способ и устройство для реализации пространственно-временной обработки с неравными схемами модуляции и кодирования

Формула изобретения

1. Способ осуществления пространственной обработки данных в передатчике, содержащий этапы, на которых:

формируют множество пространственных потоков из входных данных;

выполняют пространственную обработку, по меньшей мере, одного из пространственных потоков, чтобы передать, по меньшей мере, один пространственный поток посредством, по меньшей мере, двух антенн, используя одно из: пространственно-частотного блочного кодирования (SFBC), пространственно-временного блочного кодирования (STBC), разнесения циклической задержки (SDD), квазиортогонального кодирования Аламути и пространственно-временного блочного кодирования с обращением времени, и передавать, по меньшей мере, один другой пространственный поток посредством, по меньшей мере, одной другой антенны для пространственного мультиплексирования, причем схема модуляции и кодирования (MCS) для каждого пространственного потока выбирается независимо от MCS для другого пространственного потока; и

передают пространственные потоки посредством множества передающих антенн.

2. Способ по п.1, в котором выполняют пространственную обработку только части каждого из пространственных потоков.

3. Способ по п.1, в котором матрица сопоставления антенн перемножается с пространственными потоками.

4. Способ по п.3, в котором матрица сопоставления антенн представляет собой единичную матрицу.

5. Способ по п.3, в котором матрица сопоставления антенн предназначена для пространственного расширения.

6. Способ по п.3, в котором матрица сопоставления антенн представляет собой управляющую матрицу, которая специфична для канала.

7. Способ по п.6, в котором матрица сопоставления антенн включает в себя набор собственных векторов канала.

8. Способ по п.1, в котором MCS для каждого пространственного потока определяется на основании отношения сигнал-шум каждого пространственного потока.

9. Способ осуществления пространственной обработки данных в приемнике, содержащий этапы, на которых:

принимают потоки данных посредством, по меньшей мере, одной приемной антенны; и

выполняют пространственное декодирование потоков данных, чтобы восстановить множество пространственных потоков, причем, по меньшей мере, один из пространственных потоков передается, используя одно из:

пространственно-частотного блочного кодирования (SFBC), пространственно-временного блочного кодирования (STBC), разнесения циклической задержки (SDD), квазиортогонального кодирования Аламути и пространственно-временного блочного кодирования с обращением времени, посредством, по меньшей мере, двух антенн, и, по меньшей мере, один другой пространственный поток передается посредством, по меньшей мере, одной другой антенны для пространственного мультиплексирования, причем схема модуляции и кодирования (MCS) для каждого пространственного потока выбирается независимо от MCS для другого пространственного потока.

10. Передатчик для осуществления пространственной обработки данных, содержащий:

пространственный процессор для выполнения пространственной обработки, по меньшей мере, одного из множества пространственных потоков, чтобы передать, по меньшей мере, один пространственный поток посредством, по меньшей мере, двух антенн, используя одно из:

пространственно-частотного блочного кодирования (SFBC), пространственно-временного блочного кодирования (STBC), разнесения циклической задержки (SDD), квазиортогонального кодирования Аламути и пространственно-временного блочного кодирования с обращением времени, и передавать, по меньшей мере, один другой пространственный поток посредством, по меньшей мере, одной другой антенны для пространственного мультиплексирования, причем схема модуляции и кодирования (MCS) для каждого пространственного потока выбирается независимо от MCS для другого пространственного потока; и

множество передающих антенн для передачи пространственных потоков.

11. Передатчик по п.10, в котором пространственный процессор сконфигурирован так, чтобы выполнять пространственную обработку только части каждого из потоков данных.

12. Передатчик по п.10, в котором пространственный процессор сконфигурирован так, чтобы применять матрицу сопоставления антенн к пространственным потокам.

13. Передатчик по п.12, в котором матрица сопоставления антенн представляет собой единичную матрицу.

14. Передатчик по п.12, в котором матрица сопоставления антенн предназначена для пространственного расширения.

15. Передатчик по п.12, в котором матрица сопоставления антенн представляет собой управляющую матрицу, которая специфична для канала.

16. Передатчик по п.15, в котором матрица сопоставления антенн включает в себя набор собственных векторов канала.

17. Передатчик по п.10, в котором MCS для каждого потока данных определяется на основании отношения сигнал-шум каждого пространственного потока, связанного с этим потоком данных.

