(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP

Transkrypt

1 PL/EP T3 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2010/28 EP B1 (13) (51) T3 Int.Cl. H04L 1/06 ( ) H04L 27/34 ( ) H04L 5/04 ( ) H04L 1/00 ( ) (54) Tytuł wynalazku: Kodowanie hierarchiczne z wieloma antenami w systemie komunikacji bezprzewodowej (30) Pierwszeństwo: US P US (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2006/28 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2010/12 (73) Uprawniony z patentu: QUALCOMM INCORPORATED, San Diego, US (72) Twórca(y) wynalazku: Ashok MANTRAVADI, San Diego, US Avneesh AGRAWAL, San Diego, US (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Józef Własienko POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 53/59P26587PL00 3 Opis PRZYWOŁANIE POWIĄZANEGO ZGŁOSZENIA [0001] Niniejsze zgłoszenie zastrzega pierwszeństwo z Tymczasowego Zgłoszenia Patentowego USA o numerze seryjnym 60/506,466, złożonego 25 września 2003 r. I. Dziedzina [0002] Niniejszy wynalazek zasadniczo dotyczy komunikacji, a w szczególności technik wykonywania kodowania hierarchicznego w systemie komunikacji bezprzewodowej. II. Tło [0003] Systemy komunikacji bezprzewodowej są szeroko wykorzystywane do realizacji różnych usług komunikacyjnych, takich jak przesyłanie głosu, pakietów danych, nadawanie i temu podobne. Systemy te mogą mieć zdolność realizacji jednoczesnej komunikacji wielu użytkowników przez współdzielenie dostępnych zasobów systemu. Do niektórych przykładów tego rodzaju systemów należą systemy wielodostępu z podziałem kodowym (CDMA), systemy wielodostępu z podziałem czasu (TDMA), a także systemy wielodostępu z podziałem częstotliwości (FDMA). [0004] System komunikacji bezprzewodowej może realizować usługę nadawania, która obejmuje zwykle transmisję nadawanych danych do użytkowników w wyznaczonym obszarze nadawania, nie zaś do określonych użytkowników. Ze względu na to, że transmisja nadawania ma być odbierana przez wielu użytkowników w obrębie obszaru nadawania, szybkość transmisji danych nadawania jest zwykle określona przez użytkownika o najgorszych warunkach kanału. Zazwyczaj użytkownik z tego

3 53/59P26587PL00 4 najgorszego przypadku jest zlokalizowany daleko od transmitującej stacji bazowej i odznacza się słabym stosunkiem sygnału do szumu (SNR). [0005] Użytkownicy w obszarze nadawania doświadczają zwykle różnych warunków kanału, uzyskują różne wartości stosunku sygnał/szum (SNR) i mogą odbierać dane z różnymi szybkościami transmisji danych. W celu poprawienia usługi nadawania wykorzystać więc można transmisję hierarchiczną. W przypadku transmisji hierarchicznej nadawane dane dzielone są na strumień bazowy oraz strumień wzmocniony. Strumień bazowy transmitowany jest w taki sposób, że wszyscy użytkownicy w obszarze nadawania mogą odtworzyć ten strumień. Strumień wzmocniony jest nadawany tak, że odtwarzać ten strumień mogą użytkownicy o lepszych warunkach kanału. Transmisja hierarchiczna określana jest także jako kodowanie hierarchiczne, przy czym określenie kodowanie w tym kontekście odnosi się do kodowania kanału, a nie kodowania danych w nadajniku. [0006] Jeden tradycyjny sposób realizacji kodowania hierarchicznego polega na wykorzystaniu niejednorodnej modulacji. W tym sposobie dane dla strumienia bazowego modulowane są według pierwszego schematu modulacji, zaś dane dla strumienia wzmocnionego modulowane są z wykorzystaniem drugiego schematu modulacji, który jest nałożony na pierwszy schemat modulacji. Pierwszy schemat modulacji jest zwykle schematem modulacji niskiego rzędu, jak na przykład QPSK, zaś drugi schemat modulacji także może być schematem QPSK. W tym przypadku otrzymane modulowane dane dla obu strumieni mogą przypominać dane modulowane według 16-QAM. Wszyscy użytkownicy w obszarze nadawania mają zdolność odtwarzania strumienia bazowego z wykorzystaniem demodulacji QPSK. Użytkownicy o lepszych warunkach kanału także mają zdolność odtwarzania strumienia wzmocnionego przez usunięcie modulacji wynikającej ze strumienia bazowego. Kodowanie hierarchiczne wykorzystujące

