiFi), Если пользователь находится на среднем расстоянии, или если небольшое количество препятствий расположено на пути между пользователем и точкой доступа WiFi, то пользователь, вероятно, будет иметь соединение со средней скоростью. Если пользователь приближается к кромке дальности действия точки доступа WiFi, то пользователь, вероятно, будет иметь низкоскоростное соединение, и может происходить периодическая потеря связи, если изменения в канале приведут к падению уровня SNR сигнала ниже используемых уровней. И, в конечном итоге, если пользователь находится за пределами дальности действия базовой станции WiFi, то пользователь не будет иметь соединения вообще.

Когда множество пользователей одновременно получают доступ к базовой станции WiFi, тогда доступная полоса пропускания данных распределяется между ними. Разные пользователи обычно устанавливают разные требования к пропускной способности базовой станции WiFi в заданный момент времени, но время от времени, когда совокупные потребности пропускной способности превышают доступную пропускную способность базовой станции WiFi для пользователей, некоторые или все пользователи получают меньшую пропускную способность данных, чем они хотели бы. В чрезвычайной ситуации, когда точка доступа WiFi совместно используется очень большим количеством пользователей, пропускная способность для каждого пользователя может ухудшаться до очень низкого уровня, и что еще хуже, пропускная способность для каждого пользователя может обеспечиваться в течение коротких периодов, разделенных длительными периодами отсутствия пропускной способности данных вообще, во время которых обслуживаются другие пользователи. Такая ''нарезанная'' доставка данных может нарушить работу определенных приложений, таких как потоковая передача мультимедийных данных.

Добавление дополнительных базовых станций WiFi в ситуациях с большим количеством пользователей помогает только в определенной степени. В пределах полосы пропускания ISM 2,4 ГГц в США, существуют 3 не оказывающих взаимных помех друг другу канала, которые могут использоваться для WiFi, и если 3 базовых станции WiFi в одной и той же области обслуживания сконфигурированы так, что каждая из них использует разный, не оказывающий взаимной помехи друг другу канал, тогда объединенная пропускная способность области обслуживания между многими пользователями увеличивается с коэффициентом 3. Но, помимо этого, добавление большего количества базовых станций WiFi в той же области обслуживания не приведет к увеличению общей пропускной способности, поскольку они начнут совместно распределять один и тот же доступный спектр между собой, фактически используя мультиплексированный доступ с разделением по времени (TDMA), используя спектр ''по очереди''. Такая ситуация часто наблюдается в областях обслуживания с высокой плотностью населения, например, в областях с большим количеством жилых домов. Например, пользователь в большом жилом доме с адаптером WiFi может получить очень плохую пропускную способность, из-за присутствия десятков других создающих взаимные помехи WiFi сетей (например, в других квартирах), обслуживающих других пользователей, которые находятся в той же зоне обслуживания, даже если точка доступа пользователя находится в том же помещении, где расположено устройство - клиент, обращающееся к базовой станции. Хотя качество соединения, вероятно, будет хорошим в этой ситуации, пользователь будет получать взаимные помехи от соседних адаптеров WiFi, работающих в том же частотном диапазоне, что снижает эффективную пропускную способность для пользователя.

Современные многопользовательские беспроводные системы, включающие в себя как нелицензированный спектр, такой как WiFi, так и лицензированный спектр, страдают из-за ряда ограничений. Они включают в себя область обслуживания, скорость данных в нисходящем канале (DL) передачи данных и скорость данных в восходящем канале (UL) передачи. Основные цели беспроводных систем следующего поколения, таких как WiMAX и LTE, представляют собой улучшение области обслуживания и скорости передачи данных DL и UL, благодаря использованию технологии с множеством входов - множеством выходов (MIMO). В MIMO используется множество антенн на стороне передачи и на стороне приема каналов беспроводной связи, для улучшения качества соединения (в результате чего, обеспечивается большая зона охвата) или скорости передачи данных (путем формирования множества не создающих помех друг другу пространственных каналов для каждого пользователя). Однако, если достаточная скорость передачи данных будет доступна для каждого пользователя (следует отметить, что используемые здесь термины ''пользователь'' и ''клиент'' являются взаимозаменяемыми), может быть желательным использовать пространственное разделение каналов для формирования каналов, не создающих взаимных помех для множества пользователей (вместо одного пользователя), в соответствии с технологиями многопользовательского MIMO (MU-MIMO). См., например, следующие ссылочные документы:

