Патент на изобретение №2316900

(54) ИЕРАРХИЧЕСКОЕ КОДИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОЖЕСТВА АНТЕНН В СИСТЕМЕ РАДИОСВЯЗИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для выполнения иерархического кодирования в системе радиосвязи. Технический результат состоит в обеспечении связи с множеством пользователей. Для этого в передатчике основной поток и расширенный поток кодируются и модулируются отдельно для получения первого и второго потоков символов данных соответственно. Первый поток символов данных обрабатывается в соответствии с первой схемой пространственной обработки для получения первого набора подпотоков символов. Второй поток символов данных обрабатывается в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго набора подпотоков символов. Первый набор подпотоков символов объединяется со вторым набором подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи для передачи множеством передающих антенн. Приемник выполняет дополнительную обработку для восстановления основного потока и расширенного потока. 12 н. и 30 з.п. ф-лы, 28 ил.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

Заявитель испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на патент США № 60/506466 от 25 сентября 2003 г., полностью включенной в данное описание посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

I. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в основном к связи и более конкретно к способам для выполнения иерархического кодирования в системе радиосвязи.

II. Уровень техники

Широкое развертывание систем радиосвязи обеспечивает различные услуги связи, такие как речевая связь, связь с коммутацией пакетов, широковещательная передача и так далее. Эти системы могут быть выполнены с возможностью обеспечения связи для множества пользователей одновременно посредством совместного использования доступных ресурсов системы. Некоторые возможные варианты таких систем включают в себя системы множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), системы множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) и системы множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA).

Система радиосвязи может обеспечивать услугу широковещательной передачи, которая обычно связана с широковещательной передачей данных пользователям в указанной зоне широковещания вместо передачи данных определенным пользователям. Так как широковещательная передача предназначена для приема множеством пользователей в зоне широковещания, скорость широковещательной передачи данных обычно определяется пользователем с наихудшими условиями канала. Обычно пользователь “наихудшего случая” находится далеко от передающей базовой станции и имеет низкое отношение сигнал-шум (SNR).

Пользователи в зоне широковещания обычно воспринимают различные условия канала, реализуют различные отношения SNR и могут принимать данные на различных скоростях передачи данных. Тогда может использоваться иерархическая передача для улучшения услуги широковещательной передачи. При иерархической передаче данные широковещательной передачи разделяются на “основной поток” и “расширенный поток”. Основной поток передается так, что этот поток могут восстановить все пользователи в зоне широковещания. Расширенный поток передается так, что этот поток может восстанавливаться пользователями, испытывающими более хорошие условия канала. Иерархическая передача также определяется как иерархическое кодирование, где термин “кодирование” в этом контексте относится скорее к канальному кодированию, чем к кодированию данных в передатчике.

Обычным способом реализации иерархического кодирования является использование неравномерной модуляции. В этом способе данные для основного потока модулируются с использованием первой схемы модуляции и данные для расширенного потока модулируются с использованием второй схемы модуляции, которая накладывается на первую схему модуляции. Первой схемой модуляции обычно является схема модуляции более низкого порядка, такая как QPSK (квадратурная фазовая манипуляция), а второй схемой модуляции может быть также QPSK. В этом случае результирующие модулированные данные для обоих потоков могут иметь сходство с данными, модулированными с использованием 16-QAM (квадратурная амплитудная модуляция). Все пользователи в зоне широковещания могут восстанавливать основной поток с использованием демодуляции QPSK. Пользователи с более хорошими условиями канала также могут восстанавливать расширенный поток посредством удаления модуляции, обусловленной основным потоком. Иерархическое кодирование с использованием неравномерной модуляции реализуют некоторые обычные системы, такие как система стандарта DVB-T (прямой широковещательной передачи видеоданных).

Иерархическое кодирование обычно используется для системы с одним входом и одним выходом (SISO). Система SISO использует одну антенну в передатчике и одну антенну в приемнике. Иерархическое кодирование для системы SISO может быть реализовано, например, с использованием неравномерной модуляции, как описано выше.

Система радиосвязи может использовать множество антенн в передатчике или в приемнике или и в передатчике и в приемнике. Множество антенн может использоваться для обеспечения разнесения для снижения вредных воздействий в тракте и/или для улучшения пропускной способности, и то и другое является предпочтительным. В технике существует потребность в способах для выполнения в системе радиосвязи иерархического кодирования с использованием множества антенн.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предложены способы для выполнения иерархического кодирования в системе связи с множеством антенн. Эта система может быть системой со множеством выходов и одним входом (MISO) с множеством антенн в передатчике, системой с одним входом и множеством выходов (SIMO) с множеством антенн в приемнике или системой со множеством входов и множеством выходов (MIMO) с множеством антенн в передатчике и приемнике. Эти способы могут использоваться для передачи множества потоков данных (например, основного потока и расширенного потока) к различным принимающим объектам, обеспеченные возможностью реализации различных отношений сигнал/шум (SNR).

В передатчике в системе MISO или MIMO основной поток и расширенный поток кодируются и модулируются отдельно для получения первого и второго потоков символов данных соответственно. Первый поток символов данных обрабатывается в соответствии с первой схемой пространственной обработки (например, схемой разнесения передачи или схемой пространственного мультиплексирования) для получения первого набора подпотоков символов. Второй поток символов данных обрабатывается в соответствии со второй схемой пространственной обработки (например, схемой разнесения передачи или схемой пространственного мультиплексирования) для получения второго набора подпотоков символов. Ниже описаны различные схемы разнесения передачи и пространственного мультиплексирования. Первый набор подпотоков символов объединяется со вторым набором подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи для передачи множеством передающих антенн. Объединение может быть получено посредством мультиплексирования с разделением времени (TDM) первого набора подпотоков символов со вторым набором подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи. В виде варианта, объединение может быть получено суперпозицией посредством (1) масштабирования первого набора подпотоков символов с использованием первого масштабного коэффициента, (2) масштабирования второго набора подпотоков символов с использованием второго масштабного коэффициента и (3) суммирования первого набора масштабированных подпотоков символов со вторым набором масштабированных подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи. Первый и второй масштабные коэффициенты определяют величину мощности передачи, которая должна использоваться для основного потока и расширенного потока соответственно.

Для восстановления основного потока и расширенного потока могут использоваться различные архитектуры приемника в зависимости от того, передаются ли эти потоки с использованием TDM или суперпозиции. Если использовалось TDM, то приемник в системе SIMO или MIMO первоначально демультиплексирует с разделением времени множество принятых потоков символов, которые получены через множества приемных антенн для обеспечения первого набора принятых подпотоков символов для основного потока и второго набора принятых подпотоков символов для расширенного потока. Первый набор принятых подпотоков символов обрабатывается в соответствии с первой схемой пространственной обработки для получения первого восстановленного потока символов данных, который дополнительно демодулируется и декодируется для получения декодированного основного потока. Второй набор принятых подпотоков символов обрабатывается в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго восстановленного потока символов данных, который дополнительно демодулируется и декодируется для получения декодированного расширенного потока.

Если использовалась суперпозиция, то приемник в системе SIMO или MIMO первоначально обрабатывает несколько принятых потоков символов в соответствии с первой схемой пространственной обработки для получения первого восстановленного потока символов данных, который демодулируется и декодируется для получения декодированного основного потока. Помеха, обусловленная декодированным основным потоком, оценивается и подавляется в принятых потоках символов для получения модифицированных потоков символов. Затем модифицированные потоки символов обрабатываются в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго восстановленного потока символов данных, который демодулируется и декодируется для получения декодированного расширенного потока. Восстановление расширенного потока также может происходить в несколько этапов, при этом на каждом этапе восстанавливается декодированный расширенный подпоток для одной из передающих антенн.

Ниже более подробно описаны различные аспекты и варианты осуществления изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Признаки, сущность и преимущества представленного изобретения станут более ясны из подробного описания, приведенного ниже, при рассмотрении совместно с чертежами, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены сходные элементы.

Фиг.1 изображает систему SISO.

Фиг.2A-2C изображают систему SIMO, систему MISO и систему MIMO соответственно.

Фиг.3 изображает передатчик и приемник в системе MIMO.

Фиг.4A изображает процессор данных передачи (TX) и TX-процессор пространственной обработки в передатчике.

Фиг.4B изображает блок-схему параллельного каскадного сверточного кодера.

Фиг.5A и 5B изображают процессор разнесения передачи и процессор пространственного мультиплексирования для TX-процессора пространственной обработки.

Фиг.6A иллюстрирует блок-схему TX-процессора пространственной обработки, в котором основной поток и расширенный поток мультиплексируются во времени и передаются с использованием разнесения передачи.

Фиг.6B иллюстрирует блок-схему TX-процессора пространственной обработки, в котором основной поток и расширенный поток мультиплексируются во времени, основной поток передается с использованием разнесения передачи и расширенный поток использует пространственное мультиплексирование.

Фиг.6C иллюстрирует блок-схему TX-процессора пространственной обработки, в котором основной поток и расширенный поток объединяются и объединенный поток передается с использованием разнесения передачи.

Фиг.6D иллюстрирует блок-схему TX-процессора пространственной обработки, в котором основной поток и расширенный поток объединяются и основной поток передается с использованием разнесения передачи, а расширенный поток использует пространственное мультиплексирование.

Фиг.6E иллюстрирует блок-схему TX-процессора пространственной обработки, в котором основной поток и расширенный поток объединяются и объединенный поток передается с использованием пространственного мультиплексирования.

Фиг.6F иллюстрирует блок-схему TX-процессора пространственной обработки, в котором основной поток и расширенный поток передаются с использованием разнесения передачи без TDM или объединения.

Фиг.6G иллюстрирует блок-схему TX-процессора пространственной обработки, в котором основной поток передается одной передающей антенной и расширенный поток передается второй передающей антенной.

Фиг.7A и фиг.7B изображают временные диаграммы для схем TDM и суперпозиции соответственно.

Фиг.8A и фиг.8B изображают две схемы приемника для схемы TDM.

Фиг.8C изображает блок-схему турбодекодера.

Фиг.9A и фиг.9B изображают две схемы приемника для схемы суперпозиции.

Фиг.10 изображает процесс, выполняемый передатчиком для иерархического кодирования.

Фиг.11A и фиг.11B изображают процессы, выполняемые приемником для иерархического кодирования с использованием схем TDM и суперпозиции соответственно.

Фиг.12 изображает график областей скоростей для иерархического кодирования в системе SISO.

Фиг.13 изображает график областей скоростей для иерархического кодирования в системах SIMO и MIMO.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

Слово “возможный” используется здесь в значении “служащий в качестве возможного варианта, образца или иллюстрации”. Любой вариант осуществления или схема, описанные здесь как “возможные”, не должны рассматриваться обязательно как предпочтительные или имеющие преимущество перед другими вариантами осуществления или схемами.

Описанные здесь способы для выполнения иерархического кодирования могут использоваться для различных видов систем радиосвязи, включая системы связи с множеством несущих и с одной несущей. Возможные варианты систем с множеством несущих включают в себя систему связи множественного доступа с ортогональным частотным разделением (OFDMA), систему мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM) и так далее. Для ясности указанные способы, в частности, описаны ниже для системы связи с одной несущей.

1. Иерархическое кодирование в системе SISO

Фиг.1 изображает систему 100 SISO с передатчиком 110 и двумя приемниками 120a и 120b для двух пользователей A и B. В общем система SISO может содержать произвольное количество передатчиков и произвольное количество приемников для произвольного количества пользователей. Для простоты на фиг.1 изображены и рассматриваются ниже только один передатчик и два приемника для двух пользователей. Для системы 100 SISO передатчик 110 оборудован одной антенной и каждый из приемников 120a и 120b также оборудован одной антенной. Канал связи между передатчиком 110 и приемником 120a имеет комплексное усиление канала h_a и дисперсию шума _a. Канал связи между передатчиком 110 и приемником 120b имеет комплексное усиление канала h_b и дисперсию шума _b с _b > _a. Соответственно, пользователь A достигает более высокого SNR, чем пользователь B.

Может быть реализована двухуровневая услуга широковещательной передачи, в соответствии с чем данные широковещательной передачи разделяют на основной поток и расширенный поток. Основной поток передается на скорости, на которой могут осуществлять прием оба пользователя A и B. Расширенный поток передается на скорости, на которой может осуществлять прием пользователь с лучшим отношением SNR. Пользователи A и B являются представительными для двух различных групп пользователей, у которых могут быть реализованы два различных диапазона отношений SNR. Два потока могут передаваться с использованием схемы мультиплексирования с разделением по времени (TDM) или схемы суперпозиции.

Для схемы мультиплексирования с разделением по времени основной поток передается за долю времени, а расширенный поток передается за оставшееся время. Модель сигнала для пользователей A и B для схемы TDM в системе 100 SISO может быть выражена следующим образом:

y_a = s + n_a, и Уравнения (1)

y_b = s + n_b,

где s является символом данных, передаваемым передатчиком, который может быть символом для основного потока или для расширенного потока;

y_a и y_b являются символами, принимаемыми пользователями A и B соответственно;

и n_a и n_b являются независимыми случайными Гауссовыми переменными с дисперсиями _a ² и _b ² соответственно для шума, воспринимаемого пользователями A и B соответственно.

Набор (1) уравнений предполагает канал с аддитивным белым Гауссовым шумом (AWGN) для каждого из пользователей A и B. Основной характеристикой канала AWGN является то, что он имеет постоянное усиление канала, которое в наборе (1) уравнений предполагается равным единице (т.е. h_a = h_b = 1).

Максимальные скорости для пользователей A и B могут быть выражены следующим образом:

где P является мощностью передачи, используемой для символов данных; и

C_a и C_b являются максимальными скоростями для пользователей A и B соответственно.

Набор (2) уравнений основывается на Шенноновской функции пропускной способности, которая дает теоретическую максимальную скорость передачи данных, на которой с большой вероятностью может осуществляться передача по каналу связи с заданным откликом канала и заданной дисперсией шума. Шенноновская пропускная способность предполагает модель канала AWGN и неограниченный алфавит, при этом символы данных не ограничены определенными точками на совокупности сигналов. Шенноновская пропускная способность также определяется как безусловная пропускная способность. Пропускная способность также определяется как спектральная эффективность и обе задаются в единицах битов в секунду на Герц (б/с/Гц).