18. Приемник для осуществления пространственной обработки данных, содержащий:

по меньшей мере, одну приемную антенну для приема множества потоков данных; и

пространственный декодер для выполнения пространственной обработки потоков данных, чтобы восстановить множество пространственных потоков, причем, по меньшей мере, один из пространственных потоков передается, используя одно из: пространственно-частотного блочного кодирования (SFBC), пространственно-временного блочного кодирования (STBC), разнесения циклической задержки (SDD), квазиортогонального кодирования Аламути и пространственно-временного блочного кодирования с обращением времени, посредством, по меньшей мере, двух антенн, и, по меньшей мере, один другой пространственный поток передается посредством, по меньшей мере, одной другой антенны для пространственного мультиплексирования, причем схема модуляции и кодирования (MCS) для каждого пространственного потока выбирается независимо от MCS для другого пространственного потока.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам беспроводной связи. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для реализации пространственной обработки с неравными Схемами Модуляции и Кодирования (Modulation and Coding Schemes, сокращенно MCS).

Уровень техники

Объединенная группа IEEE 802.11n в настоящее время предлагает использование гибридной схемы Пространственно-Временного Блочного Кодирования (Space-Time Block Code, STBC) и Мультиплексирования с Пространственным Разделением (Spatial Division Multiplexing, SDM) для следующего поколения высокопроизводительных беспроводных сетей. Применение этой гибридной схемы STBC/SDM приводит к несбалансированному качеству обслуживания для потоков данных, что, в свою очередь, приводит к низкому остаточному значению Отношения Сигнала к Шуму (Signal-to-Noise Ratio, SNR) на выходе приемника. В обычных системах ко всем пространственным потокам применяются равные схемы модуляции и кодирования. Однако это приводит к потере преимуществ коэффициента усиления при разнесенном приеме для пространственного потока, обеспечиваемого предварительным кодированием STBC.

Следовательно, желательно предоставить способ и устройство для применения неравных схем MCS или зависимых от потока схем MCS, между тем выполняя пространственную обработку, такую как STBC.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для реализации пространственной обработки с неравными схемами MCS или зависимыми от потока схемами MCS. Входные данные могут быть преобразованы во множество потоков данных, и выполняется пространственная обработка потоков данных, чтобы сформировать множество пространственных потоков. Схема MCS для каждого потока данных выбирается независимым образом. Пространственные потоки передаются посредством множества передающих антенн. При обработке пространственных потоков/потоков данных может быть применен, по меньшей мере, один из следующих способов: STBC, Пространственно-Частотное Блочное Кодирование (Space Frequency Block Coding, SFBC), квазиортогональное кодирование Аламути, Пространственно-Временное Блочное Кодирование с Обращением Времени (Time Reversed Space Time Block Coding), Линейная Пространственная Обработка (Linear Spatial Processing) и Разнесение Циклической Задержки (Cyclic Delay Diversity, CDD). К пространственным потокам может быть применена матрица сопоставления антенн. Получающиеся в результате пространственные потоки передаются посредством множества передающих антенн. Схема MCS для каждого потока данных может быть определена на основании SNR каждого пространственного потока, связанного с этим потоком данных.

Краткое описание чертежей

Изобретение станет понятным из следующего описания предпочтительного варианта осуществления, приведенного в качестве примера и рассматриваемого вместе с сопутствующими чертежами, на которых:

фиг.1 - структурная схема передатчика, сконфигурированного согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - структурная схема приемника, сконфигурированного согласно настоящему изобретению;

фиг.3 - структурная схема примера блока пространственной обработки, сконфигурированного так, чтобы выполнять STBC и/или линейное пространственное сопоставление; и

фиг.4 и 5 - иллюстрации результатов имитации для каналов E и B согласно стандарту IEEE 802.11n в случае использования конфигурации антенн 3x2 и приемника с функцией Линейной Минимальной Среднеквадратичной Ошибки (Linear Minimum Mean Square Error, LMMSE).

Осуществление изобретения

Согласно настоящему изобретению неравные схемы MCS или зависимые от потока схемы MCS применяются к различным пространственным потокам. Настоящее изобретение может быть применено к системе с Множеством Входов и Множеством Выходов (Multiple-Input Multiple-Output, MIMO), в которой используется Мультиплексирование с Ортогональным Разделением Частот (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM), системе Множественного Доступа с Кодовым Разделением и Множеством Несущих (Multi-Carrier Code Division Multiple Access, MC-CDMA), системе CDMA и т.п. Неравные схемы MCS применяются к различным потокам данных, чтобы использовать преимущества неравных SNR для различных потоков данных. Например, схема MCS высшего порядка может применяться к пространственному потоку с кодированием разнесения, а схема MCS низшего порядка может применяться к пространственному потоку без кодирования разнесения, чтобы уменьшить общее количество самовозбужденных помех. При использовании неравных схем MCS или зависимых от потока схем MCS, благодаря уменьшению самовозбужденных помех может применяться более простой алгоритм приемника (например, алгоритм линейной минимальной среднеквадратичной ошибки, сокращенно LMMSE).