G. Caire and S. Shamai, ''On the achievable throughput of a multiantenna Gaussian broadcast channel,'' IEEE Trans. Info. Th., vol. 49, pp.1691-1706, July 2003.

P. Viswanath and D. Tse, ''Sum capacity of the vector Gaussian broadcast channel and uplink-downlink duality,'' IEEE Trans. Info. Th., vol. 49, pp.1912-1921, Aug. 2003.

S. Vishwanath, N. Jindal, and A. Goldsmith, ''Duality, achievable rates, and sum-rate capacity of Gaussian MIMO broadcast channels,'' IEEE Trans. Info. Th., vol. 49, pp.2658-2668, Oct. 2003.

W. Yu and J. Cioffi, ''Sum capacity of Gaussian vector broadcast channels,'' IEEE Trans. Info. Th., vol. 50, pp.1875-1892, Sep.2004.

M. Costa, ''Writing on dirty paper,'' IEEE Transactions on Information Theory, vol. 29, pp.439-441, May 1983.

M. Bengtsson, ''A pragmatic approach to multi-user spatial multiplexing,'' Proc. of Sensor Array and Multichannel Sign. Proc. Workshop, pp.130-134, Aug. 2002.

K. - K. Wong, R.D. Murch, and К.B. Letaief, ''Performance enhancement of multiuser MIMO wireless communication systems,'' IEEE Trans. Comm., vol. 50, pp.1960-1970, Dec. 2002.

M. Sharif and B. Hassibi, ''On the capacity of MIMO broadcast channel with partial side information,'' IEEE Trans. Info. Th., vol. 51, pp.506-522, Feb. 2005.

Например, в системах MIMO 4×4 (то есть четыре передающие и четыре приемные антенны), с полосой пропускания 10 МГц, при модуляции 16-QAM и кодировании с прямой коррекцией ошибок (FEC) со скоростью 3/4 (что позволяет получить спектральную эффективность 3 бит/с на Гц), идеально достижимая пиковая скорость передачи данных на физическом уровне для каждого пользователя составляет 4×30 Мбит/с=120 Мбит/с, что намного выше, чем требуется для доставки видеосодержания высокой четкости (для которого может потребоваться только ~10 Мбит/с). В системах MU-MIMO с четырьмя передающими антеннами, четырьмя пользователями и одной антенной на пользователя, в идеальных сценариях (то есть при независимо идентично распределенных, i.i.d., каналах) скорость передачи данных по нисходящему каналу передачи может распределяться между четырьмя пользователями и пространственное разделение канала может использоваться для формирования четырех параллельных соединений для передачи данных со скоростью 30 Мбит/с для пользователей.

Разные схемы MU-MIMO были предложены как часть стандарта LTE, как описано, например, в 3GPP, ''Multiple Input Multiple Output in UTRA'', 3GPP TR 25.876 V7.0.0, Mar. 2007; 3GPP, ''Base Physical channels and modulation'', TS 36.211, V8.7.0, May 2009; and 3GPP, ''Multiplexing and channel coding'', TS 36.212, V8.7.0, May 2009. Однако, эти схемы могут обеспечивать только улучшение вплоть до 2Х при скорости передачи данных DL с четырьмя передающими антеннами. Практическое воплощение этих технологий MU-MIMO в стандарте и в частных сотовых системах, таких компаний, как ArrayComm (см., например., ArrayComm, ''Field-proven results'', http://www.arraycomm.com/serve.php?page=proof) позволили получить вплоть до ~3Х увеличения (с четырьмя передающими антеннами) скорости передачи DL, благодаря множественному доступу с пространственным разделением (SDMA). Основное ограничение схем MU-MIMO в сотовых сетях состоит в отсутствии пространственного разделения на стороне передачи. Пространственное разделение представляет собой функцию разноса антенн и многоканального углового распределения в каналах беспроводной передачи. В сотовых системах, в которых используются технологии MU-MIMO, передающие антенны в базовой станции обычно объединены вместе в кластеры и размещены только на расстоянии одной или двух длин волн друг от друга, из-за ограниченного размера участка в структурах установки антенн (называемых здесь ''башнями'', которые являются физически высокими или не обязательно) и из-за ограничений мест размещения таких башен. Кроме того, многоканальное угловое распределение является малым, поскольку башни в сотах обычно размещены достаточно высоко (10 м или выше) над препятствиями, чтобы обеспечить более широкую зону охвата.