Из набора (2) уравнений канал связи может поддерживать скорость C_b для пользователя B, на которой также может осуществлять прием пользователь A. Канал связи может также поддерживать скорость C_a для пользователя А, которая больше скорости C_b для пользователя B, так как _b > _a. Скорость обычно задается в битах в секунду (б/с). Для простоты в последующем описании скорость задана в нормированных единицах (б/с/Гц).

Для схемы TDM основной поток передается за долю времени и должен приниматься обоими пользователями A и B, при этом пользователь B имеет худшее отношение SNR, так как _b > _a. Расширенный поток передается за оставшееся время и должен приниматься только пользователем А, т.e. не принимая во внимание пользователя B. Полные скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для схемы TDM, могут быть выражены следующим образом:

R_b = _b, и Уравнения (3)

где является долей времени, за которую передается основной поток, с 1 0;

является долей времени, за которую передается расширенный поток;

R_b и R_e являются скоростями для основного потока и расширенного потока соответственно; и

R_a и R_b являются полными скоростями для пользователей A и B соответственно.

Набор (3) уравнений указывает, что скорость R_b для пользователя B равна скорости для основного потока. Скорость R_a для пользователя A равна скорости R_b для основного потока плюс скорость R_e для расширенного потока.

Для схемы суперпозиции основной поток и расширенный поток объединяются и передаются одновременно. Мощность передачи P делится между двумя потоками. Модель сигнала для пользователей A и B для схемы суперпозиции в системе 100 SISO может быть выражена в виде:

где s_b и s_e являются символами данных для основного потока и расширенного потока соответственно;

является долей мощности передачи, используемой для основного потока; и

является долей мощности передачи, используемой для расширенного потока.

В приемнике сначала из принятого сигнала восстанавливается основной поток путем обработки расширенного потока как аддитивного шума. Когда основной поток восстановлен, оценивается помеха, обусловленная основным потоком, и удаляется из принятого сигнала. Затем при удаленном основном потоке восстанавливается расширенный поток. Полные скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для схемы суперпозиции, могут быть выражены в виде:

Набор (5) уравнений также основывается на Шенноновской функции пропускной способности и соответствует предположению модели канала AWGN и неограниченного алфавита.

В уравнении (5a) скорость R_b для основного потока определяется на основе мощности передачи для основного потока и полного шума где член соответствует помехе, обусловленной расширенным потоком. В уравнении (5b) скорость R_e для расширенного потока определяется на основе мощности передачи для расширенного потока и полного шума _a ², где помеха, обусловленная основным потоком, предполагается полностью подавленной. Скорость R_b для пользователя B равна скорости для основного потока, и скорость R_a для пользователя A равна скорости R_b для основного потока плюс скорость R_e для расширенного потока.

Фиг.12 изображает график областей скоростей для схем TDM и суперпозиции для системы SISO с каналом AWGN. Вертикальная ось представляет скорость R_b для пользователя B, которая является скоростью для основного потока. Горизонтальная ось представляет скорость R_a для пользователя А, которая является объединенной скоростью для основного потока и для расширенного потока. На фиг.12 обе скорости R_a и R_b заданы в б/с/Гц. Рабочая характеристика задана на фиг.12 для канала с замираниями Релея. Хотя описанные здесь способы иерархического кодирования могут использоваться для различных видов канала, рабочая характеристика может зависеть от статистики для вида канала.

График 1210 изображает достижимые скорости R_a и R_b для различных значений для схемы TDM. Эти скорости вычисляются с использованием уравнений (2) и (3) при P/_a ² = 20 дБ и P/_b ² = 5 дБ. Для передается только основной поток и R_a = R_b = 2,06 б/с/Гц, а R_e = 0. Для передается только расширенный поток и R_a = R_e = 6,66 б/с/Гц и R_b = 0. Скорости R_a и R_b для других значений для схемы TDM заданы графиком 1210.

График 1220 изображает достижимые скорости R_a и R_b для различных значений для схемы суперпозиции. Эти скорости вычисляются с использованием уравнений (5) при P/_a ² = 20 дБ и P/_b ² = 5 дБ.

Областью скоростей для схемы TDM является зона под графиком 1210. Областью скоростей для схемы суперпозиции является зона под графиком 1220. Более предпочтительна большая область скоростей. Фиг.12 иллюстрирует, что схема суперпозиции имеет большую область скоростей и, соответственно, лучшую рабочую характеристику, чем схема TDM.

В приведенном выше описании для схем TDM и суперпозиции предполагается канал AWGN. Для канала с равномерными замираниями комплексное усиление канала от передатчика до каждого пользователя может быть представлено переменной h канала, как изображено на фиг.1. Эта переменная канала предполагается комплексной Гауссовой случайной переменной с нулевым средним значением, дисперсией в единицу, и распределенной одинаково для двух пользователей.

Полные скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для канала с равномерными замираниями для схемы суперпозиции в системе 100 SISO, могут быть выражены как:

где E{} обозначает ожидаемое значение . Набор (6) уравнений основывается на эргодической функции пропускной способности, которая дает ожидаемую максимальную скорость передачи данных, заданную переменной h канала. Скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для схемы TDM в канале с равномерными замираниями, также могут быть получены подобным образом.

2. Иерархическое кодирование в Системе SIMO

Фиг.2A изображает систему 200a SIMO с передатчиком 210a и двумя приемниками 220a и 220b для двух пользователей A и B. Для системы SIMO (1, N_R) передатчик оборудован одной антенной и приемник оборудован N_R антеннами, где N_R > 1. Для простоты фиг.2A изображает систему SIMO (1,2), в связи с чем каждый из приемников 220a и 220b оборудован двумя антеннами. Канал связи между передатчиком 210a и приемником 220a имеет вектор отклика канала h_a и дисперсию шума _a. Канал связи между передатчиком 210a и приемником 220b имеет вектор отклика канала h_b и дисперсию шума _b с _b > _a. Вектор отклика канала h для каждого пользователя содержит N_R элементов для комплексных усилений канала между одной передающей антенной и каждой из N_R приемных антенн пользователя, т.е. h = [h₁ h₂ … ]^T, где “T” обозначает транспонирование.

Для системы SIMO в приемнике может использоваться множество антенн для достижения большего разнесения. Модель сигнала для пользователей A и B в системе 200a SIMO может быть выражена в виде:

y_a = h_as + n_a, и Уравнения (7)

y_b = h_bs + n_b,

где h_a и h_b являются векторами отклика канала для пользователей A и B соответственно;

n_a и n_b являются векторами шума для пользователей A и B соответственно и

y_a и y_b являются векторами с N_R принятыми символами для N_R приемных антенн для пользователей A и B соответственно.

Приемник для пользователя i может восстанавливать переданный символ s данных следующим образом:

где G_simo является общим усилением канала для пользователя i;

s является оценкой символа s данных, переданного передатчиком; и

с_i является шумом по окончании обработки для пользователя i.

Общее усиление канала G_simo = |h₁|² + |h₂|² + … + ||² для N_R приемных антенн. Для системы SIMO (1,2) с N_R = 2, G_simo является хи-квадратной переменной с двумя степенями свободы, что предполагает канал с замираниями Релея и достигается разнесение второго порядка. Описанные здесь способы иерархического кодирования не зависят от какой-либо определенной статистической модели для канала и могут применяться к другим видам канала. Уравнение (8) демонстрирует обработку в приемнике для совокупностей сигнала многоуровневой фазовой манипуляции (М-PSK). Подобная обработка приемника может выполняться для совокупностей сигнала квадратурной амплитудной модуляции (М-QAM). Более подробно обработка в передатчике и приемнике для основного потока и расширенного потока описана ниже.

Скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для схемы TDM в системе SIMO с каналом с равномерными замираниями, могут быть выражены в следующем виде:

Скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для схемы суперпозиции в системе SIMO с каналом с равномерными замираниями, могут быть выражены в виде:

3. Иерархическое кодирование в системе MISO

Фиг.2B изображает систему 200b MISO с передатчиком 210b и двумя приемниками 220c и 220d для двух пользователей A и B. Для системы MISO (N_T, 1) передатчик оборудован N_T антеннами и приемник оборудован одной антенной, где N_T > 1. Для простоты фиг.2B изображает систему MISO (2,1), в связи с чем передатчик 210b оборудован двумя антеннами и каждый из приемников 220c и 220d оборудован одной антенной. Канал связи между передатчиком 210b и приемником 220c имеет вектор отклика канала h_a ^T и дисперсию шума _a. Канал связи между передатчиком 210b и приемником 220d имеет вектор отклика канала h_b ^T и дисперсию шума _b с _b > _a.

Для системы MISO в передатчике могут использоваться несколько антенн для достижения большего разнесения. В частности, основной поток и расширенный поток могут передаваться несколькими передающими антеннами с использованием схемы разнесения передачи, как описано ниже. Модель сигнала для пользователей A и B в системе 200b MISO может быть выражена в виде:

y_a = h_a ^Tx + n_a, и Уравнения (11)

y_b = h_b ^Tx + n_b,

где x является вектором из N_T символов передачи, переданных из N_T антенн в передатчике;

h_a ^T и h_b ^T являются векторами отклика канала для пользователей A и B соответственно;

n_a и n_b являются шумом, наблюдаемым пользователями A и B соответственно; и

y_a и y_b являются принятыми символами для пользователей A и B соответственно.

Вектор x символов передачи получают посредством выполнения пространственной обработки на символах данных. Более подробно пространственная обработка в передатчике и в приемнике для системы MISO описана ниже.

4. Иерархическое кодирование в системе MIMO

Фиг.2C изображает систему 200c MIMO с передатчиком 210c и двумя приемниками 220e и 220f для двух пользователей A и B. Для системы MIMO (N_T, N_R) передатчик оборудован N_T антеннами и приемник оборудован N_R антеннами, где N_T > 1 и N_R > 1. Для простоты фиг.2C изображает систему MIMO (2,2), в которой передатчик 210c оборудован двумя антеннами, а каждый из приемников 220e и 220f также оборудован двумя антеннами.

Фиг.3 изображает блок-схему передатчика 210x и приемника 220x. Передатчик 210x является вариантом осуществления передатчика 210b на фиг.2B и передатчика 210c на фиг.2C. Приемник 220x является вариантом осуществления приемников 220a и 220b на фиг.2A и приемников 220e и 220f на фиг.2C.

В передатчике 210x TX-процессор 310 данных принимает, кодирует, перемежает и модулирует данные для основного потока {d_b} и обеспечивает поток символов модуляции {s_b}. TX-процессор 310 данных также принимает, кодирует, перемежает и модулирует данные для расширенного потока {d_e} и обеспечивает поток символов модуляции {s_e}. Символы модуляции здесь также определены как символы данных. TX-процессор 320 пространственной обработки выполняет пространственную обработку на двух потоках символов данных {s_b} и {s_e}, мультиплексирует в символы пилот-сигнала и обеспечивает два потока символов передачи {x₁} и {x₂}. Блоки 322a и 322b передатчика (TMTR) принимают и обрабатывают два потока символов передачи {x₁} и {x₂} соответственно для получения двух модулированных сигналов, которые затем передаются с антенн 324a и 324b.

В приемнике 220x два модулированных сигнала, переданных передатчиком 210x, принимаются антеннами 352a и 352b. Блоки 354a и 354b приемника (RCVR) преобразуют, оцифровывают и обрабатывают сигналы, принятые антеннами 352a и 352b соответственно и обеспечивают два потока принятых символов {y₁} и {y₂}. Затем RX-процессор 360 пространственной обработки обрабатывает два принятых потока символов {y₁} и {y₂} для получения двух восстановленных потоков символов данных {s_b} и {s_e}, которые являются оценками двух потоков символов данных {s_b} и {s_e}, переданных передатчиком 210x. RX-процессор 370 данных демодулирует, осуществляет обращенное перемежение и декодирует восстановленный поток символов данных {s_b} для получения декодированного основного потока {}. RX-процессор 370 данных также демодулирует, осуществляет обращенное перемежение и декодирует восстановленный поток символов данных {s_e} для получения декодированного расширенного потока {}. Более подробно процессоры в передатчике 210x и приемнике 220x описаны ниже.

Контроллеры 330 и 380 управляют функционированием в передатчике 210x и приемнике 220x соответственно. Блоки памяти 332 и 382 обеспечивают хранение кодов программы и данных, используемых контроллерами 330 и 380 соответственно.

Фиг.4A изображает блок-схему варианта осуществления TX-процессора 310 данных и TX-процессора 320 пространственной обработки в передатчике 210x. В TX-процессоре 310 данных кодер 412a принимает и кодирует данные {d_b} основного потока в соответствии с выбранной схемой кодирования для обеспечения битов кода. Ниже описана возможная конструкция кодера 412a. Кодирование повышает надежность передачи данных. Выбранная схема кодирования может содержать сверточный код, турбо-код, код CRC, блочный код или их комбинацию. Канальный перемежитель 414a осуществляет перемежение (т.е. переупорядочивание) битов кода из кодера 412a на основе определенной схемы перемежения. Перемежение обеспечивает разнесение по времени, по частоте и/или по пространству битов кода. Затем модулятор 416a модулирует (т.е. отображает символы) перемеженные данные из перемежителя 414a в соответствии с одной или большим количеством схем модуляции для обеспечения символов модуляции. Модуляция может быть получена посредством (1) группирования наборов B перемеженных битов для формирования B-битовых двоичных значений, где B 1, и (2) отображения каждого B-битового двоичного значения в комплексное значение для точки в констелляции сигналов для выбранной схемы модуляции. Модулятор 416a обеспечивает поток символов модуляции (т.е. символов данных), где каждый символ данных является комплексным значением. Кодирование, канальное перемежение и модуляция могут выполняться на каждом пакете данных для основного потока.

Данные расширенного потока {d_e} кодируют кодером 412b, перемежают канальным перемежителем 414b и отображают в символы модуляции модулятором 416b. Схемы кодирования, перемежения и модуляции расширенного потока могут быть идентичны схемам для основного потока или отличны от них. Для упрощения некоторых схем передачи, описанных ниже, расширенный поток может быть демультиплексирован в два подпотока данных для двух передающих антенн. Каждый подпоток данных может кодироваться, перемежаться и модулироваться отдельно, так чтобы два подпотока данных могли восстанавливаться приемником отдельно. Для простоты на фиг.4A это не изображено.