Фиг.1 представляет собой структурную схему передатчика 100, сконфигурированного согласно настоящему изобретению. Передатчик 100 включает в себя кодировщик 102 канала, блок 104 согласования скорости, пространственный анализатор 106, множество перемежителей 108a-108n_ss, множество блоков 110a-110n _ss сопоставления, множество мультиплексоров 116a-116n _ss, блок 120 пространственной обработки, множество блоков 122a-122n_tx Обратного Быстрого Преобразования Фурье (Inverse Fast Fourier Transform, IFFT), множество блоков 124a-124n _tx вставки Циклического Префикса (Cyclic Prefix, CP) и множество передающих антенн 126a-126n_tx. Следует отметить, что показанная на фиг.1 конфигурация предоставлена в качестве примера, а не ограничения, и выполняемая компонентами обработка может быть выполнена меньшим или большим количеством компонентов, и порядок обработки может быть изменен.

Кодировщик 102 канала кодирует входные данные 101. Применяется адаптивная модуляция и кодирование, и может использоваться любая скорость кодирования и любая схема кодирования. Например, скорость кодирования может быть равна 1/2, 1/3, 1/5, 3/4 и т.п. В качестве схемы кодирования может использоваться Турбо-кодирование, сверточное кодирование, блочное кодирование, кодирование с Контролем Четности Низкой Плотности (Low Density Parity Check, LDPC) и т.п. Кодированные данные 103 прореживаются посредством блока 104 согласования скорости.

После блока 105 согласования скорости кодированные данные преобразуются во множество (N_SS) пространственных потоков 107a-107n_ss посредством пространственного анализатора 106. Биты данных в каждом потоке 107a-107n_ss данных предпочтительно перемежаются посредством перемежителя 108a-108n_ss. После перемежения 109a-109n_ss биты данных сопоставляются символам 111a-111n_ss посредством блоков 110a-110n_ss сопоставления созвездия согласно выбранной схеме модуляции. В качестве схемы модуляции может использоваться Квадратурная Фазовая Манипуляция (Quadrature phase shift keying, QPSK), 8-ми позиционная Фазовая Манипуляция (8PSK), 16-ти позиционная Квадратурная Амплитудная Модуляция (Quadrature Amplitude Modulation, QAM), 64 QAM и т.п. Управляющие данные 112a-112n_ss и/или пилот-сигналы 114a-114n_ss мультиплексируются с символами 111a-111n_ss посредством мультиплексора 116a-116n_ss. Символы 117a-117n_ss (включая мультиплексированные управляющие данные 112a-112n_ss и/или пилот-сигналы 114a-114n_ss) обрабатываются посредством блока 120 пространственной обработки.

Альтернативно входные данные 101 могут быть разделены до кодирования канала, и разделенные входные данные могут кодироваться двумя или более отдельными кодировщиками. Альтернативно вместо или в дополнение к преобразованию одного потока данных во множество потоков данных, несколько потоков входных данных, которые принадлежат одному или более пользователям, могут быть обработаны так, чтобы передать их посредством нескольких пространственных потоков.

Блок 120 пространственной обработки селективно выполняет пространственную обработку символов 117a-117n_ss на основании информации 118 состояния канала и выводит N_TX потоков 121a-121n _tx данных. Пространственная обработка может представлять собой Пространственно-Временное Кодирование (Space Time Coding, STC), пространственное мультиплексирование (Spatial Multiplexing, SM), линейное пространственное сопоставление или формирование луча передачи. Для STC может использоваться любая форма STC, включая STBC, SFBC, квазиортогональное кодирование Аламути для четырех (4) передающих антенн, TR-STBC, CDD и т.п.

В качестве информации 118 состояния канала может использоваться, по меньшей мере, одно из следующих информационных элементов: матрица V для каждой поднесущей, SNR, ранг матрицы канала, номер состояния канала, разнесение задержки или краткосрочная и/или долгосрочная статистика канала. Матрица V представляет собой унитарную матрицу, которая получается путем выполнения операции расположения по сингулярным числам матрицы канала. Номер состояния канала связан с рангом матрицы канала. Канал с плохим состоянием может иметь дефицит ранга. Канал с низким рангом или канал с плохим состоянием может обеспечивать лучшую устойчивость при использовании схемы разнесения, такой как STBC, поскольку у канала не будет достаточной степени свободы для поддержки пространственного мультиплексирования с формированием луча передачи. Канал с высоким рангом будет поддерживать более высокие скорости передачи путем использования пространственного мультиплексирования с формированием луча передачи. Информация 118 состояния канала может быть получена, используя традиционные технологии, такие как Обратная Связь Прямого Канала (Direct Channel Feedback, DCFB).