Другие практические проблемы, связанные с развертыванием сотовых систем, включают в себя чрезмерную стоимость и ограниченную доступность мест размещения сотовых антенн (например, из-за муниципальных ограничений по размещению антенн, стоимости недвижимости, физических препятствий и т.д.) и стоимости и/или доступности соединения по сети с передатчиками (здесь называются ''обратные соединения базовой станции с управлением сетью''). Кроме того, в сотовых системах часто возникают трудности с достижением клиентов, расположенных внутри зданий, из-за потерь в стенах, потолках, полах, мебели и других препятствиях.

Действительно, общая концепция сотовой структуры для беспроводных широкомасштабных сетей предполагает довольно фиксированное размещение башен сотовой сети, изменение частот между соседними сотами и частого разделения на сектора для исключения взаимных помех между передатчиками (или базовыми станциями, или пользователями), которые используют одну и ту же частоту. В результате, заданный сектор в определенной ячейке заканчивается как совместно используемый блок спектра DL и UL среди всех пользователей в секторе ячейки, которые затем совместно используются среди этих пользователей, в основном, в только во временной области. Например, сотовые системы на основе множественного доступа с временным разделением (TDMA) и множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) обе распределяют общий спектр среди пользователей в области времени. Благодаря взаимному наложению таких сотовых систем с разделением по секторам, возможно достижение 2-3Х преимущества в пространственной области. И затем путем взаимного наложения таких сотовых систем с системой MU-MIMO, таких как описан выше, возможно достижение другого 2-3Х преимущества в пространственно-временной области. Но, учитывая то, что соты и сектора сотовой системы обычно находятся в фиксированных местах положения, которые часто определяются местами расположения башен, даже такие ограниченные преимущества труднодостижимы, если плотность пользователей (или потребности в скорости передачи данных) в заданный момент времени не вполне соответствует размещению башни/сектора. Пользователь сотового смартфона в настоящее время часто испытывает последствие этого, когда пользователь разговаривает по телефону или загружает веб-страницу без каких-либо проблем вообще, и затем после переезда (или даже перехода) в новое местоположение внезапно видит, что качество передачи голоса понижается, или передача веб-страницы сильно замедляется, или даже полностью теряется соединение. Но в другой день для пользователя может происходить совершенно противоположное в каждом из мест положения. То, что, вероятно, происходит с пользователем, предполагая, что условия окружающей среды являются одинаковыми, представляет собой тот факт, что плотность пользователей (или потребности в частоте передачи данных) существенно изменяется, но доступный общий спектр (и, таким образом, общая скорость передачи данных, используя технологии предшествующего уровня техники), который должен быть распределен между пользователями в заданном местоположении, в значительной степени является фиксированным.

Кроме того, сотовые системы предшествующего уровня техники основываются на использовании разных частот в разных соседних сотах, обычно 3 разных частоты. Для заданной величины спектра это снижает доступную скорость передачи данных в 3Х.

