способ и устройство для определения вектора предкодирования

Формула изобретения

1. Способ (100) для определения вектора предкодирования (p _i,opt) для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству в системе беспроводной связи, содержащий следующие стадии:

получение (110) информации о состоянии первого канала между первым беспроводным устройством и первой базовой станцией в системе беспроводной связи, в котором информация о состоянии первого канала принимается первой базовой станцией от первого беспроводного устройства;

получение (120) информации об усилении первого канала (h₂₁) между вторым беспроводным устройством и первой базовой станцией, в котором информация об усилении первого канала (h₂₁ ) принимается от второй базовой станции;

получение (130) параметра мощности первого сигнала (b_i) от второй базовой станции, указывающего на мощность сигнала, создаваемого второй базовой станцией во втором беспроводном устройстве;

получение (140) параметра мощности первой помехи (a _i) от второй базовой станции, указывающего на мощность помехи, создаваемой второй базовой станцией в первом беспроводном устройстве; и

максимизация (150) параметра общего отношения сигнал-помеха (C, , , ) для получения вектора прекодирования (p_i,opt ) для предварительного кодирования данных, которые будут переданы на первое беспроводное устройство, в котором параметр общего отношения сигнал-помеха (C, , , ) зависит от отношения сигнал-помеха (SINR₁) в первом беспроводном устройстве и от отношения сигнал-помеха (SINR₂) во втором беспроводном устройстве и основан на информации о состоянии первого канала, информации об усилении первого канала (h₂₁), параметра мощности первого сигнала (b_i) и параметра мощности первой помехи (a_i ).

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий:

получение информации о состоянии второго канала между первым беспроводным устройством и второй базовой станцией в системе беспроводной связи, в котором информация о состоянии второго канала принимается первой базовой станцией от первого беспроводного устройства;

вычисление информации об усилении второго канала (h₁₂) между первым беспроводным устройством и второй базовой станцией, на основе второй информации о состоянии канала; и

передачу информации об усилении второго канала (h₁₂) на вторую базовую станцию.

3. Способ по п.2, в котором информация о состоянии первого канала и информация о состоянии второго канала передаются через беспроводной канал от первого беспроводного устройства, в котором информация об усилении первого канала (h₂₁), параметр мощности первого сигнала (b_i) и параметр мощности первой помехи (a _i) передаются через проводной канал от второй базовой станции.

4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий:

вычисление параметра мощности второго сигнала (b_i), указывающего на мощность сигнала, создаваемого первой базовой станцией в первом беспроводном устройстве;

вычисление параметра мощности второй помехи (a_i), указывающего на мощность помехи, создаваемой первой базовой станцией во втором беспроводном устройстве; и

передачу параметра мощности второго сигнала (b _i) и параметра мощности второй помехи (a_i) на вторую базовую станцию.

5. Способ по п.4, дополнительно содержащий:

получение параметра мощности третьего сигнала (b_i) от второй базовой станции, в котором параметр мощности третьего сигнала (b_i) вычисляется второй базовой станцией на основе переданного параметра мощности второго сигнала (b_i) и переданного параметра мощности второй помехи (a_i), в котором параметр мощности третьего сигнала (b_i) указывает на мощность сигнала, создаваемого второй базовой станцией во втором беспроводном устройстве, при рассмотрении переданного параметра мощности второго сигнала (b _i) и переданного параметра мощности второй помехи (a _i);

получение параметра мощности третьего помехи (a_i) от второй базовой станции, в котором параметр мощности третьего помехи (a_i) вычисляется второй базовой станцией на основе переданного параметра мощности второго сигнала (b_i) и параметра мощности второй помехи (a_i ), в котором параметр мощности третьего помехи (a_i ) указывает на мощность помехи, создаваемой второй базовой станцией в первом беспроводном устройстве, при рассмотрении переданного параметра мощности второго сигнала (b_i) и переданного параметра мощности второй помехи (a_i); и

максимизацию параметра общего отношения сигнал-помеха (C, , , ) для получения нового вектора прекодирования (p_i,opt ), в котором параметр общего отношения сигнал-помеха (C, , , ) основан на информации о состоянии первого канала, информации об усилении первого канала (h₂₁), параметре мощности третьего сигнала (b_i) и параметре мощности третьей помехи (a_i) для итеративной оптимизации вектора прекодирования (p_i,opt).

6. Способ по п. 1, в котором параметр общего отношения сигнал-помеха (C, , , ) представляет уровень суммы (C) первого беспроводного устройства и второго беспроводного устройства, общего отношения сигнал-помеха в первом беспроводном устройстве и во втором беспроводном устройстве или нижнюю границу общего отношения сигнал-помеха в первом беспроводном устройстве и во втором беспроводном устройстве.

7. Способ по п.6, в котором общее отношение сигнал-помеха определяется уравнением



в котором SINR₁ - отношение сигнал-помеха в первом беспроводном устройстве, и SINR₂ - отношение сигнал-помеха во втором беспроводном устройстве.

8. Способ по п.6, в котором нижняя граница общего отношения сигнал-помеха определяется как

,

с



,

и





в котором является общим отношением сигнал-помеха, индексы i и j равны 1 или 2, причем i не равен j; p_i, p_j - векторы прекодирования первой базовой станции или второй базовой станции; h_ii, h_ij, h_ji и h _jj - информация об усилении канала между базовой станцией и беспроводным устройством; - мощность помехи, I_M - матрица тождественности размера M; - мощность передачи; a_{i -} параметр мощности помехи и b_i - параметр мощности сигнала.

9. Способ по п.6, в котором нижняя граница общего отношения сигнал-помеха определяется как

,

с



,

и





в котором - общее отношение сигнал-помеха, индексы i и j равны 1 или 2, причем i не равен j; p_i, p_j - векторы прекодирования первой базовой станции или второй базовой станции; h_ii, h_ij, h_ji и h_jj - информация об усилении канала между базовой станцией и беспроводным устройством; - мощность помехи; I_M - матрица тождественности размера M; - мощность передачи; a_{i -} параметр мощности помехи и b_i - параметр мощности сигнала.

10. Способ по п. 1, в котором параметр мощности первого сигнала (b _i) определен как

.

в котором индексы i и j равны 1, или 2, причем i не равен j, p_j - вектор прекодирования первой базовой станции или второй базовой станции, и h_jj - информация об усилении канала между базовой станцией и беспроводным устройством.

11. Способ по п. 1, в котором параметр мощности первой помехи (a_i) определен как



в котором индексы i и j равны 1 или 2, причем i не равен j, p_j - вектор прекодирования первой базовой станцию или второй базовой станции; h_jj - информация об усилении канала между базовой станцией и беспроводным устройством и - мощность помехи.

12. Способ по п. 1, в котором максимизация выполняется, решая обобщенную задачу собственного вектора, в котором вектор прекодирования (p_i,opt) для предварительного кодирования данных является собственным вектором, соответствующим максимальному обобщенному собственному значению ( _max) матриц (D_{low, ir} B_i ), зависящим от информации о состоянии первого канала, информации об усилении первого канала (h₂₁), параметра мощности первого сигнала (b_i) и параметра мощности первой помехи (a_i).

13. Способ по п.12, в котором обобщенная решаемая задача собственного вектора выражена как

D _low,ip_i,opt= _maxB_ip_i,opt.

в котором D_low,i определяется уравнением

,

с



,

и



,

в котором общее отношение сигнал-помеха, индексы i и j равны 1 или 2, причем i не равен j, p_i, p _j - векторы прекодирования первой базовой станции или второй базовой станции, h_ii, h_ij, h_ji и h_jj - информация об усилении канала между базовой станцией и беспроводным устройством; - мощность помехи; I_M - собственная матрица размера м - мощность передачи; a_i - параметр мощности помехи и b_i - параметр мощности сигнала.