На фиг.4B показана блок-схема параллельного каскадного сверточного кодера 412x, который может использоваться для каждого из кодеров 412a и 412b на фиг.4A. Кодер 412x содержит два компонентных сверточных кодера 452a и 452b, кодовый перемежитель 454 и мультиплексор (MUX) 456. Кодовый перемежитель 454 осуществляет перемежение информационных битов {d} для основного потока или расширенного потока в соответствии с определенной схемой кодового перемежения.

Компонентный кодер 452a принимает и кодирует информационные биты {d} с использованием первого компонентного кода и обеспечивает первые биты контроля по четности {c_p1}. Подобным образом компонентный кодер 452b принимает и кодирует перемеженные информационные биты из кодового перемежителя 454 с использованием второго компонентного кода и обеспечивает вторые биты контроля по четности {c_p2}. Компонентные кодеры 452a и 452b могут реализовывать два рекурсивных систематических компонентных кода со скоростями кода R₁ и R₂ соответственно, где R₁ может быть равным R₂ или неравным. Мультиплексор 456 принимает и мультиплексирует информационные биты {d}, которые также обозначены как {c_data}, первые биты контроля по четности {c_p1} из кодера 452a и вторые биты контроля по четности {c_p2} из кодера 452b и обеспечивает биты кода {c} для основного потока или расширенного потока. Кодирование обычно выполняется на одном пакете данных одновременно.

Фиг.4B изображает возможную схему кодера. Также могут использоваться другие виды кодера, что входит в объем изобретения. Кроме того, для основного потока и расширенного потока могут использоваться идентичные или различные виды кодеров.

Другие возможные схемы кодеров 412, канальных перемежителей 414 и модуляторов 416 описаны в совместно переуступленной предварительной заявке на патент США № 60/421309 на “MIMO WLAN System”, поданной 25 октября 2002 г.

В TX-процессоре 320 пространственной обработки TX-процессор 420a разнесения передачи/пространственного мультиплексирования (Div/SM) выполняет пространственную обработку на символах данных {s_b} для основного потока и обеспечивает два подпотока символов для двух передающих антенн. TX-процессор 420b Div/SM выполняет пространственную обработку на символах данных {s_e} для расширенного потока и обеспечивает два подпотока символов для двух передающих антенн. Для системы MISO TX-процессоры 420a и 420b Div/SM выполняют пространственную обработку для схемы разнесения передачи, как описано ниже. Для системы MIMO TX-процессоры 420a и 420b Div/SM могут выполнять пространственную обработку для схемы разнесения передачи, схемы пространственного мультиплексирования или некоторой другой схемы передачи. Пространственная обработка TX-процессорами 420a и 420b Div/SM описана подробно ниже. Объединитель 440 принимает и объединяет два подпотока символов для основного потока с двумя подпотоками символов для расширенного потока для получения двух потоков символов передачи {x₁} и {x₂}. Объединитель 440 может реализовывать схему TDM, схему суперпозиции или некоторую другую схему и также подробно описан ниже. Потоки символов передачи {x₁} и {x₂} подаются в блоки 322a и 322b передатчика соответственно.

Вновь согласно фиг.2C модель сигнала для пользователей A и B в системе 200c MIMO может быть выражена в виде:

y_a = H_ax + n_a, и Уравнения (12)

y_b = H_bx + n_b,

где H_a и H_b являются N_R x N_T матрицами отклика канала для пользователей A и B соответственно, и все остальные члены такие, как определено выше.

Матрица отклика канала H для каждого пользователя содержит N_R x N_T элементов для комплексных усилений канала между каждой из N_T передающих антенн и каждой из N_R приемных антенн пользователя. В последующем описании предполагается, что (1) матрица отклика канала известна в приемнике и (2) усиления канала нормированы так, что сумма дисперсий N_T усилений канала для каждой приемной антенны равна 1.

Для системы MIMO канал MIMO сформирован для каждого пользователя N_T передающими антеннами передатчика и N_R приемными антеннами этого пользователя. Канал MIMO состоит из N_s пространственных каналов, где N_s < min {N_T, N_R}. При использовании N_s пространственных каналов система MIMO может обеспечивать улучшенную рабочую характеристику (например, повышенную пропускную способность и/или большую надежность).

В системе MIMO могут использоваться множество передающих антенн и множество приемных антенн для поддержания различных схем пространственной обработки, включая схему разнесения передачи, схему пространственного мультиплексирования, схему циркулярной передачи и схему передачи на каждую антенну. Эти схемы пространственной обработки описаны ниже.

A. Разнесение передачи

Для схемы разнесения передачи для достижения большей надежности каждый символ данных передается с избыточностью множеством передающих антенн. Схема разнесения передачи в основном является более надежной, чем другие схемы пространственной обработки, в терминах вероятности ошибки.

Фиг.5A изображает блок-схему процессора 510 разнесения передачи, который реализует схему пространственно-временного (по времени и в пространстве) разнесения передачи (STTD). Процессор 510 разнесения передачи может использоваться для TX-процессора 420a Div/SM и/или TX-процессора 420b Div/SM на фиг.4A. Процессор 510 разнесения передачи может использоваться также для систем MISO и MIMO.

В процессоре 510 разнесения передачи демультиплексор (Demux) 512 принимает и демультиплексирует поток символов данных {s}, который может быть потоком для основного потока или расширенного потока, в два подпотока символов данных {s₁} и {s₂}. Затем пространственно-временной кодер 520 выполняет STTD-кодирование двух подпотоков {s₁} и {s₂} и обеспечивает два STTD-кодированных подпотока символов {s’₁} и {s’₂}. Поток символов данных {s} обеспечивается на скорости передачи символов, два подпотока символов данных {s₁} и {s₂} обеспечиваются на половинной скорости передачи символов и STTD-кодированные подпотоки символов {s’₁} и {s’₂} обеспечиваются на скорости передачи символов.

STTD-кодирование может выполняться по-разному. Для варианта осуществления, изображенного на фиг.5A, подпотоки символов данных {s_l} и {s₂} подаются на вход “0” мультиплексоров (Mux) 528a и 528b соответственно. Также устройством задержки 522b осуществляется задержка подпотока {s₁} на один период символа, он инвертируется и сопрягается блоком 526 и выдается на вход “1” мультиплексора 528b. Также блоком 522a задержки осуществляется задержка подпотока {s₂} на один период символа, он сопрягается блоком 524 и выдается на вход “1” мультиплексора 528a. Каждый из мультиплексоров 528a и 528b переключается между входами “0” и “1” на скорости передачи символов и обеспечивает соответствующий STTD-кодированный подпоток символов.

Для варианта осуществления, изображенного на фиг.5A, для каждой пары символов данных (s₁, s₂), принятой на двух подпотоках символов данных {s₁} и {s₂}, пространственно-временной кодер 520 обеспечивает пару символов (s_1, s₂), за которой следует пара символов {s₂ ^*,-s₁ ^*), где ” * ” обозначает комплексное сопряжение. Пара символов (s₁, s₂) передается двумя передающими антеннами в первом периоде символа и пара символов (s₂ ^*, -s₁ ^*) передается во втором периоде символа. Для набора (12) уравнений вектор x(1)=[s₁ s₂]^T передается в первом периоде символа, а вектор x(2)=[s₂ ^* -s₁ ^*]^T передается во втором периоде символа. Например, если поток символов данных задан как {s} = s₁ s₂ s₃ s₄ s₅ s₆ …, то подпотоками символов данных являются {s_l} = s₁ s₃ s₅ … и {s₂} = s₂ s₄ s₆ … и STTD-кодированными подпотоками символов являются {s’₁} = s₁ s₂ ^* s₃ s₄ ^* s₅ s₆ ^* … и {s’₂} = s₂ -s₁ ^* s₄ -s₃ ^* s₆ -s₅ ^* …

Если приемник оборудован одной приемной антенной (например, для приемников 220c и 220d в системе 200b MISO на фиг.2B), то принятые символы могут быть выражены как:

y(1) = h₁s₁ + h₂s₂ + n(1), и Уравнения (13)

y(2) = h₁s₂ ^* – h₂s₁ ^* + n(2),

где y(1) и y(2) являются двумя принятыми символами для двух последовательных периодов символа;

h₁ и h₂ являются усилениями канала от двух передающих антенн к приемной антенне, которые предполагаются постоянными в периоде из 2 символов; и

n(1) и n(2) являются шумом для двух принятых символов y(1) и y(2) соответственно.

Затем приемник может получить оценки двух переданных символов данных s₁ и s₂ следующим образом:

где s₁ и s₂ являются оценками символов данных s₁ и s₂ соответственно.

Если приемник оборудован множеством приемных антенн (например, для приемников 220e и 220f в системе 200c MIMO на фиг.2C), то принятые символы могут быть выражены в следующем виде:

y(1) = Hx(1) = h₁s₁ + h₂s₂ +n(1), и Уравнения (15)

y(2) = Hx(2) = h₁s₂ ^* – h₂s₁ ^* + n(2),

где y(1) и y(2) являются принятыми векторами для двух последовательных периодов символа, причем каждый вектор содержит два принятых символа для двух приемных антенн;

h₁ и h₂ являются векторами усилений канала для передающих антенн 1 и 2 соответственно (т.е. H = [h₁, h₂]), причем каждый вектор содержит два усиления канала от передающей антенны к двум приемным антеннам; и

n(1) и n(2) являются векторами шума для принятых векторов y(1) и y(2) соответственно.

Приемник может получать оценки двух переданных символов данных s₁ и s₂ следующим образом:

STTD описано более подробно в статье S.М. Alamouti “A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 16, № 8, October 1998 г., p. 1451-1458. STTD также описано в заявках на патент США № 09/737602, “Method and System for Increased Bandwidth Efficiency in Multiple Input-Multiple Output Channels” от 5 января 2001 г., № 10/179439 “Diversity Transmission Modes for MIMO OFDM Communication Systems” от 24 июня 2002 г. и в вышеупомянутой предварительной заявке на патент США № 60/421309, которые переуступлены правопреемнику настоящей заявки.

Разнесение передачи может быть также реализовано по-другому, например, с использованием разнесения задержки. Для простоты в последующем описании предполагается, что разнесение передачи реализовано с использованием схемы STTD, изображенной на фиг.5A.

B. Пространственное мультиплексирование

Для схемы пространственного мультиплексирования каждый символ данных передается один раз и различные символы данных передаются множеством передающих антенн с использованием N_s пространственных каналов для достижения большей пропускной способности. Обычно для заданного SNR схема пространственного мультиплексирования может реализовывать более высокие скорости передачи данных, чем другие схемы пространственной обработки.

На фиг.5B показана блок-схема процессора 530 пространственного мультиплексирования, который реализует вариант осуществления схемы пространственного мультиплексирования. Процессор 530 пространственного мультиплексирования может использоваться для TX-процессора 420a Div/SM и/или TX-процессора 420b Div/SM на фиг.4A для системы MIMO. В процессоре 530 пространственного мультиплексирования демультиплексор 532 принимает и демультиплексирует поток символов данных {s} в два подпотока символов данных {s₁} и {s₂}. Подпотоки символов {s₁} и {s₂} предназначены для передачи передающими антеннами 324a и 324b соответственно. Для двух подпотоков символов {s₁} и {s₂} могут использоваться идентичные или различные скорости.

Из-за рассеяния в канале связи два подпотока символов данных {s₁} и {s₂}, передаваемые двумя передающими антеннами, создают помехи друг для друга в приемнике 220x. Каждый переданный подпоток символов данных принимается обеими приемными антеннами 352a и 352b, хотя с различными амплитудами и фазами. Каждый из двух принятых потоков символов {y₁} и {y₂} содержит составляющую каждого из двух переданных подпотоков символов данных {s₁} и {s₂}.

В приемнике 220x могут использоваться различные способы обработки – для обработки двух принятых потоков символов {y₁} и {y₂}, для восстановления двух переданных подпотоков символов данных {s₁} и {s₂}. Эти способы обработки приемника включают в себя способ обращения в нуль незначащих коэффициентов (который также определяется как способ инверсии матрицы корреляции каналов (CCMI)), способ минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE), способ линейной компенсации MMSE (MMSE-LE), способ компенсации с решающей обратной связью (DFE) и способ последовательной компенсации и подавления помех (SIC). Способ обращения в нуль незначащих коэффициентов осуществляет попытку осуществить декорреляцию отдельно переданных подпотоков символов данных для удаления помехи из другого подпотока символов данных. Способ MMSE осуществляет попытку максимизировать SNR каждого восстановленного подпотока символов данных при наличии шума плюс помехи от другого подпотока символов данных. Эти способы обработки приемника подробно описаны в заявках на патент США № 09/993087 “Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System” от 6 ноября 2001 г., № 09/956449 “Method and Apparatus for Utilizing Channel State Information in a Wireless Communication System” от 18 сентября 2001 г., переуступленных правопреемнику настоящей заявки.

Пространственное мультиплексирование может быть реализовано также по-другому. Для простоты в последующем описании предполагается, что пространственное мультиплексирование реализовано вариантом осуществления, изображенным на фиг.5B.

C. Другие схемы пространственной обработки

Схема циркулярной передачи обеспечивает комбинацию разнесения передачи и пространственного мультиплексирования. Схема циркулярной передачи умножает потоки символов данных на базисную матрицу передачи M для получения вектора x символов передачи следующим образом:

x = Ms,

Уравнение (17)

где М является базисной матрицей передачи {N_T x N_T}, которая является унитарной матрицей; и является диагональной матрицей {N_T x N_T}.

Диагональная матрица содержит и по диагонали и остальные нули. Эти диагональные элементы определяют величину мощности передачи, которая должна использоваться для основного потока и расширенного потока.

Базисная матрица передачи М обеспечивает возможность передачи каждого потока символов данных от всех N_T передающих антенн и дополнительно обеспечивает возможность использования для передачи данных всей мощности каждой передающей антенны. Базисная матрица передачи М может быть определена различным образом, например:

=, где W является матрицей Уолша-Адамара; или

=, где Q является матрицей дискретного преобразования Фурье (ДПФ).

Приемник может восстанавливать переданные символы данных следующим образом:

где H_eff является матрицей эффективного отклика канала, которая H_eff = HM,

R_eff является матрицей корреляции H_eff, которая R_eff = H^H _effH_eff, и

n является шумом по окончании обработки.

Схема циркулярной передачи также определяется как схема передачи с адаптацией скорости передачи. Схема циркулярной передачи для системы связи с одной несущей подробно описана в совместно переуступленной заявке на патент США № 10/367234 “Rate Adaptive Transmission Scheme for MIMO Systems” от 14 февраля 2003 г.