Таким образом, суммируя вышесказанное, сотовые системы предшествующего уровня техники могут терять, возможно, до 3Х степени использования спектра, из-за дополнительного разделения на спектры, и могут улучшить степень использования спектра, возможно, до 3Х, в результате использования секторной передачи и, возможно, до 3Х или больше, используя технологии MU-MIMO, в результате чего, получается общая 3*3/3=3Х потенциальная степень использования спектра. Затем такая полоса пропускания обычно разделяется среди множества пользователей в области времени, в зависимости от того, в какой сектор попали пользователи соты в заданный момент времени. Существуют еще другие дополнительные факторы влияния, которые приводят к тому, что потребности скорости передачи данных данного пользователя обычно не зависят от местоположения пользователя, но доступная скорость передачи данных изменяется, в зависимости от качества соединения между пользователем и базовой станцией. Например, пользователь, находящийся дальше от сотовой базовой станции, обычно имеет менее доступную скорость передачи данных, чем пользователь, расположенный ближе к базовой станции. Поскольку скорость передачи данных обычно совместно распределяется между всеми пользователями в заданном секторе соты, в результате этого, на всех пользователей оказывают влияние высокие потребности скорости передачи данных от удаленных пользователей с плохим качеством соединения (например, на кромке соты), поскольку такие пользователи также требуют ту же скорость передачи данных, они потребляют больше совместно используемого спектра для ее получения.

В других предложенных системах совместного использования спектра, таких как используются в WiFi (например, 802.11b, g и n), и те, которые были предложены ''White Spaces Coalition'' («Коалиция белого пространства»), совместно используют спектр очень неэффективно, поскольку одновременные передачи базовыми станциями в пределах дальности для пользователя приводят к возникновению взаимных помех, и, таким образом, системы используют протоколы исключения коллизий и совместного использования. Такие протоколы совместного использования спектра работают в пределах временной области, и, таким образом, когда возникает большое количество создающих взаимные помехи базовых станций и пользователей, независимо от того насколько эффективно каждая базовая станция сама по себе использует спектр, совместно базовые станции ограничены разделением спектра между собой в области времени. Другие системы совместного использования спектра предшествующего уровня техники основаны на аналогичных способах для снижения взаимных помех между базовыми станциями (независимо от того, являются ли они сотовыми базовыми станциями с антеннами на башнях или маломасштабными базовыми станциями, такими как точки доступа (АР) WiFi). Эти способы включают в себя ограничение мощности передачи из базовой станции для ограничения диапазона взаимных помех, формирование луча (синтетическими или физическими средствами) для сужения области взаимных помех, мультиплексирование в области времени спектра и/или применение технологий MU-MIMO с множеством антенн, разделенных на кластеры, по устройствам пользователя, для базовой станции или обоим. И, в случае использования усовершенствованных сотовых систем, размещенных на месте или планируемых в настоящее время, часто эти технологии используются одновременно.

Но, из того факта, что даже передовые сотовые системы могут достичь только приблизительно 3Х повышения степени использования спектра по сравнению с одиночным пользователем, который использует этот спектр, очевидно что во всех этих технологиях мало сделано для увеличения объединенной скорости передачи данных пользователей, совместно использующих ресурсы в данной области охвата. В частности, по мере того как в заданной области охвата увеличивается количество пользователей, становится все более и более трудно масштабировать доступную скорость передачи данных в пределах заданной величины спектра для поддержания соответствия количеству пользователей. Например, в сотовых системах для увеличения объединенной скорости передачи данных в заданной области, обычно соты разделяют на меньшие соты (часто называемые наносотами или фемтосотами). Такие малые соты могут стать чрезвычайно дорогостоящими, учитывая ограничения в местах, где могут быть размещены башни, и требование к этим башням должны быть установлены в виде чрезвычайно разделенной структуры, для обеспечения зоны охвата с минимальным количеством ''мертвых зон'', и при этом с исключением взаимных помех между соседними сотами, использующими одни и те же частоты. По существу, зона охвата должна быть размечена, доступные местоположения для размещения башен или базовых станций должны быть идентифицированы, и затем, учитывая эти ограничения, разработчики сотовой системы должны сделать все возможное. И, конечно, если потребность в скорости передачи данных пользователей растет с течением времени, разработчики сотовой системы должны снова повторно разметить зону охвата, пытаясь найти местоположения для размещения башен или базовых станций, и снова выполнить работу в пределах ограничений, связанных с обстоятельствами. И очень часто просто отсутствует хорошее решение, в результате чего, получаются мертвые зоны или неадекватные способности по обобщенной скорости передачи данных в области охвата. Другими словами, жесткие требования к физическому месту размещения сотовой системы, для исключения взаимных помех между башнями или базовыми станциями, использующими одну и ту же частоту, приводит к существенным трудностям и ограничениям при конструировании сотовой системы, и часто не позволяют удовлетворить потребности в скорости передачи данных пользователя и зоны охвата.