Потоки 121a-121n_tx данных из блока 120 пространственной обработки обрабатываются блоками 122a-122n_tx IFFT, которые выводят данные 123a-123n_tx временной области. Циклический префикс добавляется к каждому блоку данных 123a-123n_tx временной области посредством блока 124a-124n_tx вставки циклического префикса. Далее данные 125a-125n_tx временной области с циклическим префиксом передаются посредством множества передающих антенн 126a-126n_tx.

Фиг.2 представляет собой структурную схему приемника 200, сконфигурированного согласно настоящему изобретению. Приемник 200 содержит множество приемных антенн 202a-202n_rx, оценщик 204 канала, оценщик 206 шума, вычислитель 208 матрицы корреляции канала, вычислитель 210 постоянной нормы SNR, множество блоков 212a-212n_rx обработки OFDM, пространственный декодер 214, множество блоков 216a-216n_ss обратного сопоставления созвездия, множество блоков 218a-218n_ss нормализации SNR, множество 220a-220n _ss обращенных перемежителей, пространственный деанализатор 222 и декодер 224. Следует отметить, что показанная на фиг.2 конфигурация предоставлена в качестве примера, а не ограничения, и выполняемая компонентами обработка может быть выполнена меньшим или большим количеством компонентов, и порядок обработки может быть изменен.

Множество принятых потоков 203a-203n _rx данных вводится в оценщик 204 канала, оценщик 206 шума и блоки 212a-212n_rx обработки OFDM. Оценщик 204 канала выполняет оценку канала, чтобы сформировать матрицу 205 канала, используя обычный способ. Оценщик 206 шума вычисляет изменение 207 шума. Вычислитель 208 матрицы корреляции канала генерирует на основании матрицы 205 канала матрицу корреляции 209, которая описана более подробно ниже. Вычислитель 210 постоянной нормы SNR вычисляет постоянные 211a-211n_ss нормы SNR на основании матрицы 209 корреляции и изменения 207 шума, что более подробно описано ниже.

Каждый блок 212a-212n _rx обработки OFDM удаляет циклический префикс из каждого принятого потока 203a-203n_rx данных и выполняет Быстрое Преобразование Фурье (Fast Fourier Transform, FFT), чтобы вывести данные 213a-213n_rx частотной области. Выводы 213a-213n _rx из блоков 212a-212n_rx обработки OFDM обрабатываются посредством пространственного декодера 214. Пространственный декодер 214 может представлять собой декодер Минимальной Среднеквадратичной Ошибки (Minimum Mean Square Error, MMSE), декодер Последовательного Подавления Помех с MMSE (MMSE-successive interference cancellation, SIC) или декодер Максимального Правдоподобия (Maximum Likelihood, ML).

После пространственного декодирования декодированные данные 215a-215n_ss обрабатываются посредством блоков 216a-216n_ss обратного сопоставления созвездия, чтобы сформировать битовые потоки 217a-217n_ss. Битовые потоки 2l7a-217n_ss нормализуются посредством блоков 218a-218n _ss нормализации SNR на основании постоянных 211a-211n _ss норм SNR. Далее нормализованные битовые потоки 219a-219n _ss обрабатываются обращенными перемежителями 220a-220n _ss. Биты 221a-221n_ss, к которым было применено обратное перемежение, объединяются в один битовой поток 223 посредством пространственного деанализатора 222. Далее битовый поток 223 обрабатывается декодером 224, чтобы восстановить входные данные 225.

Ниже описана выполняемая в передатчике 100 и приемнике 200 пространственная обработка, где в качестве примера применяется STBC. В следующем описании используются следующие обозначения:

N_TX- количество передающих антенн;

N_{SS -} количество пространственных потоков;

N_STS - количество потоков после STBC;

d_k,n - вектор данных в символьное время n;

s_k,n - вектор после STBC в символьное время n;

x_k,n - вектор после матрицы P с фиг.3 в символьное время n; и

y_k,n - принятый вектор в символьное время n.

Фиг.3 представляет собой структурную схему примера блока 120 пространственной обработки, сконфигурированного так, чтобы выполнять STBC и/или линейное пространственное сопоставление. Блок 120 пространственной обработки может включать в себя блок 302 STBC, блок 304 CDD и блок 306 сопоставления антенн. Каждый из символов 117a-117n_ss представляет собой поток комплексных чисел. Комплексный символ, передаваемый в пространственном потоке i поднесущей k OFDM-символа n, обозначается как d_k,i,n . Блок 302 STBC обрабатывает два последовательных OFDM-символа в каждой поднесущей. Выходные символы из блока 302 STBC в выходном пространственно-временном потоке i_STS на поднесущей k по OFDM-символам 2m и 2m+1 выражаются следующим образом:

где и определяются согласно Таблице.