Для схемы передачи на каждую антенну основной поток передается от одной передающей антенны и расширенный поток передается от другой передающей антенны. Схема передачи на каждую антенну может рассматриваться как один вид схемы пространственного мультиплексирования, где различные символы данных, передаваемые от множества передающих антенн, предназначены для различных потоков.

Могут быть реализованы также другие схемы пространственной обработки, которые также входят в объем изобретения.

5. Конфигурации иерархического кодирования

Использование множества передающих антенн и/или множества приемных антенн обеспечивает различные возможности для иерархического кодирования основного потока и расширенного потока. Например, для иерархического кодирования с использованием множества передающих антенн и множества приемных антенн доступны следующие варианты:

1. Основной поток и расширенный поток может передаваться с использованием TDM или суперпозиции.

2. Основной поток может передаваться с использованием разнесения передачи или пространственного мультиплексирования.

3. Расширенный поток может передаваться с использованием разнесения передачи или пространственного мультиплексирования.

Каждый из трех вариантов, перечисленных выше, может вводиться в действие независимо. Так как существует, по меньшей мере, два возможных выбора для каждого из этих трех вариантов, возможны, по меньшей мере, восемь различных конфигураций для трех указанных вариантов. Также возможны другие конфигурации, не основанные на трех указанных вариантах. Ниже более подробно описаны следующие семь конфигураций:

1. TDM – разнесение передачи (Div) для обоих потоков.

2. TDM – разнесение передачи для основного потока и пространственное мультиплексирование (SM) для расширенного потока.

3. Суперпозиция – разнесение передачи для обоих потоков.

4. Суперпозиция – разнесение передачи для основного потока и пространственное мультиплексирование для расширенного потока.

5. Суперпозиция – пространственное мультиплексирование для обоих потоков.

6. Разнесение передачи для обоих потоков без TDM или суперпозиции.

7. На каждую антенну для обоих потоков.

Конфигурации 6 и 7 не основаны на трех вариантах, описанных выше. Для каждой из конфигураций с использованием суперпозиции приемник для пользователя B восстанавливает только основной поток. Приемник для пользователя A восстанавливает основной поток, оценивает и удаляет его из принятых сигналов и затем восстанавливает расширенный поток.

A. TDM – разнесение передачи для обоих потоков

Фиг.6A изображает блочную диаграмму TX-процессора 320a пространственной обработки, который поддерживает конфигурацию, посредством которой основной поток и расширенный поток мультиплексируются во времени и оба потока передаются с использованием разнесения передачи. TX-процессор 320a пространственной обработки содержит процессоры 510a и 510b разнесения передачи и объединитель 440a. Каждый из процессоров 510a и 510b разнесения передачи может быть реализован процессором 510 разнесения передачи на фиг.5A.

Процессор 510a разнесения передачи принимает и демультиплексирует символы данных {s_b} для основного потока в два подпотока символов данных {s_b1} и {s_b2}. Затем процессор 510a разнесения передачи STTD-кодирует подпотоки {s_b1} и {s_b2} для получения двух STTD-кодированных подпотоков символов {s’_b1} и {s’_b2}, которые выдаются на объединитель 440a. Подобным образом процессор 510b разнесения передачи принимает и демультиплексирует символы данных {s_e} для расширенного потока в два подпотока символов данных {s_e1} и {s_e2} и дополнительно STTD-кодирует эти подпотоки для получения двух STTD-кодированных подпотоков символов {s’_e1} и {s’_e2}, которые также выдаются на объединитель 440a.

В объединителе 440a мультиплексор 540a принимает подпотоки {s’_b1} и {s’_e1} из процессоров 510a и 510b разнесения передачи соответственно, мультиплексирует эти подпотоки с разделением по времени на основе управления TDM и обеспечивает поток символов передачи {x₁}. Подобным образом мультиплексор 540b принимает подпотоки {s’_b2} и {s’_e2} из процессоров 510a и 510b разнесения передачи соответственно, мультиплексирует эти подпотоки с разделением по времени на основе идентичного управления TDM и обеспечивает поток символов передачи {x₂}.

Фиг.7A изображает временную диаграмму для схемы TDM. Каждый поток символов передачи из TX-процессора 320a пространственной обработки состоит из символов данных {s_b} для основного потока, мультиплексированного с разделением по времени с символами данных {s_e} для расширенного потока. Управление TDM определяет, когда символы данных для каждого из двух потоков обеспечиваются как символы передачи {x}. Управление TDM имеет периодичность в T_p секунд.

В течение времени передачи основного потока каждая пара символов данных s_b1 и s_b2 для этого потока передается посредством передачи пары символов (s_b1, s_b2) двумя передающими антеннами в первом периоде символа, за которой следует пара символов (s^* _b2, -s^* _b1) во втором периоде символа. Подобным образом в течение времени передачи расширенного потока каждая пара символов данных s_e1 и s_e2 для этого потока передается посредством передачи пары символов (s_e1, s_e2) двумя передающими антеннами в первом периоде символа, за которой следует пара символов (s^* _e2, -s^* _e1) во втором периоде символа.

В приемнике два принятых сигнала для двух приемных антенн обрабатываются с использованием соответствующей матрицы отклика канала, как описано выше, для восстановления символов данных для обоих потоков. Максимальные скорости для пользователей A и B могут быть выражены как:

где G является общим усилением для канала MIMO. Для системы MIMO (2,2) G является хи-квадратной случайной переменной с четырьмя степенями свободы и со средним значением, равным двум, что может быть выражено как: G = 0,5 · (|h₁₁|² + |h₁₂|² + |h₂₁|² + |h₂₂|²). Для передачи данных в системе MIMO (2,2) достигается разнесение четвертого порядка.

Для схемы TDM основной поток передается в течение доли времени и на скорости C_b,div так, чтобы он мог приниматься обоими пользователями A и B. Расширенный поток передается в течение оставшейся части времени и на скорости C_a,div, так как требуется, чтобы он принимался только пользователем А. Полные скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для схемы TDM в системе MIMO (2,2), могут быть выражены, как представлено в наборе (3) уравнений, где скорости C_a,div и C_b,div заменяются на скорости C_a и C_b соответственно.

B. TDM – Div для основного потока и SM для расширенного потока

На фиг.6B показана блок-схема TX-процессора 320b пространственной обработки, который поддерживает конфигурацию, посредством которой основной поток и расширенный поток мультиплексируются во времени, основной поток передается с использованием разнесения передачи, а расширенный поток передается с использованием пространственного мультиплексирования. TX-процессор 320b пространственной обработки содержит процессор 510 разнесения передачи, процессор 530 пространственного мультиплексирования и объединитель 440a.

Процессор 510 разнесения передачи принимает и обрабатывает символы данных {s_b} для основного потока для получения двух STTD-кодированных подпотоков символов {s’_b1} и {s’_b2}, которые выдаются на объединитель 440a. Процессор 530 пространственного мультиплексирования принимает и демультиплексирует символы данных {s_e} для расширенного потока в два подпотока символов данных {s_e1} и {s_e2}, которые также выдаются на объединитель 440a. В объединителе 440a мультиплексор 540a принимает подпотоки {s’_b1} и {s_e1} из процессоров 510 и 530 соответственно, мультиплексирует эти подпотоки с разделением по времени на основе управления TDM и обеспечивает поток символов передачи {x_l}. Подобным образом мультиплексор 540b принимает подпотоки {s’_b2} и {s_e2} из процессоров 510 и 530 соответственно, мультиплексирует эти подпотоки с разделением по времени на основе управления TDM и обеспечивает поток символов передачи {x₂}.

Для этой конфигурации основной поток может передаваться, как описано выше. Расширенный поток предназначен для пользователя A, имеющего более высокое отношение SNR, и может успешно восстанавливаться этим пользователем. В течение времени передачи расширенного потока каждая пара символов данных s_e1 и s_e2 для этого потока передается посредством передачи пары символов (s_e1, s_e2) двумя передающими антеннами в одном периоде символа.

Если используется одинаковая мощность передачи для каждого символа данных, передаваемого с использованием пространственного мультиплексирования пользователю А, то максимальная скорость для расширенного потока может быть выражена следующим образом:

где H_a является матрицей отклика канала для пользователя А.

Для схемы TDM основной поток передается в течение доли времени и на скорости C_b,div. Расширенный поток передается в течение оставшегося времени и на скорости C_a,sm. Полные скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для схемы TDM, могут быть выражены, как представлено в наборе (3) уравнений, где скорости C_a,sm и C_b,div заменяются на скорости C_a и C_b соответственно.

C. Суперпозиция – разнесение передачи для обоих потоков

На фиг.6C показана блок-схема TX-процессора 320c пространственной обработки, который поддерживает конфигурацию, посредством которой осуществляется суперпозиция (т.е. объединение) основного потока и расширенного потока и объединенный поток передается с использованием разнесения передачи. TX-процессор 320c пространственной обработки содержит процессоры 510a и 510b разнесения передачи и объединитель 440b.

Процессор 510a разнесения передачи принимает и обрабатывает символы данных {s_b} для основного потока для получения двух STTD-кодированных подпотоков символов {s’_b1} и {s’_b2}, которые выдаются на объединитель 440b. Подобным образом процессор 510b разнесения передачи принимает и обрабатывает символы данных {s_e} для расширенного потока для получения двух STTD-кодированных подпотоков символов {s’_e1} и {s’_e2}, которые также выдаются на объединитель 440b.

В объединителе 440b умножитель 542 принимает и умножает STTD-кодированный подпоток символов {s’_b1} на масштабный коэффициент K_b, умножитель 544 принимает и умножает STTD-кодированный подпоток символов {s’_b2} на масштабный коэффициент K_b, умножитель 546 принимает и умножает STTD-кодированный подпоток символов {s’_e1} на масштабный коэффициент K_e, и умножитель 548 принимает и умножает STTD-кодированный подпоток символов (s’_e2} на масштабный коэффициент K_e. Масштабные коэффициенты K_b и K_e определяют величину мощностей передачи, используемых для основного потока и расширенного потока соответственно и могут быть определены следующим образом:

и Уравнения (21)

где одинаковая мощность передачи используется для двух передающих антенн;

является долей мощности передачи, используемой для основного потока; и

является долей мощности передачи, используемой для расширенного потока.

Большая доля мощности передачи P обычно выделяется основному потоку. Однако величина мощности передачи, которая должна быть выделена каждому потоку, может зависеть от различных факторов, как описано ниже. Сумматор 550 принимает и суммирует выходные данные из умножителей 542 и 546 для получения потока символов передачи {x₁}. Сумматор 552 принимает и суммирует выходные данные из умножителей 544 и 548 для получения потока символов передачи {x₂}.

В альтернативной реализации этой конфигурации сначала выполняется объединение, а затем следует STTD-кодирование. Для каждого периода в два символа объединяются два символа данных s_b1 и s_b2 для основного потока и два символа данных s_e1 и s_e2 для расширенного потока для получения двух объединенных символов s_c1 и s_c2 следующим образом:

s_c1 = K_b·s_b1 + K_e·s_e1, и Уравнения (22)

s_c2 = K_b·s_b2 + K_e·s_e2.

Затем пара символов (s_c1, s_c2) передается двумя передающими антеннами в первом периоде символа, за которой следует пара символов (s^* _c2, -s^* _c1) во втором периоде символа.

Для обеих реализаций этой конфигурации полные скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B, могут быть выражены следующим образом:

Набор (23) уравнений подобен наборам уравнений (6) и (10), но с другим усилением канала G. В частности, усиление канала G имеет среднее значение, равное двум, когда имеются две приемные антенны, и среднее значение, равное единице, когда имеется только одна приемная антенна. Так как для системы MIMO (2,2) среднее значение G равно двум, то среднее значение отношения SNR для наборов (6), (10) и (23) уравнений идентично. Однако при двух передающих антеннах и двух приемных антеннах реализуется разнесение четвертого порядка, в то время как для системы SISO реализуется только разнесение первого порядка, а для системы SIMO (1,2) реализуется разнесение второго порядка.

Фиг.7B изображает временную диаграмму для схемы суперпозиции. Каждый из потоков символов передачи из TX-процессора 320c пространственной обработки состоит из символов данных {s_b} для основного потока, наложенных (т.е. добавленных к) на символы данных {s_e} для расширенного потока.

D. Суперпозиция – Div для основного потока и SM для расширенного потока

На фиг.6D показана блок-схема TX-процессора 320d пространственной обработки, который поддерживает конфигурацию, посредством которой осуществляется суперпозиция основного потока и расширенного потока, основной поток передается с использованием разнесения передачи, а расширенный поток передается с использованием пространственного мультиплексирования. TX-процессор 320d пространственной обработки содержит процессор 510 разнесения передачи, процессор 530 пространственного мультиплексирования и объединитель 440b.

Процессор 510 разнесения передачи принимает и обрабатывает символы данных {s_b} для основного потока для получения двух STTD-кодированных подпотоков символов {s’_b1} и {s’_b2}, которые выдаются на объединитель 440b. Процессор 530 пространственного мультиплексирования принимает и обрабатывает символы данных {s_e} для расширенного потока для получения двух подпотоков символов данных {s_e1} и {s_e2}, которые также выдаются на объединитель 440b. Объединитель 440b масштабирует подпотоки {s’_bl} и {s’_b2} с использованием масштабного коэффициента K_b, масштабирует подпотоки {s_e1} и {s_e2} с использованием масштабного коэффициента K_e, объединяет масштабированный подпоток {s’_b1} с масштабированным подпотоком {s_e1} для получения потока символов передачи {x₁} и объединяет масштабированный подпоток {s’_b2} с масштабированным подпотоком {s_e2} для получения потока символов передачи {x₂}.

Для основного потока каждая пара символов данных s_b1 и s_b2 передается посредством передачи пары символов (s_b1, s_b2) двумя передающими антеннами в первом периоде символа, за которой следует пара символов (s^* _b2, -s^* _b1) во втором периоде символа. Для расширенного потока две пары символов данных передаются в течение идентичного интервала в два символа посредством передачи пары символов (s_e1, s_e2) двумя передающими антеннами в первом периоде символа, за которой следует другая пара символов (s_e3, s_e4) во втором периоде символов. Два символа данных s_b1 и s_b2 для основного потока и четыре символа данных с s_e1 по s_e4 для расширенного потока могут быть объединены следующим образом:

где символы передачи x₁ и x₃ включены в поток {x_l} и символы передачи x₂ и x₄ включены в поток {x₂}. Пара символов (x₁, x₂) передается двумя передающими антеннами в первом периоде символа, а затем следует пара символов (x₃, x₄) во втором периоде символа.