14. Устройство (1000) для определения вектора прекодирования (p _i,_opt) для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству в системе беспроводной связи, указанное устройство содержит:

беспроводной приемник (1010), сконфигурированный для получения информации о состоянии первого канала между первым беспроводным устройством и первой базовой станцией в системе беспроводной связи, в котором информация о состоянии первого канала принимается первой базовой станцией от первого беспроводного устройства;

проводной приемник (1020), сконфигурированный для получения информации об усилении первого канала (h₂₁) канала между вторым беспроводным устройством и первой базовой станцией, в котором информация об усилении первого канала (h₂₁) принимается от второй базовой станции, в котором проводной приемник (1020) используется для получения параметра мощности первого сигнала (b_i ) от второй базовой станции, указывающей на мощность сигнала, создаваемого второй базовой станцией во втором беспроводном устройстве, и в котором проводной приемник (1020) дополнительно используется для получения параметра мощности первой помехи (a_i ) от второй базовой станции, указывающего на мощность помехи, создаваемой второй базовой станцией в первом беспроводном устройстве; и

процессор (1030), сконфигурированный для получения вектора прекодирования (p_i,_opt) для предварительного кодирования данных, которые будут переданы на первое беспроводное устройство, максимизируя параметр общего отношения сигнал-помеха (C, , , ), в котором параметр общего отношения сигнал-помеха (C, , , ) зависит от отношения сигнал-помеха в первом беспроводном устройстве и отношения сигнал-помеха во втором беспроводном устройстве и основан на информации о состоянии первого канала, информации об усилении первого канала (h₂₁), параметра мощности первого сигнала (b_i) и параметра мощности первой помехи (a_i).

15. Машиночитаемый носитель с программным кодом для выполнения способа по одному из пп. 1-13, когда компьютерная программа работает на компьютере или в микроконтроллере.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относятся к системе беспроводной связи и, в частности, к способу и устройству для определения вектора предкодирования для предварительного кодирования данных, предназначенных для передачи беспроводному устройству в системе беспроводной связи.

Многопользовательские системы сотовой связи с множественным входом и множественным выходом (MIMO) находятся в процессе непрерывного развития современной беспроводной связи. Одной из задач является максимизация пользовательских уровней по краям ячейки в сотовых системах с ограничением помех. Помехи между ячейками (ICI) являются узким системным местом современных сотовых сетей, и было много попыток уменьшить взаимные помехи, используя различные существующие способы. Пользователи на краях ячейки страдают, главным образом, от сильных помех от соседних базовых станций, и это прямо отражается на низких достижимых уровнях качества передачи.

На Фигуре 11A представлена схема модели системы MISO (множественный вход и единственный выход) с двумя ячейками для предварительного линейного кодирования MISO. Эта система включает две базовые станции BS1, BS2, охватывающие ячейку 1 и ячейку 2 и два беспроводных устройства UE1, UE2 (пользовательское оборудование 1 и пользовательское оборудование 2). Далее, на фигуре 11B показаны прямые соединения (полезный сигнал) и мешающие соединения (помехи), схематически иллюстрирующие каналы между базовыми станциями BS1, BS2, и беспроводные устройства UE1, UE2, когда базовая станция 1 использует формирователь луча b₁ и базовая станция 2 использует формирователь луча b₂ .

Другими словами, рассматривается сценарий MISO с двумя ячейками и одним пользователем на ячейку, как показано на фигуре 11A, где каждая базовая станция имеет M антенн, и каждый приемник на краю ячейки имеет одну антенну. Эту системную модель можно также рассматривать как канал с помехами MISO с двумя пользователями (IC), как показано на фигуре 12, где пользователь в контексте IC имеет пару приемопередатчиков. Символ данных s_i ~N_C(0, 1) (i=1, 2) предварительно линейно кодируется прекодером p_i C^M×1 и передается по каналу h_ii C^M×1, и символ будет получен пользователем i. Из-за характера системы, он также будет передан по каналу h_ji C^M×1, j i и получен пользователем j как нежелательная помеха. Переданный сигнал подвергается ограничению мощности передачи . На стороне приемника полученный сигнал смешан с шумом . Запись полученных оценок символов данных дает:

где ( )^T обозначает перемещение.

Наиболее распространенная мера, которая повышает производительность системы, определяется достижимым уровнем суммы:

где SINR1 и SINR2 являются полученными отношениями сигнала к шуму приемников 1 и 2, соответственно:

Индексы i и j, где i {1,2} и j i.

Известный подход к максимизации уровня суммы является распределенным алгоритмом определения цены помех, описанным в статье "D.A.Schmidt, С.Shir, R.A.Berry, М.Honig and W.Utschick, 'Distributed Resource Allocation Schemes', IEEE Signal Processing Magazine, Sept. 2009, pp.53-63". Этот итеративный метод начинается с каждого приемника, объявляющего о цене помех базовым станциям (BS), создающим эти помехи, предполагая ячейки с единственными пользователями. Практически каждый приемник возвращает эти цены своей соответствующей базовой станции (BS), и последняя передает их к другим BS, таким образом, требуется взаимодействие базовых станций. Цена помех каждого приемника зависит от начальных формирователей луча BS, создающих помехи. Затем, каждая BS отдельно выполняет максимизацию соответствующего пользовательского уровня, принимая во внимание цену помех, о которых объявляют другие приемники, и, следовательно, создается распределенный подход. Поэтому он может считаться эгоистическим подходом, содержащим уплату штрафа за создание помех другим пользователям. Максимизация приводит к новым формирователям луча. Далее, приемники обновляют свои цены помех, и новые формирователи луча снова вычисляются согласно обновленным ценам помех. Процесс повторяется до сходимости.

Рассматривались различные подходы для снижения помех в системах с ограничением помех. До сих пор лучшие подходы, которые были предложены, являются распределенными подходами, в которых каждый передатчик пытается максимизировать свой собственный уровень, принимая во внимание цену помех, о которых объявляют приемники в системе (см. статью "D.A.Schmidt, С.Shir, R.А.Berry, M.Honig and W.Utschick, "Distributed Resource Allocation Schemes", IEEE Signal Processing Magazine, Sept. 2009, pp.53-63". Формально, цена помех n_i представляет краевое уменьшение уровня приемника i после краевого увеличения помех, созданных передатчиком, и определяется как:

где u_i=log₂(1+SINR _i) - уровень приемника i и - мощность помехи в приемнике i (см. уравнение 3).

Имея фиксированные цены помех, каждая BSi решает следующую задачу:

где ( )^Н обозначает сопряженный перенос. Объективная функция каждой базовой

станции может рассматриваться как ее достижимый уровень минус стоимость помех, которые она создает другим пользователям. Это эгоистический подход, который учитывает штраф, уплачиваемый за создание помех другим пользователям. Чтобы реализовать этот алгоритм, каждый приемник должен объявить о цене помех каждой создающей помехи базовой станции. Практически, каждый приемник возвращает эти цены своей соответствующей базовой станции (BS), и последняя передает их другой BS, таким образом, требуется взаимодействие базовых станций. Учитывая эти цены помех, каждая BS вычисляет свой наилучший прекодер. Алгоритм многократно обновляет прекодеры и цену помех до тех пор, пока не будет достигнута сходимость.

Чтобы вычислить цену помех, каждый приемник требует знания мощности полезного и мешающего сигнала. Знание прекодера на стороне приемника не является необходимым. Чтобы вычислить оптимальные прекодеры, каждая BSi требует знания усиления канала h_ki, где k=1, 2.

На фигуре 11А показан пример целевой конфигурации при нисходящей передаче в мультиячейке системы COMP/MIMO (скоординированная система с многоточечным/множественным входом и множественным выходом), с алгоритмом оценки распределенных помех. Может использоваться совместное формирование луча, чтобы максимизировать пользовательские уровни на краю ячейки, но решения закрытой формы не существует, и результатом является увеличение затрат на передачу сигнала. На фигуре 13 схематично показан алгоритм определения цены распределенных помех между двумя базовыми станциями. Сначала приемниками (беспроводными устройствами) передается объявление о размерах штрафа pf за помехи p_i. Цена помех представляет собой краевое уменьшение уровня для краевого увеличения помехи. Затем базовые станции итеративно максимизируют свой собственный уровень, принимая во внимание объявленные цены p_i, что является эгоистическим подходом. Например, базовая станция 1 решает следующее уравнение:

При совместном формировании луча вычисляют b₁ и b₂, чтобы максимизировать C, но для формирователей луча не существует решений в закрытой форме, и сомнительно, что следует сообщить и при каких издержках (расходах).