Так называемые ''взаимодействующие'' и ''когнитивные'' радиосистемы предшествующего уровня техники выполнены с возможностью увеличения степени использования спектра в заданной области, используя интеллектуальные алгоритмы с радиоустройствами таким образом, что они могут минимизировать взаимные помехи друг с другом, и/или таким образом, что они могут потенциально ''прослушивать'' использование спектра других устройств, ожидая, пока канал не станет чистым. Такие системы предложены для использования, в частности, в нелицензированном спектре, при попытке увеличить степень использования спектра для такого спектра.

Мобильная специальная сеть (MANET) (см. http://en.wikipedia.org/wiki/Mobile_ad_hoc_network<http://en.wikipedia.org/wiki/%20Mobile_ad_hoc_network>) представляет собой пример взаимодействующей самоконфигурирующейся сети, предназначенной для обеспечения пиринговой передачи данных, и которую можно использовать для установления соединения между радиоустройствами в пределах сотовой инфраструктуры, и которая, при передаче данных с достаточно низкой мощностью, может потенциально уменьшить взаимные помехи между одновременными передачами, которые находятся за пределами дальности действия друг с другом. Огромное количество протоколов маршрутизации было предложено и воплощено для систем MANET (см.<http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_ad_hoc_routing_protocols>, где представлен список десятков протоколов маршрутизации в широком диапазоне классов), но общее среди них представляет собой то, что все они представляют собой технологии для маршрутизации (например, повторения) передачи данных таким образом, чтобы минимизировать взаимные помехи передатчика в пределах доступного спектра, с целью выполнения определенных парадигм эффективности или надежности.

Во всех многопользовательских беспроводных системах предшествующего уровня техники стремятся улучшить степень использования спектра в заданной области охвата, используя технологии для обеспечения возможности одновременного использования спектра между базовыми станциями и множеством пользователей. Следует отметить, что во всех таких случаях, технологии, используемые для одновременного использования спектра между базовыми станциями и множеством пользователей, обеспечивают одновременное использование спектра множеством пользователей, путем уменьшения взаимных помех между формами колебаний для множества пользователей. Например, в случае 3 базовых станций, каждая из которых использует разную частоту для передачи одному из 3 пользователей, взаимные помехи уменьшаются, поскольку выполняют 3 передачи на 3 разных частотах. В случае разбиения на секторы от базовой станции 3 для передачи разным пользователям, через каждые 180 градусов относительно базовой станции, взаимные помехи уменьшаются, поскольку формирование лучей предотвращает наложение 3 передач для любого пользователя.

Когда такие технологии дополняются MU-MIMO, и, например, каждая базовая станция имеет 4 антенны, тогда получают потенциал увеличения пропускной способности по нисходящему каналу передачи с коэффициентом 4, путем формирования четырех не создающих взаимные помехи пространственных каналов для пользователей в заданной области охвата. Но все еще сохраняется проблема, когда определенные технологии необходимо использовать для уменьшения взаимных помех между множеством одновременных передач множеством пользователей в разных областях охвата.