Таблица
NSTS	NSS	iSTS
2	1	1	dk,1,2m	dk,1,2m+1
2	-d * k,1,2m+1	d* k,1,2m
3	2	1	dk,1,2m	dk,1,2m+1
2	-d * k,1,2m+1	d* k,1,2m
3	dk,2,2m	dk,2,2m+1
4	2	1	dk,1,2m	dk,1,2m+1
2	-d * k,1,2m+1	d* k,1,2m
3	dk,2,2m	dk,2,2m+1
4	-d* k,2,2m+1	d* k,2,2m
3	1	dk,1,2m	dk,1,2m+1
2	-d * k,1,2m+1	d* k,1,2m
3	dk,2,2m	dk,2,2m+1
4	dk,3,2m	dk,3,2m+1

Линейная пространственная обработка может быть выполнена посредством блока 304 CDD и блока 306 сопоставления антенн по каждому выходному символу из блока 302 STBC. Если STBC не выполняется, то s_k,i,n =d_k,i,n и N_STS=N _SS. Линейная пространственная обработка определяется как последовательность вращений вектора символов, который не должен быть передан по данной поднесущей. Обработка, выполняемая блоком 304 CDD и блоком 306 сопоставления антенн, выражается следующим образом:

где представляет собой N_STS-вектор символов модуляции, которые должны быть переданы на поднесущей k OFDM-символа n. C_CDD(k) представляет собой диагональную матрицу циклической задержки с размерностью N_SS×N_SS, которая представляет циклическую задержку в частотной области. Диагональные значения определяются по формуле [C_CDD(k)]_i,i =exp(-j2 k _FTⁱ _CS). [P_map(k)] представляет собой матрицу с размерностью N _Tx×N_STS, которая содержит первые N_STS столбцов унитарной матрицы P_map (k) сопоставления антенн с размерностью N_TX ×N_TX. Данная матрица может быть единичной матрицей для работы с прямым сопоставлением, матрицей сопоставления для работы при пространственном разнесении, либо управляющей матрицей, которая специфична для канала, например набор собственных векторов матрицы, x_k,n представляет собой N_TX-вектор передаваемых символов в поднесущей k OFDM-символа n.

Матрица H _e канала представляет собой эффективный канал, видимый для вектора s_k,n. Соответственно

В приемнике y_k,2m и y^* _k,2m+1 комбинируются друг с другом в единый вектор согласно следующему выражению:

Используя Уравнения (3) и (4),

Любое значение данных в векторах s_k,2m и s^* _k,2m+1, которое присутствует в любом из них, будет либо сопряжено в обоих векторах, либо несопряжено в обоих векторах. Это позволяет выразить Уравнение (5) в простой матричной форме, как проиллюстрировано в следующем конкретном примере.

Рассмотрим случай, когда N_tx=3 и N_ss=2, (то есть два пространственных потока генерируются из входных данных посредством пространственного анализатора 106 и три потока данных генерируются из блока 120 пространственной обработки в передатчике 100). Как показано ниже, один из трех потоков данных создается из модифицированной копии одного потока данных пространственного анализатора 106 для разнесения передачи.

Для случая, когда N_tx =3 и N_ss=2 из Таблицы можно определить следующее:

s_k,1,2m=d_k,1,2m ;

s_k,2,2m=-d^* _k,1,2m+1; и

s_k,3,2m =d_k,2,2m.

Соответственно

Кроме того,

s _k,1,2m+1=d_k,1,2m;

s_k,2,2m+1=d^* _k,1,2m; и

s_k,3,2m+1 =d_k,2,2m+1;

соответственно

и

Используя Уравнения (6) и (8), Уравнение (5) может быть выражено как стандартное матричное уравнение, в котором присутствуют четыре значения данных d_k,1,2m , d^* _k,1,2m+1, d_k,2,2m, d ^* _k,2,2m+1 (звездочка обозначает сопряжение, отличное от Эрмитова сопряжения)

Это уже стандартная форма MIMO, однако с матрицей канала, которая представляет собой сочетание различных столбцов H_e . Приемник 200 демодулирует вектор d данных

Для вектора данных в Уравнении (10) может использоваться демодулятор MMSE. Примем следующее обозначение матрицы канала для Уравнения (9):

Решение MMSE выражается следующим образом (отбрасывая индекс k и используя символ "+" для Эрмитова сопряжения)