При этом подходе до каждой итерации необходима передача сигналов. Это итеративно оптимизирует пользовательские уровни на краях ячейки, подвергнутой штрафам за помехи от соседних ячеек. Штрафы за помехи передаются по радиосигналам, и затем происходит обмен по обратной связи (при каждой итерации).

Фигура 14 иллюстрирует начальную передачу сигнала и сигнальную фазу каждой итерации путем схематического отображения каналов между двумя базовыми станциями и двумя беспроводными устройствами UE1, UE2. Базовая станция 1 находит b_i, который максимизирует следующее уравнение:

Этот подход имеет недостатки: низкую сходимость из-за эгоистического характера, высокую вычислительную мощность, не адаптируется к быстро изменяющимся системам, требует дополнительной обработке на стороне приемника и дополнительной передачи радиосигналов (беспроводной канал).

Целью настоящего изобретения является обеспечить улучшенную концепцию определения вектора прекодирования для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству в системе беспроводной связи, что позволяет увеличить скорость передачи данных, достижимую для связи с беспроводными устройствами, особенно для пользователей на краю ячейки.

Эта цель достигается способом по п. 1 или устройством по п. 14 формулы изобретения.

Воплощение изобретения обеспечивает способ для определения вектора прекодирования для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству в системе беспроводной связи. Способ включает получение информации о состоянии первого канала между первым беспроводным устройством и первой базовой станцией в системе беспроводной связи. Информация о состоянии первого канала получается первой базовой станцией от первого беспроводного устройства. Далее, способ включает получение информации об усилении канала между вторым беспроводным устройством и первой базовой станцией, получение параметра мощности первого сигнала от второй базовой станции, указывающего на мощность сигнала во втором беспроводном устройстве, создаваемом второй базовой станцией, и получение параметра мощности первой помехи от второй базовой станции, указывающего на мощность помехи, создаваемой второй базовой станцией в первом беспроводном устройстве. Информация об усилении первого канала получается от второй базовой станции. Дополнительно, способ включает максимизацию параметра общего отношения сигнал-шум, чтобы получить вектор прекодирования для предварительного кодирования данных, которые будут переданы первому беспроводному устройству. Параметр общего отношения сигнал-шум зависит от отношения сигнал-шум в первом беспроводном устройстве и от отношения сигнал-шум во втором беспроводном устройстве и основан на информации о состоянии первого канала, информации об усилении первого канала, параметре мощности первого сигнала и параметре мощности первой помехи.

Примеры воплощения изобретения основаны на центральной идее, что параметр общего отношения сигнал-шум увеличивается до максимума и зависит от отношения сигнал-шум в первом беспроводном устройстве и от отношения сигнал-шум во втором беспроводном устройстве с тем, чтобы достижимый уровень суммы, обеспечиваемый для обоих беспроводных устройств, мог бы быть увеличен. Увеличение до максимума параметра общего отношения сигнал-шум, который может быть, например, уровнем суммы, может увеличить общую объединенную скорость передачи данных, особенно «пограничных» пользователей (беспроводные устройства на краю ячейки) благодаря снижению помех. Кроме того, по сравнению с известными подходами, требуется меньший объем передачи сигналов между базовыми станциями и беспроводными устройствами, так как информация о ценах от беспроводных устройств не является необходимой. Кроме того, может быть достигнута быстрая сходимость алгоритма, приводя к меньшему количеству вычислений.

В некоторых воплощениях изобретения параметр общего отношения сигнал-шум представляет собой уровень суммы первого беспроводного устройства и второго беспроводного устройства, общего отношения сигнал-шум в первом беспроводном устройстве и втором беспроводном устройстве или на нижней границе общего отношения сигнал-шум в первом беспроводном устройстве и во втором беспроводном устройстве.

При использовании нижней границы общего отношения сигнал-шум может быть значительно уменьшена вычислительная сложность.

Примеры осуществления настоящего изобретения подробно описываются ниже со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

Фигура 1 - блок-схема способа для определения вектора прекодирования для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству;

Фигура 2 иллюстрирует возможный параметр общего отношения сигнал-шум;

Фигура 3 - принципиальная схема, иллюстрирующая передачу сигнала, используя предложенный подход;

Фигура 4 показывает блок-схему способа для определения вектора прекодирования для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству;

Фигура 5 - схема из двух ячеек в системе беспроводной связи, основанная на предложенных решениях;

Фигура 6 - схема каналов и связи между двумя базовыми станциями и двумя беспроводными устройствами, используя предложенное изобретение;

Фигура 7 - схема сравнения разных подходов для того, чтобы оценить нижнюю границу объективной функции;

Фигура 8 - схема, указывающая на результаты скорости передачи для пользователей на краю ячейки;

Фигура 9 - схема, указывающая на графики сходимости;

Фигура 10 - блок-схема устройства для определения вектора прекодирования для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству;

Фигура 11А - схема сценария MISO с 2 ячейками с пользователями на краю ячейки, представляющими интерпретацию системы;

Фигура 11B - схема каналов связи между двумя базовыми станциями и двумя беспроводными устройствами;

Фигура 12 - блок-схема сценария MISO с 2 ячейками, представляющими теоретическую модель;

Фигура 13 - схема двух ячеек системы беспроводной связи, где используется подход, основанный на цене помехи;

Фигура 14 - схема каналов и сигналов между двумя базовыми станциями и двумя беспроводными устройствами, используя подход, основанный на цене помехи; и

Фигура 15 - принципиальная схема, показывая передачу сигнала, используя известный подход, основанный на цене помехи.

В последующем описании одни и те же цифровые позиции частично используются для объектов и функциональных блоков, имеющих те же самые или подобные функциональные свойства, и их применение на чертежах используется аналогичным образом.

На Фигуре 1 показана блок-схема способа 100 для определения вектора прекодирования p_i,opt для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству в системе беспроводной связи согласно одному примеру воплощения изобретения. Способ 100 включает получение 110 информации о состоянии первого канала между первым беспроводным устройством и первой базовой станцией в системе беспроводной связи. Эта информация о состоянии первого канала передается первой базовой станции от первого беспроводного устройства. Дополнительно, на стадии 120 получается информация об усилении первого канала между вторым беспроводным устройством и первой базовой станцией. Эта информация об усилении первого канала принимается на стадии 120 от второй базовой станции. Кроме того, способ включает получение на стадии 130 параметра мощности первого сигнала b_i от второй базовой станции, указывающего на мощность сигнала, создаваемого второй базовой станцией во втором беспроводном устройстве и получение на стадии 140 параметра первой помехи от второй базовой станции, указывающего на мощность помехи, создаваемой второй базовой станцией в первом беспроводном устройстве. Дополнительно, способ включает максимизацию 150 параметра общего отношения сигнал-шум C, , , , чтобы получить вектор прекодирования p_i,opt для предварительного кодирования данных, которые будут переданы на первое беспроводное устройство. Параметр общего сигнала отношения сигнал-шум C, , , зависит от отношения сигнал-шум SINR₁ (отношение сигнал-смесь помехи с шумом в первом беспроводном устройстве) и отношение сигнал-шум SINR₂ (отношение сигнал-смесь помехи с шумом во втором беспроводном устройстве) во втором беспроводном устройстве. Кроме того, параметр общего отношения сигнал-шум C, , , основан на информации о состоянии первого канала, информация об усилении первого канала h₂₁, параметр мощности первого сигнала b_i и параметр мощности первой помехи a_i.

Используя вектор прекодирования, полученного при реализации предложенного изобретения для предварительного кодирования данных для передачи к беспроводному устройству, можно увеличить уровень суммы для того, чтобы обеспечить данные для беспроводных устройств в системе беспроводной связи, поскольку здесь рассматриваются помехи в двух нескольких беспроводных устройствах для определения вектора прекодирования, таким образом, уровень суммы увеличивается до максимума. Для этого информация о состоянии канала получается от первого беспроводного устройства на первой базовой станции, и дополнительная информация и параметры относительно одного или нескольких других беспроводных устройствах получаются от одной или нескольких других базовых станций. С этой информацией может быть реализована максимизация 150 параметра общего отношения сигнал-шум (также называемого общим отношением сигнал-смесь помехи с шумом) по возможным векторам прекодирования. Информация о цене помех, как она используется в известных способах, не является необходимой. Поэтому предложенное изобретение может потребовать менее мощных сигналов между базовыми станциями и беспроводными устройствами (по эфирному или беспроводному каналу).