Полные скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для этой конфигурации, могут быть выражены следующим образом:

Выражение для скорости R_b для основного потока в уравнении (25a) является нижней границей, так как фактическая помеха, вносимая расширенным потоком, немного меньше G. Для скорости основного потока может быть получено точное выражение. Однако граница в уравнении (25a) является “близкой” и обеспечивает оценку с завышением погрешности для этой конфигурации.

E. Суперпозиция – SM для обоих потоков

На фиг.6E показана блок-схема TX-процессора 320e пространственной обработки, который поддерживает конфигурацию, посредством которой осуществляется суперпозиция основного потока и расширенного потока и оба потока передаются с использованием пространственного мультиплексирования. TX-процессор 320e пространственной обработки содержит процессоры 530a и 530b пространственного мультиплексирования и объединитель 440b.

Процессор 530a пространственного мультиплексирования принимает и обрабатывает символы данных {s_b} для основного потока для получения двух подпотоков символов данных {s_bl} и {s_b2}, которые выдаются на объединитель 440b. Процессор 530b пространственного мультиплексирования принимает и обрабатывает символы данных {s_e} для расширенного потока для получения подпотоков символов данных {s_e1} и {s_e2}, которые также выдаются на объединитель 440b. Объединитель 440b масштабирует подпотоки {s_b1} и {s_b2} с использованием масштабного коэффициента K_b, масштабирует подпотоки {s_e1} и {s_e2} с использованием масштабного коэффициента K_e, объединяет масштабированный подпоток {s_b1} с масштабированным подпотоком {s_e1} для получения потока символов передачи {x₁} и объединяет масштабированный подпоток {s_b2} с масштабированным подпотоком {s_e2} для получения потока символов передачи {x₂}.

Для каждого периода символа объединяются два символа данных s_b1 и s_b2 для основного потока и два символа данных s_e1 и s_e2 для расширенного потока, как представлено в наборе (22) уравнений, для получения двух символов передачи x₁ = s_c1 и x₂ = s_c2. Пара символов (x₁, x₂) передается двумя передающими антеннами в одном периоде символа.

В приемнике может использоваться обращение в нуль незначащих коэффициентов, MMSE или некоторый другой способ обработки приемника для разделения символов данных, принятых от двух передающих антенн. Оба пользователя A и B могут восстанавливать символы данных s_b1 и s_b2 для основного потока, обрабатывая расширенный поток, как помеху. Пользователь A может оценивать и подавлять в принятых символах помеху, обусловленную символами данных s_b1 и s_b2 для получения первых модифицированных символов, затем обрабатывать первые модифицированные символы для восстановления первых символов данных s_e1 для расширенного потока. Затем пользователь A может оценивать и подавлять в первых модифицированных символах помеху, обусловленную символом данных s_e1, для получения вторых модифицированных символов, затем обрабатывать вторые модифицированные символы для восстановления второго символа данных s_e2 для расширенного потока. Пользователь B восстанавливает только основной поток, в то время как пользователь A восстанавливает оба потока.

Полные скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для этой конфигурации, могут быть выражены следующим образом:

F. Разнесение передачи для обоих потоков

На фиг.6F показана блок-схема TX-процессора 320f пространственной обработки, который поддерживает конфигурацию, посредством которой основной поток и расширенный поток передаются с использованием разнесения передачи без TDM или суперпозиции. TX-процессор 320f пространственной обработки содержит пространственно-временной кодер 520.

В пространственно-временном кодере 520 символы данных {s_b} для основного потока и символы данных {s_e} для расширенного потока выдаются на вход “0” мультиплексоров 528a и 528b соответственно. Также посредством блока 522b задержки потока символов данных {s_b} задерживается на один период символа, инвертируется и сопрягается посредством блока 526 и выдается на вход “1” мультиплексора 528b. Также посредством блока 522a задержки поток символов данных {s_e} задерживается на один период символа, сопрягается посредством блока 524 и выдается на вход “1” мультиплексора 528a. Мультиплексоры 528a и 528b переключаются между входами “0” и “1” на скорости передачи символов и обеспечивают потоки символов передачи {x₁} и {x₂} соответственно.

Для варианта осуществления, изображенного на фиг.6F, для каждой пары символов данных s_b и s_e, принятой в двух потоках символов данных {s_b} и {s_e}, пространственно-временной кодер 520 обеспечивает пару символов (s_b, s_e), за которой следует пара символов (s^* _e, -s^* _b). Пара символов (s_b, s_e) передается двумя передающими антеннами в первом периоде символа, а пара символов (s^* _e, -s^* _b) передается во втором периоде символа. Например, если поток символов данных {s_b} состоит из {s_b} = s_b1 s_b2 s_b3 …, и поток символов данных {s_e} состоит из {s_e} = s_e1 s_e2 s_e3 …, то потоки символов передачи задают как {x₁} = s_b1 s^* _e1 s_b2 s^* _e2 s_b3 s^* _e3 … и {x₂} = s_e1 -s^* _b1 s_e2 -s^* _b2 s_e3 -s^* _b3 …

Для этой конфигурации основной поток и расширенный поток передаются одновременно с использованием STTD. Тогда обработка STTD в приемнике основана на восстановлении обоих потоков. Однако, так как при использовании STTD каждый символ данных передается более чем по двум периодам символа, скорость каждого потока символов данных уменьшается на коэффициент, равный двум. Область скоростей для этой конфигурации, вероятно, должна быть хуже, чем область скоростей для конфигурации со схемой TDM и разнесением передачи для обоих потоков.

G. Передача на каждую антенну – разнесение передачи для обоих потоков

На фиг.6G показана блок-схема TX-процессора 320g пространственной обработки, который поддерживает конфигурацию, посредством которой основной поток передается одной передающей антенной и расширенный поток передается другой передающей антенной. TX-процессор 320g пространственной обработки содержит умножители 560a и 560b. Умножитель 560a принимает и умножает символы данных {s_b} для основного потока на масштабный коэффициент K_b для получения потока символов передачи {x₁}. Умножитель 560b принимает и умножает символы данных {s_e} для расширенного потока на масштабный коэффициент K_e для получения потока символов передачи {x₂}.

Для этой конфигурации мощность передачи, используемая для основного потока, составляет , и мощность передачи, используемая для расширенного потока, составляет , т.е. для двух передающих антенн могут использоваться неравные мощности. Приемник может разделять два потока с использованием обращения в нуль незначащих коэффициентов, MMSE или некоторого другого способа обработки приемника.

Полные скорости, которые могут быть реализованы для пользователей A и B для этой конфигурации, могут быть выражены следующим образом:

где h₁, является вектором усилений канала для передающей антенны 1, используемой для передачи основного потока, и h₂ является вектором усилений канала для передающей антенны 2, используемой для передачи расширенного потока, где H = [h₁ h₂].

Область скоростей для этой конфигурации сравнима с областью скоростей для конфигурации с использованием TDM, разнесения передачи для основного потока и пространственного мультиплексирования для расширенного потока.

H. Рабочая характеристика

Фиг.13 изображает график областей скоростей для шести различных конфигураций иерархического кодирования в системе SIMO (1,2) и системе MIMO (2,2) с каналом AWGN. Вертикальная ось представляет скорость R_b для пользователя B, которая является скоростью для основного потока. Горизонтальная ось представляет скорость R_a для пользователя А, которая является комбинированной скоростью для основного потока и расширенного потока. Обе скорости R_a и R_b заданы в единицах б/с/Гц. Скорости R_a и R_b также вычисляются при P/_a ² = 20 дБ и P/_b ² = 5 дБ и для канала с замираниями Рэлея. Пять графиков достижимых скоростей R_a и R_b для пяти различных конфигураций иерархического кодирования в системе MIMO (2,2) изображены на фиг.13 следующим образом:

График 1310 – TDM с разнесением передачи (Div) для обоих потоков.

График 1312 – суперпозиция (SC) с разнесением передачи для обоих потоков.

График 1320 – TDM с разнесением передачи для основного потока и пространственное мультиплексирование (SM) для расширенного потока.

График 1322 – суперпозиция с разнесением передачи для основного потока и пространственное мультиплексирование для расширенного потока.

График 1324 – суперпозиция с пространственным мультиплексированием для обоих потоков.

Как изображено графиками на фиг.13, когда основной поток и расширенный поток мультиплексируются с разделением по времени, пространственное мультиплексирование расширенного потока (график 1320) обеспечивает большую область скоростей, чем разнесение передачи (график 1310). При использовании суперпозиции пространственное мультиплексирование для обоих потоков (график 1324) обеспечивает большую область скоростей, чем пространственное мультиплексирование только для расширенного потока (график 1322), которое в свою очередь обеспечивает большую область скоростей, чем разнесение передачи для обоих потоков (график 1312). Для некоторых значений между 0,5 и 1,0 суперпозиция с разнесением передачи для обоих потоков (график 1312) лучше, чем TDM с пространственным мультиплексированием только для расширенного потока (график 1320). Определенные значения , для которых график 1312 лучше графика 1320, зависят от SNR.

Как изображено на фиг.13, схема суперпозиции, в основном, по быстродействию превосходит схему TDM. Для схемы TDM скорости R_a и R_b являются линейными функциями от . Для схемы суперпозиции скорость R_a падает более резко для , так как расширенный поток доминирует и создает сильные помехи для основного потока. Наилучшая конфигурация для использования для передачи основного потока и расширенного потока может зависеть от различных факторов, например, таких как относительные скорости двух этих потоков, отношения SNR, реализуемые у пользователей, требуемая надежность для основного потока и расширенного потока, требуемые скорости для этих потоков и так далее.

На фиг.13 также изображен график 1330 из достижимых скоростей R_a и R_b для схемы суперпозиции в системе SIMO (1,2). Указанные скорости вычислены на основе набора (10) уравнений.

6. Приемник

Для схем суперпозиции и TDM могут использоваться различные архитектуры приемника. Ниже описаны возможные конструкции приемника для обеих схем.

A. Приемники для схемы TDM

На фиг.8A показана блок-схема приемника 220h, который является вариантом осуществления приемника 220x на фиг.3 и может использоваться для схемы TDM. Приемник 220h содержит RX-процессор 360a пространственной обработки и RX-процессор 370a данных, которые являются одним вариантом осуществления RX-процессора 360 пространственной обработки и RX-процессора 370 данных на фиг.3 соответственно.

В RX-процессоре 360a пространственной обработки демультиплексор 810a принимает и демультиплексирует принятый поток символов {y₁} из антенны 352a на основе управления TDM и обеспечивает два принятых подпотока символов {y_bl} и {y_e1} для основного потока и расширенного потока соответственно. Подобным образом демультиплексор 810b принимает и демультиплексирует принятый поток символов {y₂} из антенны 352b на основе управления TDM и обеспечивает два принятых подпотока символов {y_b2} и {y_e2} для основного потока и расширенного потока соответственно.

RX-процессор 820a Div/SM принимает и обрабатывает подпотоки {y_bl} и {y_b2} для основного потока и обеспечивает восстановленный поток символов данных {s_b}. Если для основного потока используется разнесение передачи, то RX-процессор 820a Div/SM выполняет пространственную обработку, представленную набором (14) уравнений, если приемник оборудован одной антенной, или пространственную обработку, представленную набором (16) уравнений, если приемник оборудован множеством антенн. Если для основного потока используется пространственное мультиплексирование, то RX-процессор 820a Div/SM может реализовывать обращение незначащих коэффициентов в нуль, или основанное на MMSE последовательное подавление помех, или некоторый другой способ обработки приемника. Подобным образом RX-процессор 820b Div/SM принимает и обрабатывает подпотоки {y_e1} и {y_e2} для расширенного потока и обеспечивает восстановленный поток символов данных {s_e}. Если для расширенного потока используется разнесение передачи, то RX-процессор 820b Div/SM также выполняет обработку, представленную набором (14) или (16) уравнений. Если для расширенного потока используется пространственное мультиплексирование, то RX-процессор 820b Div/SM может реализовывать обращение незначащих коэффициентов в нуль или основанное на MMSE последовательное подавление помех или некоторый другой способ обработки приемника. В основном пространственная обработка RX-процессорами 820a и 820b Div/SM является дополнительной к пространственной обработке TX-процессорами 420a и 420b Div/SM на фиг.4A соответственно.

В RX-процессоре 370a данных демодулятор 832a демодулирует восстановленные символы данных {s_b} для основного потока, канальный обращенный перемежитель 834a осуществляет обращенное перемежение демодулированных данных из демодулятора 832a и декодер 836a декодирует обращенно перемеженные данные из обращенного перемежителя 834a для получения декодированных данных {} для основного потока. Подобным образом демодулятор 832b демодулирует восстановленные символы данных {s_e} для расширенного потока, канальный обращенный перемежитель 834b осуществляет обращенное перемежение демодулированных данных из демодулятора 832b и декодер 836b декодирует обращенно перемеженные данные из обращенного перемежителя 834b для получения декодированных данных {} для расширенного потока. В основном приемник 220x выполняет демодуляцию, обращенное перемежение и декодирование для каждого потока дополнительным образом по отношению к модуляции, перемежению и кодированию, выполняемым для этого потока передатчиком 210x.

На фиг.8B показана блок-схема приемника 220i, который является другим вариантом осуществления приемника 220x на фиг.3 и также может использоваться для схемы TDM. Приемник 220i реализует схему итеративного обнаружения и декодирования (IDD) для восстановления основного потока и расширенного потока. Схема IDD может использоваться совместно со схемой кодирования, изображенной на фиг.4B, которая кодирует каждый пакет данных для основного потока или расширенного потока в три части – информационные биты {c_data}, первые биты контроля по четности {c_p1} и вторые биты контроля по четности {c_p2}.

Приемник 220i содержит детектор и декодер, которые выполняют итеративное обнаружение и декодирование на принятых символах от всех приемных антенн для каждого потока данных для получения декодированных данных для этого потока. Итеративное обнаружение и декодирование используют возможности исправления ошибок кода канала для обеспечения лучшей рабочей характеристики. Это достигается посредством итеративной передачи мягкой априорной информации между детектором и декодером, как описано более подробно ниже. Итеративное обнаружение и декодирование выполняются на одном принятом пакете данных временно.