либо эквивалентно

Уравнение (9) можно выразить следующим образом:

Подставляя Уравнение (14) в Уравнение (12) получаем

Используя Уравнение (11), матрицу корреляции можно выразить следующим образом:

Эффективное SNR для k-го потока данных в Уравнении (9) после обработки приемником MMSE выражается как

где

Для высоких значений SNR Уравнение (17) можно выразить следующим образом:

Матрица имеет форму

Определения параметров в Уравнении (19) с легкостью можно найти из выражения для . Используя общую формулу для обращенной матрицы

можно показать, что диагональные элементы выражаются следующим образом:

Используя Уравнение (18), отношения SNR для каждого потока данных получаются следующим образом:

Для любой из вышеупомянутых реализаций канала первые два компонента d (компоненты, к которым применяется код STBC) имеют одинаковое SNR и другие два компонента также имеют одинаковое SNR. Второе отношение, как правило, меньше первого. Соотношение отношений SNR для кодированных и некодированных компонентов d выражается следующим образом:

Предполагая, что три столбца H _e имеют одинаковые свойства, для STBC-кодированных символов отношение SNR будет в среднем выше на 3 дБ.

При реализации STBC пара последующих символов может быть передана на одной частоте или на разных частотах. Для оценки рассматривается простейший случай, когда N_tx=2 и N _sa=1, и предполагается, что в приемнике присутствует только одна приемная антенна. Эффективная матрица канала представляется как матрица с размерностью 1x2 в следующей форме:

и вектор данных выражается как

Когда для последовательных символов используется одинаковая частота, H_e одинакова для обоих символов, и Уравнение (5) выражается следующим образом:

Если используется приемник с обращением в ноль незначащих элементов, то сначала умножают y _k на Эрмитово сопряжение матрицы канала

чтобы получить

В сигнальной части диагональные элементы |h₁|²+|h₂| ² матрицы представляют разнесение 2-го порядка, которое достигается посредством кода STBC.

Когда для последующих символов используются разные частоты, эффективные каналы для этих двух символов выражаются следующим образом:

H_e =[h₁h₂] для первого символа; и

H_e =[g₁g₂] для второго символа.

В этом случае модифицированное Уравнение (5) приобретает следующий вид:

и можно получить

и

В сигнальной части диагональные элементы |h₁|²+|g₂| ² матрицы представляют разнесение 2-го порядка, которое достигается посредством кода STBC. В этом случае диагональные элементы также представляют разнесение 2-го порядка. Однако недиагональные элементы приводят к помехам (то есть неортогональности).

Для случая 2×1 из Таблицы, Уравнение (5) выражается следующим образом:

где:

и

MMSE-оценщик вектора d в этом случае выражается следующим образом:

Уравнение (40) приобретает следующий вид:

или

Альтернативно MMSE-оценки d _2m и d_2m+1 могут быть найдены, используя только y_2m и далее y_2m+1, после чего выполняется их суммирование. Применяя эту схему для первого символа

и MMSE-оценка вектора данных из первого символа выражается как

Применяя эту схему для второго символа

и MMSE-оценка вектора данных из второго символа выражается как

Используя Уравнения (47) и (49), две оценки d_2m суммируются следующим образом:

Результат соответствует результату, полученному в Уравнении (43). Суммирование для оценки d _2m+1 приведет к тому же результату, что и Уравнение (43). Так, в простой форме Аламути 2×1 два способа декодирования идентичны. Тем не менее результаты могут различаться для случая 3×2 из Таблицы.

Фиг.4 и 5 иллюстрируют результаты имитации для каналов E и B согласно стандарту IEEE 802.11n в случае использования конфигурации антенн 3×2 и приемника с функцией LMMSE. Результаты имитации показывают, что случай, в котором используется неравная схема модуляции 64 QAM и QPSK, обеспечивает преимущество примерно в 1,5 дБ (0,8 дБ) в терминах Частоты Ошибок Пакетной Передачи (Packet Error Rate, PER) по сравнению со случаем, где используется равная схема модуляции 16 QAM и 16 QAM для канала E (канала B).

Передатчик и приемник могут представлять собой Беспроводной Блок Приема/Передачи (Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU) или базовую станцию. В использованном здесь значении термин "беспроводной блок приема/передачи" (ББПП) включает в себя, но не ограничивается перечисленным, пользовательское оборудование (User Equipment), мобильную станцию, фиксированную или мобильную абонентскую станцию, пейджер, сотовый телефон, персональный цифровой секретарь (Personal Digital Assistant, PDA), компьютер или любой другой тип пользовательских устройств, способных работать в беспроводной среде. В использованном здесь значении термин "базовая станция" включает в себя, но не ограничивается перечисленным, Узел-B (Node-B), локальный контроллер, точку доступа (Access Point, AP) или любой другой тип интерфейсного устройства, способного работать в беспроводной среде.