Хотя здесь упоминаются только две базовых станции и два беспроводных устройства, описанное изобретение может также быть применено к произвольному числу базовой станции и беспроводных устройств.

Беспроводное устройство является, например, мобильным телефоном, ноутбуком или общим пользовательским оборудованием UE, используемым для передачи данных через беспроводной канал.

Предложенный способ 100 может быть выполнен предпочтительно на базовой станции (например, на первой базовой станции). Альтернативно, максимизация 150 выполняется центральным блоком управления, получающим информацию об усилении первого канала, параметр мощности первого сигнала и параметр мощности первой помехи. В этом случае первая базовая станция может использовать информацию о состоянии первого канала и информацию о состоянии второго канала для вычисления информации об усилении канала h₁₁ между первым беспроводным устройством и первой базовой станцией и передать эту информацию об усилении канала на центральный блок управления. Альтернативно, информация о состоянии первого канала может быть передана на центральный блок управления, и соответствующая информация об усилении канала может быть вычислена центральным блоком управления.

Например, информация о состоянии канала получена вектором квантизации канала в беспроводном устройстве и включает запись из кодовой книги вместе с качественной характеристикой канала, представляющей значение SINR (отношение сигнал-смесь помехи с шумом). На основе информации о состоянии первого канала можно вычислить информацию об усилении канала h₁₁ канала между первым беспроводным устройством и первой базовой станцией. Этой информацией об усилении канала может быть параметр общего отношения сигнал-шум так, чтобы параметр общего отношения сигнал-шум был бы основан на информации о состоянии первого канала через эту информацию об усилении канала.

Информация об усилении первого канала h₂₁, параметр мощности первого сигнала bi и параметр мощности первой помехи a_i могут быть получены через проводной канал от второй базовой станции (через цепи обратной связи системы беспроводной связи). С другой стороны, информация о состоянии первого канала получается через беспроводной канал (эфирный канал) от первого беспроводного устройства. Поэтому необходимый обмен данными через беспроводной канал может быть сохранен низким по сравнению с известными способами, так как информацией об усилении первого канала параметр мощности первого канала и параметр мощности первой помехи обмениваются через соединения обратной связи системы беспроводной связи.

В соответствии с предложенным изобретением параметр мощности сигнала может в целом указывать на мощность сигнала в беспроводном устройстве сигнала, создаваемого базовой станцией, ответственной за работу беспроводного устройства (беспроводное устройство выделяется базовой станции), когда используется вектор прекодирования, который служит для вычисления параметра мощности сигнала. Например, параметр мощности сигнала содержит большую величину для высокой мощности сигнала и малую величину для низкой мощности сигнала. Кроме того, параметр мощности помехи может в целом указывать на мощность помехи в беспроводном устройстве, создаваемой базовой станцией, не отвечающей за беспроводное устройство (беспроводное устройство выделено другой базовой станции), когда используется вектор прекодирования, который служит для вычисления параметра мощности помехи. Например, параметр мощности помехи имеет большую величину для высокой мощности помехи и малую величину для низкой мощности помехи. Кроме того, параметр мощности помехи может указывать не только на мощность помехи, но также и на (сумму) отношение сигнал-смесь помехи с шумом и мощность помехи в беспроводном устройстве.

Информация об усилении первого канала h₂₁, параметр мощности первого сигнала b_i и параметр мощности первой помехи могут быть вычислены второй базовой станцией прежде, чем они будут переданы на первую базовую станцию. Для вычисления информации об усилении первого канала h₂₁, параметра мощности первого сигнала b_i и/или параметра мощности первой помехи вторая базовая станция может запросить информацию об усилении канала между первым беспроводным устройством и второй базовой станцией. Следовательно, способ 100 может дополнительно включать получение информации о состоянии второго канала между первым беспроводным устройством и второй базовой станцией в системе беспроводной связи. Информация о состоянии второго канала может быть принимается первой базовой станцией от первого беспроводного устройства. Кроме того, вторая информация об усилении канала между первым беспроводным устройством и второй базовой станцией может быть вычислена на основе второй информации о состоянии канала, и вторая информация об усилении канала h ₁₂ может быть передана второй базовой станции. Это может быть сделано первой базовой станцией или центральным блоком управления в альтернативном варианте описанной выше схемы реализации.

В некоторых воплощениях изобретения вторая базовая станция может также выполнять способ согласно описанному изобретению. В этом случае обе базовые станции могут определить вектор прекодирования для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству, выделенному соответствующей базовой станции, получая информацию о состоянии канала (информацию о состоянии первого канала) от соответствующего выделенного беспроводного устройства, и информацию об усилении первого канала, параметр мощности первого сигнала и параметр мощности первой помехи от другой базовой станции.

Для этого базовая станция вычисляет параметр мощности сигнала, указывающий на мощность сигнала, создаваемого самим устройством, в выделенном беспроводном устройстве, и параметр мощности помехи, указывающий на мощность помехи, создаваемой этим устройством, в другом беспроводном устройстве, и передает вычисленный параметр мощности сигнала и вычисленный параметр мощности помехи другой базовой станции.

Иными словами, без противоречия с приведенной выше формулировкой способ может дополнительно включать вычисление параметра мощности второго сигнала b_i указывающего на мощность сигнала, создаваемого первой базовой станцией, в первом беспроводном устройстве, и вычисление параметра мощности второй помехи a_i, указывающего на мощность помехи, создаваемой первой базовой станцией, во втором беспроводном устройстве. Способ может дополнительно включать передачу параметра мощности второго сигнала b_i и параметра мощности второй помехи a_i второй базовой станции. Таким образом, обе базовые станции могут определить вектор прекодирования, максимизируя параметр общего отношения сигнал-шум с тем, чтобы достижимый уровень суммы данных, которые будут переданы беспроводным устройствам, мог бы быть увеличен.

Кроме того, при этом подходе может быть реализована итеративная оптимизация определяющего вектора прекодирования, так как каждая базовая станция может вычислить новый параметр мощности помехи и новый параметр мощности сигнала, основанный на прежнем определяющем векторе прекодирования, и передать их другой базовой станции.

Другими словами, без противоречия с приведенной выше формулировкой способ может дополнительно включать получение третьего параметра мощности сигнала и третьего параметра мощности помехи a_i от второй базовой станции. Третий параметр мощности сигнала b_i может вычисляться второй базовой станцией на основе переданного параметра мощности второго сигнала b_i и переданного параметра мощности второй помехи a_i. Кроме того, третий параметр мощности сигнала b_i может указывать на мощность сигнала, создаваемого второй базовой станцией, во втором беспроводном устройстве при рассмотрении переданного параметра мощности второго сигнала b _i и переданного параметра мощности второй помехи a _i. Третий параметр мощности помехи a_i может вычисляться второй базовой станцией, на основе переданного параметра мощности второго сигнала b_i и параметра мощности второй помехи a_i. Кроме того, третий параметр мощности помехи a_i может указывать на мощность помехи, создаваемой второй базовой станцией в первом беспроводном устройстве при рассмотрении переданного параметра мощности второго сигнала b _i и переданного параметра мощности второй помехи a _i. Дополнительно, может быть получен новый вектор прекодирования, максимизируя параметр общего отношения сигнал-шум, который теперь основан на информации о состоянии первого канала, информации об усилении первого канала, параметре мощности третьего сигнала и параметре мощности третьей помехи с тем, чтобы вектор прекодирования мог бы быть итеративно оптимизирован.

Таким образом, параметр общего отношения сигнал-шум также зависит от параметра мощности первого сигнала и параметра мощности первой помехи, при этом параметр мощности третьего сигнала и параметр мощности третьей помехи вычисляются на основе параметра мощности второго сигнала и параметра мощности второй помехи, которые вычисляются на основе параметра мощности первого сигнала и параметра мощности первой помехи.

В некоторых воплощениях изобретения параметр общего отношения сигнал-шум может представлять собой уровень суммы С первого беспроводного устройства и второго беспроводного устройства, общее отношение сигнал-шум в первом беспроводном устройстве и во втором беспроводном устройстве или на нижней границе общего отношения сигнал-шум в первом беспроводном устройстве и во втором беспроводном устройстве.