И, как описано ранее, такие технологии предшествующего уровня техники (например, разбиение на соты, разбиение на сектора) обычно не только страдают от увеличения стоимости многопользовательской беспроводной системы и/или затрат, связанных с гибкостью развертывания, но они обычно сталкиваются с физическими или практическими ограничениями объединенной пропускной способности в заданной области охвата. Например, в сотовой системе, может быть недостаточно доступных мест расположения, для установки большего количества базовых станций, для формирования сот меньшего размера. И, в системе MU-MIMO, учитывая объединенные в кластеры места размещения антенн в каждом месте размещения базовой станции, ограниченный пространственный разнос приводит к асимптотически уменьшающимся возвратам в пропускной способности, по мере добавления большего количества антенн к базовой станции.

И, кроме того, в случае многопользовательских беспроводных систем, в случае, когда местоположение и плотность пользователя непредсказуемы, получается непредсказуемая (часто с резкими изменениями) пропускная способность, что является неудобным для пользователя и делает некоторые приложения (например, предоставление услуг, требующих прогнозируемой пропускной способности) непрактичными или низкого качества. Таким образом, многопользовательские беспроводные системы предшествующего уровня техники все еще оставляют желать лучшего в смысле их способности обеспечения предсказуемых и/или высококачественных услуг для пользователей.

Несмотря на чрезвычайную изощренность и сложность, которые были развиты в многопользовательских беспроводных системах предшествующего уровня техники за последнее время, существуют общие темы: передачи распределяются между разными базовыми станциями (или специальными приемопередатчиками), и их структурируют, и/или ими управляют, чтобы исключить передачу радиочастотных колебаний из разных базовых станций и/или разных специальных приемопередатчиков, создающих помехи друг другу в приемнике заданного пользователя.

Или, выражаясь иначе, принимают как некую данность, что если пользователь случайно примет передачу больше чем от одной базовой станции или специальных приемопередатчиков одновременно, взаимные помехи от множества одновременных передач приведут к уменьшению SNR и/или полосы пропускания сигнала для пользователя, которые, если будут достаточно сильными, приведут к потере всех или некоторой части потенциальных данных (или аналоговой информации), которые, в противном случае, могли бы быть приняты пользователем.

Таким образом, в многопользовательской беспроводной системе, необходимо использовать один или больше подходов для совместного использования спектра или других подходов для исключения или уменьшения таких взаимных помех для пользователей от множества базовых станций или специальных приемопередатчиков передачи на одной и той же частоте одновременно. Существует огромное количество подходов предшествующего уровня техники для исключения таких взаимных помех, включая в себя управление физическими местами расположения базовых станций (например, разделение на соты), ограничение выходной мощности базовых станций и/или специальных приемопередатчиков (например, ограничение дальности передачи), формирование луча/разделение на сектора и мультиплексирование в области времени. Вкратце, все такие системы совместного использования спектра направлены на решение проблем ограничения многопользовательских беспроводных систем, состоящих в том, что когда один и тот же пользователь принимает множество базовых станций и/или специальных приемопередатчиков, передающих одновременно на одной и той же частоте, взаимные помехи уменьшает или разрушают пропускную способность для передачи данных для затронутого пользователя. Если большой процент или все пользователи в многопользовательской беспроводной системе столкнутся с взаимными помехами от множества базовых станций и/или специальных приемопередатчиков (например, в случае неисправности компонента многопользовательской беспроводной системы), это может привести к ситуации, когда объединенная пропускная способность многопользовательской беспроводной системы существенно уменьшится, или даже станет нефункциональной.

В многопользовательских беспроводных системах предшествующего уровня техники повышается сложность и вводятся ограничения для беспроводных сетей, и часто это приводит к ситуации, когда условия работы для данного пользователя (например, доступная полоса пропускания, задержка, прогнозируемость, надежность) будут нарушены в результате использования спектра другими пользователями в этой области. Учитывая повышающуюся потребность в объединенной полосе пропускания с беспроводным спектром, совместно используемым множеством пользователей, и все увеличивающийся рост приложений, которые могут быть основаны на надежности, прогнозируемости и малой задержке многопользовательской беспроводной сети, для заданного пользователя, очевидно, что многопользовательская беспроводная технология предшествующего уровня техники страдает от множества ограничений. Действительно, при ограниченной доступности спектра, пригодного для определенных типов беспроводной передачи данных (например, на длинах волн, которые являются эффективными при проходе через стены домов), это может стать причиной того, что беспроводные технологии предшествующего уровня техники будут недостаточными для удовлетворения все повышающихся потребностей в полосе пропускания, которая была бы надежной, прогнозируемой и имела бы малую задержку.