Приемник 220i содержит RX-процессор 360b пространственной обработки и RX-процессор 370b данных. Для ясности, ниже описаны, в частности, итеративное обнаружение и декодирование для основного потока. В RX-процессоре 360b пространственной обработки демультиплексоры 810a и 810b принимают и демультиплексируют принятые потоки символов {y₁} и {y₂} соответственно, как описано выше для фиг.8A. Детектор 822a получает принятые подпотоки символов {y_b1} и {y_b2} для основного потока и выполняет пространственную обработку на этих подпотоках. Детектор 822a может выполнять обработку для разнесения передачи, как описано выше, или может реализовывать способ обращения в нуль незначащих коэффициентов, способ MMSE или некоторый другой способ обработки приемника для пространственного мультиплексирования. Детектор 822a обеспечивает оценки символов данных {sⁱ _b} для восстанавливаемого пакета данных. Верхний индекс i в {sⁱ _b} обозначает номер итерации детектирования/декодирования. Для первой итерации (т.е. i = 1) оценки символов данных {sⁱ _b} обнаруживают исключительно на основе принятых символов {y_b1} и {y_b2} ввиду отсутствия информации обратной связи из декодера.

В RX-процессоре 370b данных блок 842a вычисления логарифмического отношения правдоподобия (LLR) принимает оценки символов данных {sⁱ _b} и вычисляет отношения LLR бита(ов) кода, который формирует каждый символ данных в восстанавливаемом пакете данных. Затем канальный обращенный перемежитель 844a осуществляет обращенное перемежение отношений LLR из блока 842a и обеспечивает отношения LLR {bⁱ _b} для пакета данных. Декодер 846a принимает и декодирует отношения LLR {bⁱ _b} из канального обращенного перемежителя 844a, как описано ниже.

На фиг.8C показана блок-схема турбодекодера 846x, который может использоваться для каждого из декодеров 846a и 846b на фиг.8B. Турбодекодер 846x выполняет итеративное декодирование для параллельного каскадного сверточного кодирования, такого как изображено на фиг.4B.

В турбодекодере 846x демультиплексор (Demux) 852 принимает и демультиплексирует отношения LLR {bⁱ} из канального обращенного перемежителя 844 (т.е. входные LLR) в отношения LLR информационных битов {bⁱ _data}, отношения LLR первого бита контроля по четности {bⁱ _p1} и отношения LLR второго бита контроля по четности {bⁱ _p2}. Декодер 860a с мягким входом и мягким выходом (SISO) принимает отношения LLR информационных битов {bⁱ _data} и отношения LLR первого бита контроля по четности {bⁱ _p1} из демультиплексора 852 и обращенно перемеженные отношения LLR информационных битов {} из кодового обращенного перемежителя 864. Затем декодер 860a SISO получает новые LLR для данных и первых битов контроля по четности {b_data1} и {b_p1} на основе первого составляющего сверточного кода. Кодовый перемежитель 862 осуществляет перемежение отношений LLR информационных битов {b_data1} в соответствии со схемой кодового перемежения, используемой в передатчике, и обеспечивает перемеженные отношения LLR информационных битов {}. Подобным образом декодер 860b SISO принимает отношения LLR информационных битов {bⁱ _data} и отношения LLR второго бита контроля по четности {bⁱ _p2} из демультиплексора 852 и перемеженные отношения LLR информационных битов {}. Затем декодер 860b SISO получает новые LLR для данных и вторых битов контроля по четности, {b_data2} и {b_p2}, на основе второго составляющего сверточного кода. Кодовый обращенный перемежитель 864 осуществляет обращенное перемежение отношений LLR информационных битов {b_data2} дополнительным образом по отношению к кодовому перемежению и обеспечивает обращенно перемеженные отношения LLR информационных битов {}. Декодеры 860a и 860b SISO могут реализовывать алгоритм максимума апостериорной вероятности (МАР) BCJR SISO или его производные меньшей сложности, или алгоритм Витерби с мягким выходом (SOV), которые известны.

Декодирование декодерами 860a и 860b SISO может быть выполнено однократно или может выполняться итеративно несколько раз для текущей итерации i обнаружения/декодирования. После выполнения всех итераций декодирования объединитель/мультиплексор 866 принимает конечные отношения LLR информационных битов {b_data1} и конечные отношения LLR первого бита контроля по четности {bⁱ⁺¹ _p1} из декодера 860a SISO, обращенно перемеженные конечные отношения LLR информационных битов {} из кодового обращенного перемежителя 864 и конечные отношения LLR второго бита контроля по четности {bⁱ⁺¹ _p2} из декодера 860b SISO. Затем объединитель/мультиплексор 866 обеспечивает отношения LLR обратной связи {bⁱ⁺¹ _fb} для следующей итерации i+1 обнаружения/декодирования на детектор 822. Отношения LLR обратной связи вычисляются как {bⁱ⁺¹ _fb} = {b_data1 +, bⁱ⁺¹ _p1, bⁱ⁺¹ _p2}. Отношения LLR обратной связи используются для обновления функционирования детектора для следующей итерации. После выполнения всех итераций обнаружения/декодирования объединитель/мультиплексор 866 обеспечивает конечные отношения LLR информационных битов {b_data}, которые получены как {b_data} = {b^r _data + b_data1 +}, где {b^r _data} является отношениями LLR информационных битов, обеспеченными детектором 822 для первой итерации обнаружения/декодирования (т.е. {b^r _data} = {b¹ _data}). Ограничитель 868 (по максимуму и минимуму) ограничивает конечные отношения LLR информационных битов {b_data} и обеспечивает декодированные данные {} для восстанавливаемого пакета данных.

Вновь согласно фиг.8B отношения LLR обратной связи {bⁱ⁺¹ _fbb} из декодера 846a перемежаются канальным перемежителем 848a и перемеженные отношения LLR обратной связи выдаются в детектор 822a. Детектор 822a получает новые оценки символов данных {sⁱ⁺¹ _b} на основе принятых символов {y_b1} и {y_b2} для основного потока и отношений LLR обратной связи {bⁱ⁺¹ _fbb}. Оценки символов данных {sⁱ⁺¹ _b} вновь декодируются RX-процессором 370b данных, как описано выше. Процесс обнаружения и декодирования может выполняться итеративно множество раз. При процессе итеративного обнаружения и декодирования надежность оценок символов данных улучшается с каждой итерацией.

Схема итеративного обнаружения и декодирования обеспечивает различные преимущества. Например, схема IDD поддерживает использование одной скорости передачи данных для основного потока и одной скорости передачи данных для расширенного потока. Схема IDD может быть скомбинирована со способом передачи MIMO-OFDM для преодоления эффекта частотно-селективного замирания. Кроме того, процесс итеративного обнаружения и декодирования может использоваться гибко любым кодером и соответствующим декодером с мягким входом и мягким выходом, содержащим параллельное составное сверточное кодирование, описанное согласно фиг.4B. Итеративное обнаружение и декодирование для системы MIMO описано более подробно в совместно переуступленной заявке на патент США № 10/005104, “Iterative Detection and Decoding for a MIMO-OFDM system”, поданной 3 декабря 2001 г.

B. Приемники для схемы суперпозиции

На фиг.9A показана блок-схема приемника 220j, который является еще одним вариантом осуществления приемника 220x на фиг.3 и может использоваться для схемы суперпозиции. Приемник 220j содержит RX-процессор 360c пространственной обработки и RX-процессор 370c данных. RX-процессор 360c пространственной обработки и RX-процессор 370c данных, которые являются другим вариантом осуществления RX-процессора 360 пространственной обработки и RX-процессора 370 данных на фиг.3, реализуют способ последовательной компенсации и подавления помех. RX-процессор 360c пространственной обработки и RX-процессор 370c данных содержат два последовательных (т.е. включенных каскадно) каскада обработки приемника. Каскад 1 содержит процессор 920a пространственной обработки, подавитель 930a помех, RX-процессор 940a данных и TX-процессор 950a данных. Каскад 2 содержит только процессор 920b пространственной обработки и RX-процессор 940b данных.

Для каскада 1 процессор 920a пространственной обработки обрабатывает два принятых потока символов {y₁} и {y₂} для получения восстановленного потока символов данных {s_b} для основного потока. Процессор 920a пространственной обработки может реализовывать обращение в нуль незначащих коэффициентов или последовательное подавление помех на основе MMSE или некоторый другой способ обработки приемника. RX-процессор 940a данных демодулирует, осуществляет обращенное перемежение и декодирует восстановленный поток символов данных {s_b} для получения декодированных данных {} для основного потока. TX-процессор 950a данных кодирует, перемежает и модулирует декодированные данные основного потока {} для получения повторно модулированного потока символов {}, который является оценкой потока символов данных {s_b} для основного потока. TX-процессор 950a данных выполняет обработку, идентичную обработке кодера 412a, канального перемежителя 414a и модулятора 416a в передатчике 210x на фиг.4A. Подавитель 930a помех принимает и обрабатывает пространственной обработкой повторно модулированный поток символов {} таким же образом, как передатчик 210x для основного потока (например, схема разнесения передачи или схема пространственного мультиплексирования) для получения потоков символов передачи {} и {}, которые содержат только составляющие символов передачи для данных основного потока для двух передающих антенн. Подавитель 930a помех дополнительно обрабатывает потоки {} и {} с использованием матрицы отклика канала для получения составляющих помехи {i_b1} и {i_b2}, обусловленной основным потоком. Составляющие помехи {i_b1} и {i_b2} затем вычитаются из принятых потоков символов {y₁} и {y₂} для получения модифицированных потоков символов {y’₁} и {y’₂}, которые выдаются в каскад 2.

Для каскада 2 процессор 920b пространственной обработки обрабатывает модифицированные потоки символов {y’₁} и {y’₂} для получения восстановленного потока символов данных {s_e} для расширенного потока. Процессор 920b пространственной обработки может также реализовывать обращение в нуль незначащих коэффициентов, MMSE или некоторый другой способ обработки приемника. Затем RX-процессор 940b данных демодулирует, осуществляет обращенное перемежение и декодирует восстановленный поток символов данных {s_e} для получения декодированных данных {} для расширенного потока.

Два каскада приемника 220x выполняют последовательную компенсацию/пространственную обработку. В частности, каскад 1 выполняет пространственную обработку на принятых потоках символов {y_l} и {y₂} и каскад 2 выполняет пространственную обработку на модифицированных потоках символов {y’₁} и {y’₂}. Подавление помех выполняется в каждом каскаде посредством пространственной обработки для восстановления нескольких подпотоков символов данных, передаваемых множеством передающих антенн для основного потока или расширенного потока, восстанавливаемых на этом каскаде. Подавление помех также выполняется между двумя каскадами, т.e. на принятых потоках символов {y₁} и {y₂} для каскада 1 для получения модифицированных потоков символов {y’₁} и {y’₂} для каскада 2. Способ последовательной компенсации и подавления помех подробно описан в совместно переуступленной заявке на патент США № 09/854235, “Method and Apparatus for Processing Data in a Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System Utilizing Channel State Information” от 11 мая 2001 г.

На фиг.9B показана блок-схема приемника 220k, который является еще одним вариантом осуществления приемника 220x на фиг.3 и может также использоваться для схемы суперпозиции. Приемник 220k выполняет (1) итеративное обнаружение и декодирование для восстановления каждого из основного потока и расширенного потока и (2) подавление помех перед восстановлением расширенного потока.

Приемник 220k содержит RX-процессор 360d пространственной обработки и RX-процессор 370d данных, которые содержат два последовательных (т.е. включенные каскадно) каскада обработки приемника. Каскад 1 содержит детектор 960a, подавитель 930a помех, RX-процессор 970a данных и TX-процессор 950a данных. Каскад 2 содержит только детектор 960b и RX-процессор 970b данных. RX-процессор 970a данных содержит блок 842a вычисления LLR, канальный обращенный перемежитель 844a, декодер 846a и канальный перемежитель 848a, соединенные, как изображено на фиг.8B. RX-процессор 970b данных содержит блок 842b вычисления LLR, канальный обращенный перемежитель 844b, декодер 846b и канальный перемежитель 848b.

Для каскада 1 детектор 960a обрабатывает два принятых потока символов {y₁} и {y₂} для получения оценок символов данных {sⁱ _b} для основного потока. Детектор 960a может реализовывать способ обращения в нуль незначащих коэффициентов, способ MMSE или некоторый другой способ обработки приемника. RX-процессор 970a данных принимает оценки символов данных {sⁱ _b} для текущей итерации i, вычисляет отношения LLR битов кода для оценки символа данных {sⁱ _b}, выполняет канальное обращенное перемежение отношений LLR и декодирует обращенно перемеженные отношения LLR {bⁱ _b} для получения отношений LLR обратной связи {bⁱ⁺¹ _fbb} для следующей итерации i + 1. RX-процессор 970a данных дополнительно выполняет канальное перемежение отношений LLR обратной связи {bⁱ⁺¹ _fbb} и выдает перемеженные отношения LLR обратной связи в детектор 960a. Обнаружение и декодирование могут выполняться итеративно множество раз, пока не достигнута достаточная достоверность для отношений LLR информационных битов. В это время RX-процессор 970a данных ограничивает конечные отношения LLR информационных битов {b_data,_b} и обеспечивает декодированные данные {} для основного потока.

TX-процессор 950a данных кодирует, перемежает и модулирует декодированные данные для получения повторно модулированного потока символов . Подавитель 930a помех принимает и обрабатывает повторно модулированный поток символов {} для получения составляющих помехи {i_b1} и {i_b2}, обусловленной основным потоком. Затем подавитель 930a помех вычитает составляющие помехи {i_b1} и {i_b2} из принятых потоков символов {y₁} и {y₂} для получения модифицированных потоков символов {y’₁} и {y’₂} для каскада 2.

Для каскада 2 детектор 960b обрабатывает модифицированные потоки символов {y’₁} и {y’₂} для получения оценок символов данных {sⁱ _e} для расширенного потока. Затем RX-процессор 970b данных осуществляет обращенное перемежение и декодирование оценок символов данных {sⁱ _e} для получения декодированных данных {} для расширенного потока. Детектор 960b и RX-процессор 970b данных функционируют подобно детектору 960a и RX-процессору 970a данных соответственно. Итеративное обнаружение и декодирование с последовательной компенсацией и подавлением помех также описаны в вышеупомянутой заявке на патент США № 10/005104.