Ниже подробно описывается пример воплощения способа для определения вектора прекодирования согласно предложенному изобретению. Описанные функции могут быть использованы вместе или они могут использоваться независимо друг от друга в комбинации с фундаментальным принципом, описанным выше. В связи с подробным примером предложенное изобретение может также рассматриваться как прямая максимизация уровня суммы системы с взаимодействием базовой станции через обмен мощностями помехи. Некоторые из объяснений, приведенных ниже, относятся к системам с двумя базовыми станциями и двумя беспроводными устройствами, однако предложенное изобретение не ограничивается такой системой и также может быть применено к произвольному числу базовых станций и беспроводных устройств.

На фигуре 2 приведен пример уровня суммы между двумя базовыми станциями и двумя беспроводными устройствами с индикацией мощностей сигнала S₁, S₂ (сила сигнала) и мощностей помехи I₁, I₂ (сила помехи) этих двух базовых станций BS₁, BS₂. При следующих мощностях сигнала S₁, S₂ и параметре мощности сигнала b_i могут быть равными величинами, мощности помехи I₁, I₂ и параметр мощности помехи a_i могут быть равными величинами и формирователи луча b₁, b₂, и векторы прекодирования p ₁, p₂ могут быть равными величинами.

Предложена прямая максимизация главной объективной функции (см. уравнение 2), предполагая, что BS может обмениваться информацией прекодера (это предположение будет описано ниже). С этой целью уравнение 2 переписывается как:

где отношение эквивалентно SINR соответствующей системы с одной ячейкой и единственным пользователем, достигающей того же уровня (например, один возможный параметр общего отношения сигнал-шум). Так как функция логарифма является монотонной, максимизация уравнения 6 эквивалентна максимизации его аргумента. Таким образом, задача обнаружения оптимальных прекодеров (p₁, p₂ )_opt может быть сформулирована следующим образом:

Каждый термин (например, один возможный параметр общего отношения сигнал-шум) содержит выражения p ₁ и p₂, усложняя решение задачи. Таким образом, закрытая форма выражения для оптимальных прекодеров, возможно, окажется недоступной. Следовательно, можно воспользоваться подходом поочередной оптимизации, чтобы найти (суб)оптимальные величины прекодера. Предположим, что BSi хочет найти свой оптимальный прекодер p_i, зная прекодер базовой станции BSj, p _j. Сначала SINR_i и SINR_j переписываем как

и определяем скаляры a_i и b _i как

a_i и b_i представляют мощность сигнала с помехой, в приемнике i и полезную мощность сигнала в приемнике j, которые, соответственно, известны в фиксированном виде для определенной величины p_j. Используя эти величины, уравнение 8 может быть переписано как:

где A_i и B_i - положительно-определенные матрицы на базе:

где использовалось равенство , чтобы получить выражение для B_i, и I_M - собственная матрица размера M.

Легко предположить, что целевая функция уравнения 7 может быть записана с точки зрения прекодера p_i следующим образом:

где положительно-определенная матрица D_i определена неявно. Это похоже на отношение Релея, максимизация величины которого дана обобщенным собственным вектором, соответствующим максимальному обобщенному собственному значению (GEV) матриц D_i и B_i. Однако, сама D _i является функцией p_i, и это не позволяет использовать подход GEV. Ниже предлагаются два подхода, которые упрощают и обеспечивают более легкое решение задачи. Оба подхода относятся к более низкой границе целевой функции (например, параметра общего отношения сигнал-шум). Отметим, что

является равенством, если p_i является нулевым решением, что позволяет использовать нижнюю границу SINR (например, один возможный параметр общего отношения сигнал-шум) как:

где положительно-определенная матрица _iow,i определена неявно. Отметим, что эта матрица не зависит от p_i; таким образом, для решения задачи может использоваться подход GEV. Основная проблема была изменена, поскольку , которая является нижней границей для , была увеличена до максимума вместо прямой максимизации . Эта нижняя граница зависит от b_i таким образом, она является изменяющимся и изменяется с каждой итерацией. Оптимальная p_i может быть найдена как обобщенный собственный вектор, соответствующий максимальному обобщенному собственному значению _max матриц D_low,i и B_i :

Найдя p_i,opt, станция BS _j может использовать эту обновленную величину, чтобы найти p_,opt, используя ту же самую процедуру, что и описанная выше, и это повторяется до сходимости. Детали этого способа приведены в следующем алгоритме.

Алгоритм 1 Максимизация нижней границы в системе уровня суммы

p₁ p_1,noncoop, p₂ p_2,noncoop

C_old C(p₁, p₂) [cf. (2) and (3)]

для iter=1: max_nb_iterations do

для i=1, 2 выполнить

j 3-i

вычислить a_i=f(P_j ), b_i=f(p_j), A-=f(a_i), B _i=f(b_i) и N_low,i;

обновить p_i [cf. (15)]

закончить для

вычисления C_new С(p₁, p₂)

если то

разбить или C_old C_new

закончить

Алгоритм запускается с начальных значений p_1,noncoop и р_2,noncoop, которые представляют величины прекодера в случае отсутствия взаимодействия; т.е. каждая станция BS пытается максимизировать свой собственный уровень суммы независимо от другой базовой станции. Согласно предложенному подходу в основном контуре новые величины p₁ и p₂ вычисляются при каждой итерации. Алгоритм работает до максимума итераций max_nb_iterations, если сходимость все еще не была достигнута, и переменная может быть установлена согласно требуемой точности сходимости.

Проблема с лежит в термине , который не позволяет получить известное аналитическое решение. В предыдущем подходе этот член был на нижней границе после перевода его к проблеме второго порядка, где могут быть получены выполнимые решения. Предположим, что обозначает полученное решение прекодера после итерации n, и предположим, что теперь разыскивается другой . Другой возможный способ вычислить состоял бы в аппроксимации либо с , либо с Например, рассматривается первый подход, и отмечается, что задано , подразумевая, что теперь является постоянным. Фактически, мы могли бы пренебречь термином SINR_i (см. уравнения 11 и 12) для решения следующей задачи:

Отметим, что (например, один возможный параметр общего отношения сигнал-шум) фактически является другой нижней границей для . Новая целевая функция может быть переписана как

где индекс итерации для простоты опущен. Поскольку является положительно-определенным, то p_i,opt задается обобщенным собственным вектором, соответствующим максимальному собственному значению матриц и B_i.

Сравнивая матрицу D _low,i от предыдущего подхода с , можно заметить, что единственная разница лежит в дополнительном члене , присутствующем в D_low,i. При высоком SNR (отношении сигнал-шум) и, следовательно, ; таким образом, два подхода приведут к одинаковым решениям.

Выполнение предложенного алгоритма может потребовать, знания усиления канала h_ki k=1, 2 на станции BS_i. Кроме того, должны быть доступны скаляры a_i и b_i. Эти скаляры зависят от p_j (см. уравнение 9); таким образом, они могут быть вычислены на BS_j и переданы назад на BS_j вместо прямой связи с p_j, что увеличивает расходы на передачу сигналов. Основное различие между предложенным подходом и современными подходами - помимо выбранной функции оптимизации - состоит в информации, которой базовые станции обмениваются между собой: известный подход к обмену информацией включает стоимость, тогда как предложенный подход предусматривает обмен мощностью помех a_{i i} (см. уравнение 9) на основе децентрализованной системы. По сравнению с известным подходом, здесь требуется обмен одним дополнительным скаляром b_i между станциями BS, приводя к дополнительным расходам на передачу сигналов между BS, но зато не требуется никакой обработки в приемнике (вычисление цены помехи). Кроме того, цена помех сначала должна быть возвращена от приемника на базовую станцию, приводя к дополнительным затратам между приемниками и BS, если используются известные подходы. Эти затраты снижают доступную пропускную способность по передаче.