В предшествующем уровне техники, относящемся к настоящему изобретению, описаны системы формирования лучей и способы управления положением нуля в многопользовательских сценариях. Формирование луча первоначально рассматривалось для обеспечения максимального отношения ''сигнал-шум'' при приеме (SNR) путем динамического регулирования фазы и/или амплитуды сигналов (то есть взвешивание при формировании луча), подаваемых в антенные решетки, фокусируя, таким образом, энергию в направлении пользователя. В многопользовательских сценариях формирование луча можно использовать для подавления источников, составляющих взаимные помехи, и обеспечения максимального отношения ''сигнал - взаимные помехи плюс шум'' (SINR). Например, когда формирование луча используется в приемнике беспроводного соединения, рассчитывают веса для формирования нуля в направлении источника, составляющего помеху. Когда формирование луча используется в передатчике в многопользовательских сценариях по нисходящему каналу передачи данных, веса рассчитывают для предварительной компенсации взаимных помех между пользователями и обеспечения максимального SINR для каждого пользователя. В альтернативных технологиях для многопользовательских систем, таких как предварительное кодирование BD, рассчитывают веса предварительного кодирования для обеспечения максимальной пропускной способности в нисходящем канале широковещательной передачи. В одновременно находящихся на экспертизе заявках, которые представлены здесь по ссылке, описываются предшествующие технологии (см. одновременно находящиеся на экспертизе заявки для конкретного цитирования).

Краткое описание чертежей

Лучшее понимание настоящего изобретения может быть обеспечено из следующего подробного описания изобретения, совместно с чертежами, на которых:

на фиг. 1 показан основной кластер DIDO, окруженный, соседними кластерами DIDO, в одном варианте осуществления изобретения;

на фиг. 2 представлена технология множественного доступа с частотным разделением (FDMA), используемая в одном варианте осуществления изобретения;

на фиг. 3 представлена технология множественного доступа с временным разделением (TDMA), используемая в одном варианте осуществления изобретения;

на фиг. 4 показаны различные типы зон, создающих взаимные помехи, на устранение которых направлен один вариант осуществления изобретения;

на фиг. 5 показана структура, используемая в одном варианте осуществления изобретения;

на фиг. 6 показан график, представляющий SER как функцию SNR, принимая SIR=10 дБ, для целевого клиента в зоне взаимных помех;

на фиг. 7 показан график, представляющий SER, выведенное из двух технологий предварительного кодирования IDCI;

на фиг. 8 показан примерный сценарий, в котором целевой клиент перемещается из основного кластера DIDO в кластер с взаимными помехами;

на фиг. 9 показано отношение ''сигнал/взаимная помеха плюс шум'' (SINR) как функция расстояния (D);

на фиг. 10 показана рабочая характеристика частоты ошибки символа (SER) для трех сценариев для 4-QAM модуляции в узкополосных каналах с равномерным затуханием;

на фиг. 11 представлен способ для предварительного кодирования IDCI в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения;

на фиг. 12 показано изменение SINR в одном варианте осуществления как функция расстояния клиента от центра основных кластеров DIDO;

на фиг. 13 представлен один вариант осуществления, в котором SER выводят для 4-QAM модуляции;

на фиг. 14 представлен один вариант осуществления изобретения, в котором конечный автомат реализует алгоритм передачи абонента;

на фиг. 15 представлен один вариант осуществления стратегии передачи абонента при наличии затенения;

на фиг. 16 показан механизм петли гистерезиса при переключении между любыми двумя состояниями на фиг. 93;

на фиг. 17 показан один вариант осуществления системы DIDO с управлением мощностью;

на фиг. 18 показана зависимость SER от SNR, если предположить четыре передающие антенны DIDO и четыре клиента в различных сценариях;