Фиг.8A, 8B, 9A и 9B изображают четыре возможные схемы приемника, которые могут использоваться для восстановления основного потока и расширенного потока. Также могут использоваться другие схемы приемника, которые входят в объем изобретения.

7. Обработка передатчика и приемника

На фиг.10 представлена блок-схема процесса 1000, выполняемого передатчиком для иерархического кодирования основного потока и расширенного потока (например, для услуги широковещательной передачи) в системе MISO или MIMO.

Основной поток кодируется и модулируется посредством первого процессора данных (например, состоящего из кодера 412a, канального перемежителя 414a и модулятора 416a на фиг.4A) для получения первого потока символов данных {s_b} (этап 1010). Расширенный поток кодируется и модулируется посредством второго процессора данных (например, состоящего из кодера 412b, канального перемежителя 414b и модулятора 416b) для получения второго потока символов данных {s_e} (этап 1012).

Первый поток символов данных {s_b} обрабатывается в соответствии с первой схемой пространственной обработки посредством первого процессора пространственной обработки (например, TX-процессора 420a Div/SM) для получения первого набора подпотоков символов (этап 1020). Второй поток символов данных {s_e} обрабатывается в соответствии со второй схемой пространственной обработки посредством второго процессора пространственной обработки (например, TX-процессора 420b Div/SM) для получения второго набора подпотоков символов (этап 1022). Первой схемой пространственной обработки может быть схема разнесения передачи (в этом случае первым набором подпотоков символов являются {s’_b1} и {s’_b2}) или схема пространственного мультиплексирования (в этом случае первым набором подпотоков символов являются {s_b1} и {s_b2}). Второй схемой пространственной обработки может быть также схема разнесения передачи (в этом случае вторым набором подпотоков символов являются {s’_e1} и {s’_e2}) или схема пространственного мультиплексирования (в этом случае вторым набором подпотоков символов являются {s_e1} и {s_e2}).

Первый набор подпотоков символов объединяется со вторым набором подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи {x₁} и {x₂} для передачи от множества передающих антенн (этап 1030). Объединение может быть получено посредством мультиплексирования с разделением времени первого набора подпотоков символов со вторым набором подпотоков символов для получения потоков символов передачи. В виде варианта объединение может быть получено суперпозицией посредством (1) масштабирования первого набора подпотоков символов с использованием первого масштабного коэффициента K_b, (2) масштабирования второго набора подпотоков символов с использованием второго масштабного коэффициента K_e и (3) суммирования первого набора масштабированных подпотоков символов со вторым набором масштабированных подпотоков символов для получения потоков символов передачи.

Основной поток может кодироваться, модулироваться и подвергаться пространственной обработке для восстановления принимающими объектами, в которых обеспечивается первое или лучшее отношение SNR. Расширенный поток может кодироваться, модулироваться и подвергаться пространственной обработке для восстановления принимающими объектами, в которых обеспечивается второе или лучшее отношение SNR, где второе SNR выше первого SNR.

Для услуги широковещательной передачи передатчик обычно не имеет информации относительно реализаций канала (т.е. откликов канала) приемников. В этом случае кодирование и модуляция основного потока и расширенного потока не зависят от реализаций канала приемников. Кодирование и модуляция могут быть выполнены в соответствии со скоростями, выбранными для указанных потоков на основе ожидаемых условий канала (а не измеренных условий канала) для приемников в системе. Для услуги широковещательной передачи пространственная обработка для основного потока и для расширенного потока также не зависит от реализаций канала приемников.

Для некоторых услуг передатчик может иметь информацию относительно (мгновенных, средних или ожидаемых) реализаций канала приемников. В этом случае кодирование и модуляция для основного и расширенного потоков могут быть выполнены в соответствии со скоростями, выбранными для этих потоков на основе известных реализаций канала.

На фиг.11A изображена блок-схема процесса 1100, выполняемого приемником для приема основного потока и расширенного потока, которые были переданы с использованием иерархического кодирования в системе SIMO или MIMO. Процесс 1100 может использоваться для схемы TDM.

Множество принятых потоков символов (например, {y₁} и {y₂}), которые получены через множество приемных антенн, демультиплексируются с разделением времени для обеспечения первого набора принятых подпотоков символов (например, {y_bl} и {y_b2}) для основного потока и второго набора принятых подпотоков символов (например, {y_e1} и {y_e2}) для расширенного потока (этап 1110). Первый набор принятых подпотоков символов обрабатывается в соответствии с первой схемой пространственной обработки (например, схемой разнесения передачи или схемой пространственного мультиплексирования) посредством первого процессора пространственной обработки (например, RX-процессора 820a Div/SM на фиг.8A) для получения первого восстановленного потока символов данных {s_b} (этап 1120). Второй набор принятых подпотоков символов обрабатывается в соответствии со второй схемой пространственной обработки (например, схемой разнесения передачи или схемой пространственного мультиплексирования) посредством второго процессора пространственной обработки (например, RX-процессора 820b Div/SM) для получения второго восстановленного потока символов данных {s_e} (этап 1122). Первый восстановленный поток символов данных {s_b} демодулируется и декодируется посредством первого процессора данных (например, состоящего из демодулятора 832a, канального обращенного перемежителя 834a и декодера 836a) для получения декодированного основного потока {} (этап 1130). Второй восстановленный поток символов данных {s_e} демодулируется и декодируется посредством второго процессора данных для получения декодированного расширенного потока {} (этап 1132).

На фиг.11B изображена блок-схема процесса 1150, выполняемого приемником для приема основного потока и расширенного потока, которые были переданы с использованием иерархического кодирования в системе SIMO или MIMO. Процесс 1150 может использоваться для схемы суперпозиции.

Множество принятых потоков символов (например, {y₁} и {y₂}), которые получены посредством множества приемных антенн, обрабатываются в соответствии с первой схемой пространственной обработки (например, схемой разнесения передачи или схемой пространственного мультиплексирования посредством процессора 920a пространственной обработки на фиг.9A) для обеспечения первого восстановленного потока символов данных {s_b} для основного потока (этап 1160). Затем первый восстановленный поток символов данных {s_b} демодулируется и декодируется (например, посредством RX-процессора 940a данных) для получения декодированного основного потока {} (этап 1162). Помеха, обусловленная декодированным основным потоком, оценивается и подавляется в принятых потоках символов (например, посредством TX-процессора 950a данных и подавителя 930a помех) для получения модифицированных потоков символов (например, {y’₁} и {y’₂}) (этап 1164).

Модифицированные потоки символов обрабатываются в соответствии со второй схемой пространственной обработки (например, схемой разнесения передачи или схемой пространственного мультиплексирования, посредством процессора 920b пространственной обработки) для получения второго восстановленного потока символов данных {s_e} (этап 1170). Второй восстановленный поток символов данных {s_e} демодулируется и декодируется (например, посредством RX-процессора 940b данных) для получения декодированного расширенного потока {} (этап 1172).

Для ясности в основном иерархические способы кодирования описаны выше, в частности, для системы MIMO (2,2). В общем эти способы могут использоваться для системы SIMO с произвольным количеством приемных антенн, системы MISO с произвольным количеством передающих антенн и системы MIMO с произвольным количеством передающих антенн и произвольным количеством приемных антенн. STTD передает два символа посредством двух передающих антенн в каждом периоде символа. Также могут использоваться другие схемы разнесения передачи, которые могут передавать более двух символов посредством более чем двух передающих антенн в каждом периоде символа, как описано в вышеупомянутой заявке на патент США № 10/179439. В приемнике пространственная обработка для STTD может быть распространена на произвольное количество приемных антенн. Для схемы пространственного мультиплексирования обращение в нуль незначащих коэффициентов, MMSE и другие способы обработки приемника могут также учитывать произвольное количество приемных антенн.

Также, для ясности, иерархические способы кодирования описаны выше, в частности для системы связи с одной несущей. Эти способы могут также использоваться для системы связи с множеством несущих с множеством (N_F) поднесущих или частотных поддиапазонов, которые могут использоваться для передачи данных. Система с множеством несущих может представлять собой систему OFDMA, систему OFDM и так далее. Для системы с множеством несущих основной поток и расширенный поток могут кодироваться и модулироваться отдельно для получения двух потоков символов данных. Каждый поток символов данных может демультиплексироваться в несколько подпотоков символов данных, один подпоток для каждой из N_F поднесущих. Пара подпотоков символов данных обеспечивается для каждой поднесущей основного потока и расширенного потока. Пара подпотоков символов данных для каждой поднесущей может подвергаться пространственной обработке (например, в соответствии со схемой разнесения передачи или схемой пространственного мультиплексирования), как описано выше для системы связи с одной несущей, для получения пары подпотоков символов передачи для этой поднесущей (если используются две передающие антенны). Для N_F поднесущих пар передающих антенн формируются N_F пар подпотоков символов передачи. N_F подпотоков символов передачи для каждой передающей антенны затем обрабатываются (например, на основе OFDM или некоторого другого способа модуляции нескольких несущих) для получения модулированного сигнала для этой передающей антенны. В приемнике выполняется дополнительная обработка для восстановления основного потока и расширенного потока. Обработка OFDM в передатчике и приемнике подробно описана в вышеупомянутой предварительной заявке на патент США № 60/421309.

Способы иерархического кодирования также описаны выше, в частности для передачи и приема основного потока и расширенного потока для услуги широковещательной передачи. В общем эти способы могут использоваться для передачи и приема произвольного количества потоков данных, где каждый поток данных может кодироваться, модулироваться и подвергаться пространственной обработке так, чтобы обеспечить возможность приема потока данных принимающими объектами, в которых реализуется целевое или лучшее отношение SNR. Соответственно, эти способы могут использоваться для поддержания многоуровневой услуги широковещательной передачи (т.е. два или большее количество уровней).

Способы иерархического кодирования могут также использоваться для услуг однонаправленной и групповой передачи. Для услуги однонаправленной передачи каждому из множества пользователей может передаваться отличающийся поток символов. Каждый поток символов может передаваться на определенной скорости и с использованием определенной схемы передачи (например, разнесения передачи или пространственного мультиплексирования). Скорости и/или схемы передачи для множества потоков символов, передаваемых одновременно множеству пользователей, могут быть определены на основе обратной связи, обеспечиваемой пользователями. При использовании суперпозиции для множества потоков символов (1) передатчик информирует пользователей относительно схемы передачи, используемой для каждого пользователя, и (2) “более хороший” пользователь с более высоким отношением SNR принимает, обнаруживает, декодирует и подавляет поток символов менее приоритетного пользователя перед обнаружением и декодированием потока символов, переданного “более хорошему” пользователю. В случае услуги групповой передачи каждой группе пользователей может передаваться отличающийся поток символов. Скорость и/или схема передачи, которые должны использоваться для каждого потока символов, зависят от канала “наихудшего” пользователя в группе.

Описанные способы могут также использоваться для поддержания передачи данных к принимающим объектам различных типов. Например, основной поток может кодироваться, модулироваться и подвергаться пространственной обработке (например, с использованием схемы разнесения передачи) для приема принимающими объектами, оборудованными одной приемной антенной, а расширенный поток может кодироваться, модулироваться и подвергаться пространственной обработке (например, с использованием схемы разнесения передачи или пространственного мультиплексирования) для приема принимающими объектами, оборудованными множеством приемных антенн.

Описанные способы иерархического кодирования могут быть реализованы различными средствами. Например, эти способы могут быть реализованы в передатчике и приемнике аппаратными средствами, программным обеспечением или их комбинацией. Для аппаратной реализации процессоры, используемые для иерархического кодирования в передатчике (например, TX-процессор 310 данных и TX-процессор 320 пространственной обработки), и процессоры, используемые для иерархического кодирования в приемнике (например, RX-процессор 360 пространственной обработки и RX-процессор 370 данных), могут быть реализованы на одной или более специализированных интегральных схем (ASIC), цифровых процессоров сигнала (DSP), устройств цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройств (PLD), программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA), процессоров, контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров, других электронных блоков, разработанных для выполнения описанных здесь функций, или их комбинацией.

Для программной реализации способы иерархического кодирования могут быть реализованы модулями (например, процедурами, функциями и так далее), которые выполняют описанные функции. Коды программного обеспечения могут храниться в блоке памяти (например, блоках 332 и 382 памяти на фиг.3) и выполняться процессором (например, контроллерами 330 и 380). Блок памяти может быть реализован в процессоре или быть внешним относительно процессора, в этом случае он может быть коммуникативно связанным с процессором посредством различных известных средств.

Заголовки включены в настоящее описание для ссылки и локализации некоторых разделов. Указанные заголовки не предназначены для ограничения контекста понятий, описанных выше, и эти понятия могут быть применимы в других разделах по всему описанию.

Изложенное выше описание раскрытых вариантов осуществления приведено для обеспечения возможности любому специалисту в данной области техники реализовать или использовать настоящее изобретение. Для специалистов в данной области техники будут очевидны различные изменения указанных вариантов осуществления и определенные здесь общие принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления без отклонения от сущности и объема изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не ограничивается продемонстрированными вариантами осуществления, а должно соответствовать самому широкому объему, согласованному с раскрытыми принципами и новыми признаками.

Формула изобретения

1. Способ передачи основного потока данных и расширенного потока данных в системе радиосвязи, включающий кодирование и модулирование основного потока для получения первого потока символов данных, причем основной поток предназначен для приема множеством принимающих объектов, кодирование и модулирование расширенного потока для получения второго потока символов данных, причем расширенный поток предназначен для приема, по меньшей мере, одним принимающим объектом, и при этом кодирование и модулирование для основного и расширенного потоков не зависят от реализаций канала принимающих объектов для основного и расширенного потоков, обработку первого потока символов данных в соответствии с первой схемой пространственной обработки для получения первого множества подпотоков символов, обработку второго потока символов данных в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго множества подпотоков символов, причем обработка для первого и второго потоков символов данных не зависит от реализаций канала принимающих объектов для основного и расширенного потоков, и объединение первого множества подпотоков символов со вторым множеством подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи для передачи множеством передающих антенн.

2. Способ по п.1, в котором основной поток и расширенный поток передают для услуги широковещательной передачи.