На Фигуре 3 представлена схема передачи сигналов, требуемая для предложенного способа. Фаза инициализации начинается с посылки пилот-сигналов, отправляемых приемникам, которые оценивают свои каналы и отсылают их обратно (информация о состоянии первого канала, например, запись в книге шифров и качественная характеристика канала, причем Фигура 3 показывает параметры h₁₁, h₁₂, bi², полученные базовой станцией из информации о состоянии канала) на соответствующую BS вместе с их предполагаемыми мощностями помех (это предположение будет объяснено ниже). Затем BS обмениваются необходимой информацией (например, информацией об усилении канала h_ij и параметрами помехи ) перед запуском алгоритма. После достижения сходимости может начаться передача данных. Для системы с двумя ячейками общие затраты на передачу сигнала идентичны. Используя известный подход, скалярная цена возвращается назад соответствующей базовой станции, которая, в свою очередь, передает ее создающей помехи базовой станции, приводя к передаче 2 скалярных значений, как показано на фигуре 15 (в данном случае пока без учета передачи сигналов по каналу). Предложенный подход предусматривает прямой обмен этими двумя скалярными значениями a_i и b _i между BS (можно с полним основанием предположить, что плотность мощности помехи аналогична для различных приемников в системе; таким образом, никакие мощности помехи не должны передаваться от приемника станциях BS, когда происходит обмен данными между BS). Объем сигналов, выделенный для каналов, также идентичен, как показано на обеих фигурах. Отметим, что обратная связь по ценам помех осуществляется через эфирный канал, который менее надежен; таким образом любые небольшие погрешности в возвращенных величинах могут иметь значительный эффект на полученные известные решения. С другой стороны, обмен скалярами, используя предложенный способ, осуществляется через более надежные оптоволоконные соединения (где пропускная способность не является проблемой). Это обсуждение не учитывает квантование: в этом случае было бы трудно выяснить, какой способ имеет менее значительный объем сигналов, так как это зависит от размеров кодовой книги и прекодеров и цены помех. Наконец, как можно видеть из схем, итерации, при использовании предложенной схемы, возможно, не понадобится возврат любой информацию от приемников, и осуществляется только обмен информацией между BS, в отличие от известного способа, где обновленная информация о ценах n₁ и n₂ должна быть возвращена от приемников при каждой итерации. Это делает предложенный алгоритм подходящим для централизованных систем.

Как будет изложено ниже в результатах моделирования, предложенный алгоритма имеет очень высокую скорость сходимости. Это приводит к большому снижению необходимой вычислительной мощности и является экономически оправданным. Кроме того, предложенный алгоритм хорошо подходит для децентрализованных систем с быстро изменяющимися каналами, потому что требуется только ограниченная передача сигналов, имея в виду, что каждая итерация требует фазы передачи сигналов. "Состояние решений" требует большого объема итераций и, таким образом, большого объема сигналов.

На фигуре 4 показана блок-схема способа 400 для определения вектора прекодирования для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству согласно одному примеру воплощения изобретения. Этот пример подобен алгоритму 1 описанному выше, и указывает на взаимодействие двух базовых станций согласно описанному изобретению.

В этом примере первая базовая станция начинает вычисление вектора прекодирования b₁ (p₁) и вычисляет параметр мощности первого сигнала I₁ (b_i ) и параметр мощности первой помехи S₁ (a_i ) (что делается второй базовой станцией в примере, показанном на фигуре 1, и сопровождается соответствующим описанием), и передает результаты на вторую базовую станцию BS2 (которая является первой базовой станцией на фигуре 1). Затем вторая базовая станция BS2 (первая базовая станция на фигуре 1) максимизирует параметр общего отношения сигнал-помеха для нахождения оптимального вектора прекодирования b₂ (p₂), основанного на параметре мощности первого сигнала I₁ и параметре мощности первой помехи S₁. Кроме того, DS2 вычисляет параметр мощности второго сигнала I₂ (b_i) и параметр мощности второй помехи S₂ (a_i) и передает результаты на первую базовую станцию BS1 (вторая базовая станция в примере на фигуре 1).

Затем базовая станция BS1 (вторая базовая станция в примере на фигуре 1) максимизирует параметр общего отношения сигнал-помеха, на основе параметра мощности второго сигнала 12 и параметра мощности второй помехи S2, чтобы найти оптимальный вектор прекодирования b₁. Кроме того, эта базовая станция вычисляет параметр мощности третьего сигнала I₁ (b_i) и параметр мощности третьей помехи S₁ (a_i) и передает результаты на вторую базовую станцию BS2 (которая является первой базовой станцией в примере на фигуре 1).

Если новый вектор прекодирования отвечает предопределенному критерию прерывания , или достигнуто максимальное число итераций, алгоритм останавливается, и последние векторы прекодирования, вычисленные на первой базовой станции и на второй базовой станции, используются для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводным устройствам.

Прием информации о состоянии первого канала беспроводного устройства на базовой станции, так же как прием информации об усилении первого канала в этом схематическом алгоритме не показан, хотя эти стадии также выполняются.

При использовании этого итеративного подхода уровень суммы для передачи данных беспроводным устройствам может быть итеративно оптимизирован, не требуя дополнительной информации от беспроводных устройств (например, цены помех в известных концепциях) с тем, чтобы необходимая беспроводная передача сигналов могла быть сохранена на низком уровне. Однако беспроводные уровни (т.е. достижимые уровни различных пользователей) выше по сравнению с существующими схемами.

Алгоритм на фигуре 4 эквивалентен алгоритму, показанному на фигуре 3. Несколько отличаются только обозначения. Например, вектор прекодирования обозначен как b_i вместо p_i параметр мощности сигнала обозначен как S_i вместо a_i и параметр мощности помехи I_i вместо b_i.

Далее, на фигуре 5 показана схема двух ячеек системы радиосвязи с базовыми станциями, создающими помехи для «краевых» пользователей в другой ячейке и передача сигналов параметра мощности помехи I₁, I₂ во время передачи сигналов фазы при каждой итерации. Это осуществляется через беспроводное соединение между базовыми станциями с тем, чтобы уменьшить объем передачи радиосигналов.

Это иллюстрирует новую схему передачи сигналов, которая позволяет базовым станциям вычислить мощность собственных создаваемых помех I. Таким образом, базовые станции могут максимизировать С вместе с обменом данными о мощности помех:

С=log (1+SINR₁)+log(1+SINR ₂)=f(I₁, I₂).

В соответствии с алгоритмом, показанным на фигуре 4, и схемой сценария с 2 ячейками на фигуре 5, на фигуре 6 отображена схема передачи сигналов по каналам и обмен данными между двумя базовыми станциями и двумя беспроводными устройствами при использовании предложенного изобретения. После получения информации о состоянии канала от беспроводных устройств базовые станции могут вычислить информацию об усилении канала для различных каналов между базовыми станциями и беспроводными устройствами. Затем, во время передачи фазы сигнала при каждой итерации, может потребоваться только беспроводное соединение между базовыми станциями с тем, чтобы уменьшить необходимый объем передачи радиосигналов при каждой итерации.

Результаты моделирования усреднены по более чем 5000 независимым и равномерно распределенным (IID) реализациям каналов со средним величинам 0 и ковариационной матрицей I для прямых и косвенных соединений. Это повышает производительность на краю ячейки, где пользователь может принимать помехи столь же сильные, как и полезный сигнал. Мощность передатчика E_tx была установлена равной 1, i. На каждой базовой станции использовались две антенны (M=2). На фигуре 7 сравниваются предложенные подходы (с нижней границей), где подходы сравниваются как для способа , так и со способом, относящимся , соответственно. Способ, который максимизирует нижнюю границу, работает несколько лучше при низком SNR, и оба способа приводят к аналогичным решениям при увеличении SNR, как и ожидалось. Один из подходов с нижней границей используется в последующих моделях. Фигура 8 сравнивает предложенный подход с подходом распределенной оценки. Для низкого SNR подход распределенной оценки выполняется несколько лучше. Предложенный подход выигрывает у распределенного подхода, начиная с SNR=12 дБ. Предложенный подход обеспечивает существенную спектральную эффективность (и, соответственно, уровень) усиления с увеличивающимся отношением SNR.