на фиг. 19 показана плотность мощности МРЕ как функция расстояния от источника RF излучения для различных значений мощности передачи в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения;

на фиг. 20а-b представлены различные варианты распределения распределенных антенн DIDO с малой мощностью и большой мощностью;

на фиг. 21а-b представлены два распределения энергии, соответствующие конфигурациям на фиг. 20а и 20b, соответственно;

на фиг. 22а-b представлено распределение скорости для двух сценариев, показанных на фиг. 99а и 99b, соответственно;

на фиг. 23 показан один вариант осуществления системы DIDO с управлением мощностью;

на фиг. 24 показан один вариант осуществления способа, который выполняет итерации через все группы антенн в соответствии с политикой последовательного циклического предоставления ресурсов для передачи данных;

на фиг. 25 представлено сравнение не кодированной рабочей характеристика SER управления мощностью с группированием антенн, с обычным выбором собственного вида колебаний в американском патенте №7636381;

на фиг. 26а-с представлены три сценария, в которых предварительное кодирование BD динамически регулирует веса предварительного кодирования для учета различных уровней мощности в беспроводных каналах передачи между антеннами DIDO и клиентами;

на фиг. 27 показана амплитуда избирательных каналов низкой частоты (предполагая, что β=1) в области задержки или мгновенное значение PDP (верхний график) и область частот (нижний график) для систем DIDO 2×2;

на фиг. 28 показан один вариант осуществления частотной характеристики матрицы канала для DIDO 2×2, с одной антенной на клиента;

на фиг. 29 показан один вариант осуществления частотной характеристики матрицы канала для DIDO 2×2, с одной антенной на клиента для каналов, характеризуемых высокой избирательностью по частоте (например, для β-0,1);

на фиг. 30 показан пример SER для различных схем QAM (то есть 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM);

на фиг. 31 показан один вариант осуществления способа для реализации технологий адаптации соединения (LA);

на фиг. 32 показана рабочая характеристика SER одного варианта осуществления технологий адаптации соединения (LA);

на фиг. 33 показаны точки входа матрицы в уравнении (28) как функция индекса тона для систем DIDO 2×2 с N_FFT=64 и L_o=8;

на фиг. 34 показана зависимость SER от SNR для L_o=8, М=N_t=2 передающим антеннам и переменному числу Р;

на фиг. 35 показана рабочая характеристика SER для одного варианта осуществления способа интерполяции для различных порядков DIDO и L_o=16;

на фиг. 36 показан один вариант осуществления системы, в которой используются суперкластеры, кластеры DIDO и кластеры пользователя;

на фиг. 37 показана система с кластерами пользователя в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения;

на фиг. 38а-b представлены пороговые значения метрик качества соединения, используемые в одном варианте осуществления изобретения;

на фиг. 39-41 поясняются примеры матриц качества соединения для установления кластеров пользователя;

на фиг. 42 показан вариант осуществления, в котором клиент движется через различные кластеры DIDO;

на фиг. 43-46 поясняются взаимосвязи между разрешением сферических массивов и их площадью А в одном варианте осуществления изобретения;

на фиг. 47 показаны степени свободы примерной системы MIMO в практических сценариях распространения внутри помещения и вне помещения;

на фиг. 48 показаны степени свободы в примерной системе DIDO как функция диаметра массива;

на фиг. 49 показано множество централизованных процессоров и распределенных узлов;

на фиг. 50 показана конфигурация как с нелицензированными узлами, так и с лицензированными узлами;

на фиг. 51 показан вариант осуществления, где устаревшие нелицензированные узлы отмечены крестиком;

на фиг. 52 показан один вариант осуществления облачной беспроводной системы, где различные узлы связываются с различными централизованными процессорами.

Подробное описание изобретения

Одно из решений для преодоления многих из описанных выше ограничений предшествующего уровня техники представляет собой воплощение технологии с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO). Технология DIDO описана в следующих патентах и заявках на патент, все из которых переданы правопреемнику настоящего патента и представлены здесь по ссылке. Эти