Варианты осуществления изобретения

1. Способ для реализации пространственной обработки данных с неравными Схемами Модуляции и Кодирования (MCS) в системе беспроводной связи, включающей в себя передатчик и приемник.

2. Способ по п.1, содержащий этап, на котором генерируют множество потоков данных из, по меньшей мере, одной группы входных данных.

3. Способ по п.2, содержащий этап, на котором выполняют пространственную обработку, по меньшей мере, одного потока данных, чтобы сформировать множество пространственных потоков, причем схема MCS для каждого потока данных выбирается независимым образом.

4. Способ по п.3, содержащий этап, на котором передают пространственные потоки посредством множества передающих антенн.

5. Способ по любому из п.п.3-4, в котором выполняют пространственную обработку только части потоков данных.

6. Способ по любому из п.п.3-5, в котором схема MCS для потока данных, для которого выполняется пространственная обработка, отличается от схемы MCS для потока данных, для которого пространственная обработка не выполняется.

7. Способ по любому из п.п.3-6, в котором пространственная обработка представляет собой Пространственно-Временное Блочное Кодирование (Space Time Block Coding, STBC), выполняемое для, по меньшей мере, одного из потоков данных.

8. Способ по п.7, в котором пара символов для STBC потока данных сопоставляется одной и той же частоте.

9. Способ по п.7, в котором пара символов для STBC потока данных сопоставляется разным частотам.

10. Способ по любому из п.п.3-9, в котором пространственная обработка, выполняемая, по меньшей мере, для одного из потоков данных, представляет собой, по меньшей мере, один из STBC, SFBC, квазиортогонального кодирования Аламути и пространственно-временного блочного кодирования с Обращением времени.

11. Способ по любому из п.п.3-10, в котором выполняют линейную пространственную обработку потоков данных.

12. Способ по п.11, в котором выполняют Разнесение Циклической Задержки (Cyclic Delay Diversity, CDD) пространственных потоков.

13. Способ по любому из п.п.11-12, в котором перемножают матрицу сопоставления антенн с пространственными потоками.

14. Способ по п.13, в котором матрица сопоставления антенн представляет собой единичную матрицу.

15. Способ по п.13, в котором матрица сопоставления антенн предназначена для пространственного разброса.

16. Способ по п.13, в котором матрица сопоставления антенн представляет собой управляющую матрицу, которая специфична для канала.

17. Способ по п.16, в котором матрица сопоставления антенн включает в себя набор собственных векторов канала.

18. Способ по любому из п.п.3-17, в котором схема MCS для каждого потока данных определяется на основании отношения сигнал-шум каждого пространственного потока, связанного с этим потоком данных.

19. Способ по любому из п.п.4-18, сверх того, содержащий этап, на котором принимают пространственные потоки посредством, по меньшей мере, одной приемной антенны.

20. Способ по п.19, содержащий этап, на котором выполняют оценку канала, чтобы сформировать матрицу канала.

21. Способ по п.20, содержащий этап, на котором декодируют принятые пространственные потоки, используя матрицу канала, чтобы восстановить входные данные.

22. Способ по п.21, в котором для декодирования принятых потоков данных используют декодирование с Минимальной Среднеквадратичной Ошибкой (Minimum Mean Square Error, MMSE).

23. Способ по п.21, в котором для декодирования принятых потоков данных используют декодирование с обращением в ноль незначащих элементов.

24. Способ по любому из п.п.1-23, в котором система беспроводной связи является системой OFDM.

25. Способ по любому из п.п.1-23, в котором система беспроводной связи является одной из систем MS-CDMA и CDMA.

26. Передатчик для реализации пространственной обработки данных с неравными схемами MCS.

27. Передатчик по п.26, содержащий пространственный процессор для выполнения пространственной обработки, по меньшей мере, одного из множества потоков данных, причем схема MCS для каждого потока данных выбирается независимым образом.

28. Передатчик по п.27, содержащий множество передающих антенн для передачи потоков данных.

29. Передатчик по любому из п.п.27-28, в котором пространственный процессор сконфигурирован так, чтобы выполнять пространственную обработку только части потоков данных.

30. Передатчик по любому из п.п.27-29, в котором схема MCS для потока данных, для которого выполняется пространственная обработка, отличается от схемы MCS для потока данных, для которого пространственная обработка не выполняется.

31. Передатчик по любому из п.п.27-30, в котором пространственный процессор сконфигурирован так, чтобы выполнять STBC, по меньшей мере, одного из потоков данных.