На фигуре 9 показано число итераций, требуемых предложенным подходом распределения и оценки, чтобы достичь сходимости. Как можно видеть на этом графике, предложенная схема обеспечивает более или менее прямую сходимость после первой итерации, поскольку последующие итерации обеспечивают только незначительные улучшения. Подход распределенной оценки требует, чтобы сходилось большее число итераций. Это вытекает из факта, что предложенная схема в этом примере непосредственно максимизирует нижнюю границу на сумме пользовательских уровней на краю ячейки, тогда как распределенный подход максимизирует различные целевые функции отдельно, и это делает сходимость медленнее.

На фигуре 10 представлена блок-схема устройства 1000 для определения вектора прекодирования p_i,opt для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству в системе радиосвязи согласно одному примеру воплощения изобретения.

Устройство 1000 включает беспроводной приемник 1010, проводной приемник 1020 и процессор 1030. Беспроводной приемник 1010 и проводной приемник 1020 соединены с процессором 1030. Беспроводной приемник 1010 используется для получения информации о состоянии первого канала 1002 по линии связи между первым беспроводным устройством и первой базовой станцией в системе радиосвязи. Информация о состоянии первого канала 1002 получается первой базовой станцией от первого беспроводного устройства. Проводной приемник 1020 используется для получения информации об усилении первого канала h₂₁ по линии связи между вторым беспроводным устройством и первой базовой станцией. Информация об усилении первого канала h₂₁ получается от второй базовой станции. Кроме того, проводной приемник 1020 используется для получения параметра мощности первого сигнала b_i от второй базовой станции, указывающей на мощность сигнала, создаваемого второй базовой станцией, во втором беспроводном устройстве. Проводной приемник 1020 дополнительно используется для получения параметра мощности первой помехи от второй базовой станции, указывающего на мощность помехи, создаваемой второй базовой станцией в первом беспроводном устройстве. Процессор 1030 используется для получения вектора прекодирования p_i,opt для предварительного кодирования данных, которые будут переданы на первое беспроводное устройство, максимизируя параметр общего отношения сигнал-помеха

C , , . Параметр общего отношения сигнал-помеха зависит от отношения сигнал-помеха в первом беспроводном устройстве и отношения сигнал-помеха во втором беспроводном устройстве и основан на информации о состоянии первого канала 1002, информации об усилении первого канала h ₂₁, параметра мощности первого сигнала b_i и параметра мощности первой помехи.

Устройство 1000 или его компоненты могут включить одну или несколько дополнительных функций или модулей, реализующих один или несколько аспектов описанного выше изобретения.

Например, устройство 1000 может включать прекодер для предварительного кодирования данных, которые будут переданы беспроводному устройству. Кроме того, устройство 1000 может включать передатчик для передачи предварительно кодированных данных беспроводному устройству.

Беспроводной приемник 1010, проводной приемник 1020, процессор 1030 и/или другие дополнительные модули устройства 1000 могут быть независимыми аппаратными средствами или частью компьютера, микроконтроллера или цифрового сигнального процессора, так же как компьютерной программы или программного продукта, предназначенного работать на компьютере, микроконтроллере или в цифровом сигнальном процессоре.

Некоторые примеры воплощения изобретения относятся к базовой станции, включающей устройство для определения вектора прекодирования, как описано выше. Для этого могут использоваться уже имеющиеся беспроводной приемник, проводной приемник и процессор базовой станции. Кроме того, могут использоваться прекодер и/или передатчик базовой станции.

Реализация описанного изобретения во множестве базовых станций при совместной оптимизации используемых векторов прекодирования в различных базовых станциях позволит получить максимальный уровень суммы для множества базовых станций и соответствующих беспроводных устройств.

Некоторые воплощения изобретения относятся к совместной максимизации уровня на основе обмена мощностями помех базовой станции. Новый способ может быть основан на оптимизации суммы пользовательских уровней на краю ячейки для сценария с двумя ячейками, предполагая взаимодействие базовых станций. Базовые станции BS взаимодействуют, чтобы максимизировать общий уровень по сравнению с известными эгоистическими способами, в которых каждая BS эгоистически максимизирует свой собственный уровень передачи. Общая скорость передачи сначала формулируется с точки зрения формирователя луча базовых станций, и оптимальные формирователи луча итеративно находятся следующим образом. При каждой итерации один формирователь луча (например, формирователь луча BS1) оптимизируется, чтобы максимизировать нижнюю границу на общем уровне, на основе знаний другого формирователя луча, которым обмениваются (например, станции BS2). Фактически знания формирователя луча не требуется, если нужно обмениваться только уровнями мощности. Затем BS2 использует обновленную информацию об уровне мощности, переданную станцией BS1, для вычисления ее собственного формирователя луча. Это повторяется до сходимости. По сравнению с распределенным подходом, может быть необходим дополнительный скаляр, который станции BS передают друг другу. Однако, используя известный способ, цена помех должна быть сначала возвращена от приемников на соответствующие BS через эфирный канал. Эфирный канал менее надежен; таким образом, любые небольшие ошибки в возвращенных ценах помех могут иметь существенный эффект на принятие решения по известному способу. Это также снижает пропускную способность для передачи данных по эфирному каналу. Некоторые из описанных выше примеров основаны на сценарии множественный вход - единственный выход (MISO); однако из него вытекает расширение до сценариев MIMO. Кроме того, возможен сценарий мультиячейки, например, путем тщательного выбора подмножества двух ячеек в системе, или в контексте инфрасайта CoMP, где взаимодействие основано на сценарии из 3 ячеек.

Например, предложенный способ позволяет достичь более высоких уровней для пользователей на краю ячейки в среде с высоким отношением SNR. Быстрая сходимость предложенной схемы снижает объем вычислений, что желательно с экономической точки зрения. Предложенная схема требует меньшего объема передачи сигналов между BS и приемниками за счет некоторой дополнительной передача сигналов между BS. Это не требует обработки на стороне приемника, таким образом, могут использоваться простые приемники. Кроме того, предложенный алгоритм также является подходящим для децентрализованных систем с быстро изменяющимися каналами, поскольку требуется только ограниченная передача сигналов, имея в виду, что каждая новая итерация требует новой передачи сигналов.

Иными словами, предложен новый итеративный способ, чтобы достигнуть более высокого уровня в сотовых сетях, а именно, для пользователей на краю ячейки, которые подвержены действию высокого уровня помех. Предложенный подход пытается неявно уменьшить помехи, максимизируя общий объединенный уровень таких пользователей, таким образом, это подход, основанный на принципах сотрудничества и поддержки. Известные современные способы пытаются прямо подавить помехи или максимизировать уровень помех отдельно для каждого пользователя; такие подходы вызываются эгоистическими. Например, новый способ включает скоординированную многоточечную схему (CoMP), в которой базовые станции итеративно обмениваются информацией о мощности помех, в отличие от других способов, где обмениваются информацией о ценах, вычисленной на стороне приемника, (ограниченной информацией о количестве помех, созданных каждой базовой станцией). Никакой обработки информации не выполняется: т.е. базовые станции (BS) только взаимодействуют, чтобы найти их оптимальные формирователи луча, но они передают сигналы независимо, каждая на свою соответствующую ячейку.

Например, предложенный способ достигает более высоких уровней для пользователей на краю ячейки в среде с высокими отношениями сигнал-помеха (SNR). Предложенный способ требует меньшего объема сигналов между приемниками и BS за счет дополнительной передачи сигналов между BS. Передача сигналов между приемниками и BS осуществляется по эфирному каналу, и это снижает пропускную способность для передачи данных. Кроме того, эфирный канал может быть ненадежным. С другой стороны, передача сигналов между BS осуществляется через соединение обратной связи (оптоволокно), где пропускная способность не является проблемой, и передача сигналов намного более надежна. Кроме того, предложенная схема не требует обработки на стороне приемника (вычисление информации о ценах). Быстрая сходимость предложенной схемы снижает требования к общей вычислительной мощности. Меньшая вычислительная мощность снижает эксплуатационные расходам на базовой станции и является экономически выгодной. Более высокая производительность на краях ячейки приводит к увеличению доходов, и в случае, когда более высокая производительность не требуется, та же производительность может быть достигнута при более низкой мощности передачи, что снова снижает расход мощности на BS. Предложенный алгоритм применим как к централизованным, так и к децентрализованным системам. Кроме того, предложенный алгоритм является подходящим для децентрализованных систем с быстро изменяющимися каналами, потому что требуется только ограниченная передача сигналов, имея в виду, что каждая новая итерация требует новой передачи сигналов. "Состояние решений" требует большого количества итераций и, таким образом, большого объема передаваемых сигналов.