3. Способ по п.2, в котором основной поток кодируют, модулируют и подвергают пространственной обработке для восстановления принимающими объектами, в которых обеспечивается первое или лучшее отношение сигнал-шум (SNR), а расширенный поток кодируют, модулируют и подвергают пространственной обработке для восстановления принимающими объектами, в которых обеспечивается второе или лучшее отношение SNR, причем второе SNR выше первого SNR.

4. Способ по п.1, в котором первая схема пространственной обработки представляет собой схему разнесения передачи или схему пространственного мультиплексирования, а вторая схема пространственной обработки представляет собой схему разнесения передачи или схему пространственного мультиплексирования.

5. Способ по п.1, в котором каждая из первой и второй схем пространственной обработки представляет собой схему разнесения передачи.

6. Способ по п.1, в котором каждая из первой и второй схем пространственной обработки представляет собой схему пространственно-временного разнесения передачи (STTD).

7. Способ по п.1, в котором первая схема пространственной обработки представляет собой схему разнесения передачи, а вторая схема пространственной обработки представляет собой схему пространственного мультиплексирования.

8. Способ по п.1, в котором каждая из первой и второй схем пространственной обработки представляет собой схему пространственного мультиплексирования.

9. Способ по п.1, в котором объединение включает мультиплексирование с разделением по времени первого множества подпотоков символов со вторым множеством подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи.

10. Способ по п.1, в котором объединение включает масштабирование первого множества подпотоков символов с использованием первого масштабного коэффициента для получения первого множества масштабированных подпотоков символов, масштабирование второго множества подпотоков символов с использованием второго масштабного коэффициента для получения второго множества масштабированных подпотоков символов, и суммирование первого множества масштабированных подпотоков символов со вторым множеством масштабированных подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи.

11. Способ по п.1, в котором система радиосвязи представляет собой систему связи с одной несущей.

12. Способ по п.1, в котором система радиосвязи представляет собой систему связи с множеством несущих.

13. Способ по п.1, в котором система радиосвязи реализует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM).

14. Способ передачи основного потока данных и расширенного потока данных в системе радиосвязи, включающий кодирование и модулирование основного потока для получения первого потока символов данных, причем основной поток предназначен для приема множеством принимающих объектов, кодирование и модулирование расширенного потока для получения второго потока символов данных, причем расширенный поток предназначен для приема, по меньшей мере, одним принимающим объектом, обработку первого потока символов данных в соответствии со схемой разнесения передачи или схемой пространственного мультиплексирования для получения первого множества подпотоков символов, обработку второго потока символов данных в соответствии со схемой разнесения передачи или схемой пространственного мультиплексирования для получения второго множества подпотоков символов, и объединение первого множества подпотоков символов со вторым множеством подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи для передачи множеством передающих антенн.

15. Способ по п.14, в котором кодирование и модулирование для основного и расширенного потоков не зависят от реализаций канала принимающих объектов для основного и расширенного потоков.

16. Способ по п.14, в котором кодирование и модулирование для основного и расширенного потоков выполняют в соответствии со скоростями, выбранными на основе реализаций канала принимающих объектов для основного и расширенного потоков.

17. Устройство в системе радиосвязи, содержащее средство для кодирования и модулирования основного потока данных для получения первого потока символов данных, средство для кодирования и модулирования расширенного потока данных для получения второго потока символов данных, средство для обработки первого потока символа данных в соответствии с первой схемой пространственной обработки для получения первого множества подпотоков символов, средство для обработки второго потока символов данных в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго множества подпотоков символов, средство для объединения первого множества подпотоков символов со вторым множеством подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи для передачи множеством передающих антенн.

18. Устройство в системе радиосвязи, содержащее первый процессор данных, предназначенный для кодирования и модулирования основного потока данных для получения первого потока символов данных, второй процессор данных, предназначенный для кодирования и модулирования расширенного потока данных для получения второго потока символов данных, первый процессор пространственной обработки, предназначенный для обработки первого потока символов данных в соответствии с первой схемой пространственной обработки для получения первого множества подпотоков символов, второй процессор пространственной обработки, предназначенный для обработки второго потока символов данных в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго множества подпотоков символов, и объединитель, предназначенный для объединения первого множества подпотоков символов со вторым множеством подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи для передачи множеством передающих антенн.

19. Устройство по п.18, в котором первый процессор пространственной обработки предназначен для выполнения пространственной обработки для схемы разнесения передачи, а второй процессор пространственной обработки предназначен для выполнения пространственной обработки для схемы разнесения передачи или схемы пространственного мультиплексирования.

20. Устройство по п.18, в котором объединитель предназначен для мультиплексирования с разделением времени первого множества подпотоков символов со вторым множеством подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи.

21. Устройство по п.18, в котором объединитель предназначен для масштабирования первого множества подпотоков символов с использованием первого масштабного коэффициента, масштабирования второго множества подпотоков символов с использованием второго масштабного коэффициента и суммирования первого множества масштабированных подпотоков символов со вторым множеством масштабированных подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи.

22. Способ передачи, по меньшей мере, двух потоков данных в системе радиосвязи, включающий кодирование и модулирование каждого из, по меньшей мере, двух потоков данных для получения соответствующего одного из, по меньшей мере, двух потоков символов данных, пространственную обработку каждого из, по меньшей мере, двух потоков символов данных в соответствии с выбранной схемой пространственной обработки для получения набора подпотоков символов для потока символов данных, причем получают, по меньшей мере, два набора подпотоков символов, по меньшей мере, для двух потоков символов данных, и объединение, по меньшей мере, двух наборов подпотоков символов, по меньшей мере, для двух потоков символов данных для получения множества потоков символов передачи для передачи множеством передающих антенн, при этом каждый из, по меньшей мере, двух потоков данных кодируют, модулируют и подвергают пространственной обработке для восстановления принимающими объектами, реализующими отличающееся целевое или лучшее отношение сигнал-шум (SNR).

23. Способ передачи основного потока данных и расширенного потока данных для услуги широковещательной передачи в системе радиосвязи, включающий кодирование и модулирование основного потока для получения первого потока символов данных, кодирование и модулирование расширенного потока для получения второго потока символов данных, обработку первого потока символов данных в соответствии с первой схемой пространственной обработки для получения первого множества подпотоков символов, обработку второго потока символов данных в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго множества подпотоков символов, и масштабирование первого множества подпотоков символов с использованием первого масштабного коэффициента для получения первого множества масштабированных подпотоков символов, масштабирование второго множества подпотоков символов с использованием второго масштабного коэффициента для получения второго множества масштабированных подпотоков символов, и суммирование первого множества масштабированных подпотоков символов со вторым множеством масштабированных подпотоков символов для получения множества потоков символов передачи для передачи множеством передающих антенн.

24. Способ по п.23, в котором основной поток кодируют, модулируют и подвергают пространственной обработке для восстановления принимающими объектами, реализующими первое или лучшее отношение сигнал-шум (SNR), а расширенный поток кодируют, модулируют и подвергают пространственной обработке для восстановления принимающими объектами, реализующими второе или лучшее отношение SNR, причем второе SNR выше первого SNR.

25. Способ по п.23, в котором основной поток и расширенный поток передают для услуги широковещательной передачи.

26. Способ по п.23, в котором основной поток предназначен для приема множеством принимающих объектов, а расширенный поток предназначен для приема, по меньшей мере, одним принимающим объектом из множества принимающих объектов.

27. Способ по п.23, в котором основной поток предназначен для приема первым принимающим объектом, а расширенный поток предназначен для приема вторым принимающим объектом.

28. Способ по п.23, в котором обработка первого потока символов данных включает

пространственную обработку первого потока символов данных в соответствии со схемой пространственно-временного разнесения передачи (STTD) для получения первого множества подпотоков символов.

29. Способ по п.28, в котором обработка второго потока символов данных включает

пространственную обработку второго потока символов данных в соответствии со схемой STTD для получения второго множества подпотоков символов.

30. Способ по п.23, в котором обработка второго потока символов данных включает пространственную обработку второго потока символов данных в соответствии со схемой пространственного мультиплексирования для получения второго множества подпотоков символов.

31. Способ приема основного потока данных и расширенного потока данных в системе радиосвязи, включающий обработку множества принятых потоков символов, полученных посредством множества приемных антенн, в соответствии с первой схемой пространственной обработки для обеспечения первого восстановленного потока символов данных, демодулирование и декодирование первого восстановленного потока символов данных для получения декодированного основного потока, оценку помехи, обусловленной декодированным основным потоком, подавление оцененной помехи, обусловленной декодированным основным потоком, из множества принятых потоков символов для получения множества модифицированных потоков символов, обработку множества модифицированных потоков символов в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго восстановленного потока символов данных, и демодулирование и декодирование второго восстановленного потока символов данных для получения декодированного расширенного потока.

32. Способ по п.31, в котором основной поток и расширенный поток принимают для услуги широковещательной передачи, причем основной поток кодируют, модулируют и подвергают пространственной обработке в передающем объекте для восстановления принимающими объектами, реализующими первое или лучшее отношение сигнал-шум (SNR), а расширенный поток кодируют, модулируют и подвергают пространственной обработке в передающем объекте для восстановления принимающими объектами, реализующими второе или лучшее отношение SNR, причем второе SNR выше первого SNR.

33. Способ по п.31, в котором первая схема пространственной обработки представляет собой схему разнесения передачи, а вторая схема пространственной обработки представляет собой схему разнесения передачи или схему пространственного мультиплексирования.

34. Способ по п.31, дополнительно включающий повторение обработки множества принятых потоков символов и демодулирование и декодирование первого восстановленного потока символов данных для множества итераций для получения декодированного основного потока.

35. Устройство в системе радиосвязи, содержащее средство для обработки множества принятых потоков символов, полученных посредством множества приемных антенн, в соответствии с первой схемой пространственной обработки для обеспечения первого восстановленного потока символов данных для основного потока данных, средство для демодулирования и декодирования первого восстановленного потока символов данных для получения декодированного основного потока, средство для оценки помехи, обусловленной декодированным основным потоком, средство для подавления оцененной помехи, обусловленной декодированным основным потоком, в множестве принятых потоков символов для получения множества модифицированных потоков символов, средство для обработки множества модифицированных потоков символов в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго восстановленного потока символов данных для расширенного потока данных, и средство для демодулирования и декодирования второго восстановленного потока символов данных для получения декодированного расширенного потока.

36. Устройство по п.35, дополнительно содержащее средство для повторения обработки множества принятых потоков символов и демодулирования и декодирования первого восстановленного потока символов данных для множества итераций для получения декодированного основного потока.

37. Устройство в системе радиосвязи, содержащее первый процессор пространственной обработки, предназначенный для обработки множества принятых потоков символов, полученных посредством множества приемных антенн, в соответствии с первой схемой пространственной обработки для обеспечения первого восстановленного потока символов данных для основного потока данных, первый процессор данных, предназначенный для демодулирования и декодирования первого восстановленного потока символов данных для получения декодированного основного потока, подавитель помех, предназначенный для оценки помехи, обусловленной декодированным основным потоком, и подавления оцененной помехи, обусловленной декодированным основным потоком, во множестве принятых потоков символов для получения множества модифицированных потоков символов, второй процессор пространственной обработки, предназначенный для обработки множества модифицированных потоков символов в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго восстановленного потока символов данных для расширенного потока данных, и второй процессор данных, предназначенный для демодулирования и декодирования второго восстановленного потока символов данных для получения декодированного расширенного потока.

38. Способ приема основного потока данных и расширенного потока данных в системе радиосвязи, включающий демультиплексирование с разделением по времени множества принятых потоков символов, полученных посредством множества приемных антенн, для обеспечения первого множества принятых подпотоков символов для основного потока и второго множества принятых подпотоков символов для расширенного потока, причем основной поток предназначен для приема множеством принимающих объектов, а расширенный поток предназначен для приема, по меньшей мере, одним принимающим объектом из множества принимающих объектов, обработку первого множества принятых подпотоков символов в соответствии с первой схемой пространственной обработки для получения первого восстановленного потока символов данных, обработку второго множества принятых подпотоков символов в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго восстановленного потока символов данных, демодулирование и декодирование первого восстановленного потока символов данных для получения декодированного основного потока, и демодулирование и декодирование второго восстановленного потока символов данных для получения декодированного расширенного потока.

39. Способ по п.38, в котором основной поток и расширенный поток принимают для услуги широковещательной передачи, причем основной поток кодируют, модулируют и подвергают пространственной обработке в передающем объекте для восстановления принимающими объектами, реализующими первое или лучшее отношение сигнал-шум (SNR), а расширенный поток кодируют, модулируют и подвергают пространственной обработке в передающем объекте для восстановления принимающими объектами, реализующими второе или лучшее отношение SNR, причем второе SNR выше первого SNR.

40. Способ по п.38, в котором первая схема пространственной обработки представляет собой схему разнесения передачи, а вторая схема пространственной обработки представляет собой схему разнесения передачи или схему пространственного мультиплексирования.

41. Устройство в системе радиосвязи, содержащее средство для демультиплексирования с разделением по времени множества принятых потоков символов, полученных посредством множества приемных антенн, для обеспечения первого множества принятых подпотоков символов для основного потока данных и второго множества принятых подпотоков символов для расширенного потока данных, средство для обработки первого множества принятых подпотоков символов в соответствии с первой схемой пространственной обработки для получения первого восстановленного потока символов данных, средство для обработки второго множества принятых подпотоков символов в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго восстановленного потока символов данных, средство для демодулирования и декодирования первого восстановленного потока символов данных для получения декодированного основного потока, средство для демодулирования и декодирования второго восстановленного потока символов данных для получения декодированного расширенного потока.

42. Устройство в системе радиосвязи, содержащее по меньшей мере, один демультиплексор, предназначенный для демультиплексирования с разделением по времени множества принятых потоков символов, полученных посредством множества приемных антенн, для обеспечения первого множества принятых подпотоков символов для основного потока данных и второго множества принятых подпотоков символов для расширенного потока данных, первый процессор пространственной обработки, предназначенный для обработки первого множества принятых подпотоков символов в соответствии с первой схемой пространственной обработки для получения первого восстановленного потока символов данных, второй процессор пространственной обработки, предназначенный для обработки второго множества принятых подпотоков символов в соответствии со второй схемой пространственной обработки для получения второго восстановленного потока символов данных, первый процессор данных, предназначенный для демодулирования и декодирования первого восстановленного потока символов данных для получения декодированного основного потока, и второй процессор данных, предназначенный для демодулирования и декодирования второго восстановленного потока символов данных для получения декодированного расширенного потока.

РИСУНКИ