32. Передатчик по п.31, в котором пространственный процессор сконфигурирован так, чтобы сопоставлять пару символов для STBC потока данных одинаковой частоте.

33. Передатчик по п.31, в котором пространственный процессор сконфигурирован так, чтобы сопоставлять пару символов для STBC потока данных разным частотам.

34. Передатчик по любому из п.п.27-33, в котором пространственный процессор сконфигурирован так, чтобы выполнять обработку, по меньшей мере, одного из потоков данных согласно, по меньшей мере, одному из STBC, SFBC, квазиортогонального кодирования Аламути и пространственно-временного блочного кодирования с Обращением времени.

35. Передатчик по любому из п.п.27-34, в котором пространственный процессор сконфигурирован так, чтобы выполнять линейную пространственную обработку потоков данных.

36. Передатчик по п.35, в котором пространственный процессор сконфигурирован так, чтобы выполнять CDD пространственных потоков.

37. Передатчик по любому из п.п.35-36, в котором пространственный процессор сконфигурирован так, чтобы применять матрицу сопоставления антенн к пространственным потокам.

38. Передатчик по п.37, в котором матрица сопоставления антенн представляет собой единичную матрицу.

39. Передатчик по п.37, в котором матрица сопоставления антенн предназначена для пространственного разброса.

40. Передатчик по п.37, в котором матрица сопоставления антенн представляет собой управляющую матрицу, которая специфична для канала.

41. Передатчик по п.40, в котором матрица сопоставления антенн включает в себя набор собственных векторов канала.

42. Передатчик по любому из п.п.27-41, в котором схема MCS для каждого потока данных определяется на основании отношения сигнал-шум каждого пространственного потока, связанного с этим потоком данных.

43. Приемник для реализации пространственной обработки данных с неравными схемами MCS.

44. Приемник по п.43, содержащий, по меньшей мере, одну приемную антенну для приема множества пространственных потоков, причем схема MCS для каждого потока данных, сопоставленного этим пространственным потокам, выбирается независимо от передатчика.

45. Приемник по п.44, содержащий оценщик канала для выполнения оценки канала, чтобы сформировать матрицу канала.

46. Приемник по п.45, содержащий пространственный декодер для декодирования принятых пространственных потоков, используя матрицу канала.

47. Приемник по п.46, в котором пространственный декодер сконфигурирован так, чтобы выполнять декодирование MMSE для декодирования принятых пространственных потоков.

48. Приемник по п.46, в котором пространственный декодер сконфигурирован так, чтобы выполнять декодирование с обращением в ноль незначащих элементов для декодирования принятых пространственных потоков.

Несмотря на то, что функциональные особенности и элементы настоящего изобретения описаны в предпочтительных вариантах в их конкретной комбинации, каждая функциональная особенность или элемент может использоваться в отдельности без других функциональных особенностей и элементов предпочтительных вариантов осуществления или в различных комбинациях вместе с или без других функциональных особенностей и элементов настоящего изобретения. Способы или схемы последовательности операций, представленные в настоящем изобретении, могут быть реализованы в компьютерной программе, программном обеспечении или встроенном программном обеспечении, материально реализованном в машиночитаемом средстве хранения для выполнения компьютером общего назначения или процессором. Примеры машиночитаемых средств хранения включают в себя ПЗУ, ОЗУ, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические диски и оптические носители, такие как диски CD-ROM и DVD.

Подходящие процессоры включают в себя, например, процессор общего назначения, процессор специального назначения, обычный процессор, процессор цифровых сигналов, множество микропроцессоров, один или более микропроцессоров в связи с ядром процессора цифровых сигналов, контроллер, микроконтроллер, специализированные интегральные схемы, программируемые вентильные матрицы, другие типы интегральных схем и/или конечный автомат.

Процессор вместе с программным обеспечением может использоваться для реализации радиочастотного приемопередатчика для использования в беспроводном блоке приема/передачи, пользовательском оборудовании, терминале, базовой станции, контроллере радиосети или любом главном компьютере. ББПП может использоваться в связи с модулями, реализованными аппаратным и/или программным образом, такими как камера, видеокамера, видеотелефон, телефон с громкой связью, вибрационное устройство, громкоговоритель, микрофон, телевизионный приемопередатчик, гарнитура "hands free", клавиатура, модуль Bluetooth®, радио блок с частотной модуляцией, жидкокристаллический дисплей, OLED-дисплей, цифровой музыкальный проигрыватель, медиа-проигрыватель, модуль видеоигр, Интернет-браузер и/или любой модуль беспроводной локальной сети.