Описанное изобретение может использоваться в области радиосвязи, технологии передачи, передачи CoMP (координированная многоточечная передача) и/или в сотовой связи и может быть применима в системе сотовой связи с многопользовательским множественным входом - множественным выходом (MIMO).

Предложен новый способ максимизации уровня передачи пользователей на краю ячейки, основанный на взаимодействии базовых станций. Помехи между ячейками (ICI) является системным узким местом, которое отрицательно влияет на производительность системы - особенно для пользователей на краю ячейки - и это приводит к более низким достижимым скоростям передачи данных. В литературе описывается много способов, которые пытаются уменьшить помехи, используя разные подходы: некоторые основаны на попытке прямого подавления помех, тогда как другие способы максимизируют уровни отдельно для каждого пользователя, поэтому они называются эгоистическими подходами. Предложенная схема пытается неявно уменьшить помехи, максимизируя общий объединенный уровень граничных пользователей; таким образом это является совместным подходом к решению проблемы. Рассматривается сценарий с одиночными пользовательскими ячейками с множественный входом и единственным выходом (MISO), когда базовые станции (BS) поочередно обмениваются информацией о мощности помех, чтобы максимизировать нижнюю границу на общем уровне. Численные результаты показывают повышение производительности для среды и высокого отношения сигнал-помеха (SNR) по сравнению с существующими способами. Кроме того, предложенная схема имеет высокую скорость сходимости, что делает ее даже более привлекательной для изменяющихся во времени систем, где допускается только ограниченное число итераций.

Другими словами, предложенное изобретение обеспечивает, например, алгоритм с быстрыми преобразованиями, низкой требуемой вычислительной мощностью и низкой вычислительной сложностью, меньшим объемом обработки сигналов на стороне приемника, меньшим количеством сигналов, передаваемых по эфирному каналу, хорошей адаптивности к быстрым изменяющимся системам и/или также противодействие к увеличенной сложности с более низким ограничением C (уровнем суммы).

По сравнению с известными концепциями предложенная схема может потребовать большего объема сигналов, передаваемых между базовыми станциями (через соединение обратной связи), но значительно меньшего объема сигналов между базовыми станциями и приемниками (по эфирному каналу) и небольшой или нулевой обработки сигналов в приемниках. Кроме того, предложенное изобретение может обеспечить высокую скорость сходимости, требует низкого объема вычислений и обеспечивает хорошую адаптивность к быстрым изменяющимся сценариям по сравнению с известными концепциями.

Увеличенная производительность на краю ячейки благодаря предложенному изобретению может повысить доходы. Кроме того, более низкая сложность вычислений может привести к более низким эксплуатационным расходам на базовых станциях.

В известных концепциях общий уровень системы не может быть оптимизирован совместным проектом формирования луча взаимодействующих базовых станций. Иными словами, известные способ не оптимизируют общий уровень системы. В противоположность этому предложенный способ может итеративно оптимизировать общий уровень системы при измерении мощности (например, мощности сигнала и мощности помехи) от соседних ячеек (соседних базовых станций). Мощности могут быть измерены на базовой станции и переданы по обратной связи (на итерацию, без передачи сигналов по эфирному каналу). Эта концепция может обеспечить способ максимизирования общего уровня передачи сигналов системы наиболее эффективным способом.

Известные подходы являются эгоистическими (включают штрафы за помехи). В сравнении с ними предложенный способ может решить проблему в новом альтруистическом (совместном) подходе. Каждая базовая станция пытается максимизировать общий уровень (сумму или уровни обоих пользователей) сразу.

Еще одной целью является нахождение оптимального формирователя луча (векторов прекодирования), которые максимизируют общий уровень (см., например, фигуру 2).

При данных мощностях S₂ и I₂ , базовая станция 1 BS1 может найти оптимальный формирователь луча bi, который, например, максимизирует C. То же самое делается для базовой станции BS2. Поскольку оптимальные формирователи луча (и, соответственно, величины S и I) неизвестны, алгоритм может быть запущен с начальных формирователей луча и выполняет итерации до сходимости. Увеличенная сложность может быть компенсирована снижением ограничения C (уровня суммы).

Некоторые примеры воплощения изобретения относятся к способу, предназначенному максимизировать уровни пользователей на краю ячейки в беспроводных сотовых сетях, решая общую задачу максимизации уровня с учетом взаимодействия с базовой станцией.

Способ может дополнительно включать итеративную процедуру, основанную на обмене мощностями (помех) между базовыми станциями для вычисления оптимальных векторов формирования луча.

Согласно другой цели изобретения, итеративная процедура выполняется распределенным способом по базовым станциям, требуя передачи сигналов по цепи обратной связи, соединяющей базовые станции.

Согласно еще одной цели изобретения, нижняя граница общего уровня пользователей на краю ячейки вместо точного уровня увеличивается до максимума при каждой итерации.

Хотя некоторые примеры изобретению были описаны в контексте устройства, специалистам понятно, что эти примеры также включают описание соответствующего способа, где блок или устройство соответствуют стадии способа или признаку стадии способа. Аналогичным образом, примеры, описанные в контексте стадии способа, также представляют описание соответствующего блока или элемента или функции соответствующего устройства.

В зависимости от определенных требований к реализации изобретения оно может быть реализовано в аппаратных средствах или в программном обеспечении. Реализация может быть выполнена, используя цифровой носитель, например гибкий диск, DVD, диск с высокой плотностью записи, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM или флэш-память, сохранив на их электронно-считываемые управляющие сигналы, которые взаимодействуют (или способны к взаимодействию) с программируемой компьютерной системой для выполнения соответствующего способа. Следовательно, цифровой носитель может быть машиночитаемым носителем.

Некоторые воплощения согласно изобретению включают информационные среды, имеющие электронно-считываемые управляющие сигналы, которые могут взаимодействовать с программируемой компьютерной системой для выполнения описанного здесь способа.

Как правило, воплощения настоящего изобретения могут быть реализованы как продукт компьютерной программы с кодом программы, который используется для выполнения одного из способов, когда программный продукт установлен на компьютере. Код программы может, например, быть сохранен на машиночитаемом носителе.

Другие примеры воплощения включают компьютерную программу для выполнения одного из описанных здесь способов, где указанная программа хранится на машиночитаемом носителе.

Иными словами, воплощением изобретательского способа является компьютерная программа, имеющая код программы для выполнения одного из описанных здесь способов, когда компьютерная программа исполняется на компьютере.

Следовательно, дальнейшим воплощением изобретательских способов является носитель информации (или цифровой носитель, или считываемый компьютером носитель), содержащий записанную на нем компьютерную программу для выполнения одного из описанных здесь способов.

Следовательно, дальнейшим воплощением изобретательского способа является поток данных или последовательность сигналов, представляющих компьютерную программу для выполнения одного из описанных здесь способов. Поток данных или последовательность сигналов, например, могут быть сконфигурированы для передачи через сеть передачи данных, например, через Интернет.

Дальнейшее воплощение изобретения включает средство обработки, например компьютер или программируемое логическое устройство, сконфигурированное или адаптированное для выполнения одного из описанных здесь способов.

Дальнейшее воплощение изобретения включает компьютер, с установленной на нем компьютерной программой, предназначенной для выполнения одного из описанных здесь способов.

В некоторых воплощениях изобретения программируемое логическое устройство (например, программируемая на месте матрица логических элементов) может использоваться для выполнения некоторых или всех функций описанного здесь способа. В некоторых воплощениях изобретения программируемая на месте матрица логических элементов может взаимодействовать с микропроцессором, чтобы выполнить один из описанных здесь способ. Как правило, способ предпочтительно выполняется любым аппаратным устройством.

Вышеупомянутые описанные воплощения изобретения просто иллюстрируют принципы настоящего изобретения. Квалифицированным специалистам ясно, что могут иметь место модификации и изменения в расположении узлов и деталей. Это изобретение, следовательно, ограничивается только объемом изобретения, охваченных формулой изобретения, а не описанием определенных деталей и объяснением его воплощения.