4 53/59P26587PL00 5 niejednorodną modulację realizowane jest przez niektóre tradycyjne systemy, takie jak na przykład system Naziemnej Telewizji Cyfrowej (DVB-T). [0007] Kodowanie hierarchiczne jest tradycyjnie wykorzystywane w systemie typu jedno wejście - jedno wyjście (single-input single-output, SISO). System SISO wykorzystuje pojedynczą antenę w nadajniku oraz pojedynczą antenę w odbiorniku. W systemie SISO kodowanie hierarchiczne może być realizowane przykładowo z wykorzystaniem niejednorodnej modulacji, zgodnie z tym, co opisano powyżej. W dokumencie Multiresolution Broadcast for Digital HDTV Using Joint Source/Channel Coding (Ramchandran et al.) przedstawiono system, w którym wykorzystuje się wspólne kodowanie kanału źródłowego z różną rozdzielczością, w kontekście cyfrowego naziemnego nadawania telewizji o dużej rozdzielczości. Źródło jest dzielone na informację bazową i informację wzmocnioną. Odbiornik usytuowany bliżej nadajnika może dekodować sygnał o pełnej jakości, zaś odbiornik odległy ma dostęp do sygnału o niższej rozdzielczości tak, że uzyskuje się stopniowe łagodne pogorszenie rozdzielczości sygnału wraz ze wzrostem odległości. [0008] System komunikacji bezprzewodowej może wykorzystywać wiele anten po stronie nadajnika albo odbiornika lub zarówno po stronie nadajnika jak i odbiornika. W dokumencie Space- Time Block Coding for Wireless Communications (LARSSON and STOICA, Maj 2003 ( ), Cambridge University Press, Cambridge, UK, XP ISBN: ) opisano wprowadzenie do idei wykorzystania wielu anten oraz koncepcji transmisji z tym związanych, takich jak różnorodność anten i kodowanie przestrzenno-czasowe. Wiele anten może być wykorzystywanych do uzyskania zróżnicowania w odniesieniu do wpływu szkodliwych ścieżek i/lub poprawienia wydajności transmisji, przy czym obydwa te skutki są pożądane. Istnieje zapotrzebowanie w stanie techniki na techniki służące do

5 53/59P26587PL00 6 realizacji kodowania hierarchicznego z wykorzystaniem wielu anten w systemie komunikacji bezprzewodowej. ISTOTA WYNALAZKU [0009] W niniejszym dokumencie podano techniki służące do realizacji kodowania hierarchicznego w wieloantenowym systemie komunikacji. System ten jest systemem typu wiele wejść wiele wyjść (MIMO) z wieloma antenami zarówno po stronie nadajnika jak i odbiornika. Techniki te mogą być wykorzystywane do transmitowania wielu strumieni danych (na przykład strumienia bazowego i strumienia wzmocnionego) do różnych odbierających jednostek zdolnych do osiągania różnych wartości współczynnika sygnał/szum SNR. [0010] W nadajniku w systemie MIMO, strumień bazowy i strumień wzmocniony są kodowane i modulowane indywidualnie w celu uzyskania, odpowiednio, pierwszego strumienia symboli danych i drugiego strumienia symboli danych. Pierwszy strumień symboli danych przetwarzany jest według pierwszego schematu przetwarzania przestrzennego (na przykład schematu dywersyfikacji transmisji lub schematu multipleksowania przestrzennego) w celu otrzymania pierwszego zbioru podstrumieni symboli. Drugi strumień symboli danych przetwarzany jest zgodnie z drugim schematem przetwarzania przestrzennego (na przykład schematem dywersyfikacji transmisji lub schematem multipleksowania przestrzennego) w celu otrzymania drugiego zbioru podstrumieni symboli. Poniżej opisane zostaną różne schematy dywersyfikacji transmisji i multipleksowania przestrzennego. Pierwszy zbiór podstrumieni symboli łączony jest z drugim zbiorem podstrumieni symboli w celu uzyskania wielu strumieni symboli transmisyjnych przeznaczonych dla transmisji z wielu anten nadawczych. Kombinację tę można uzyskać w wyniku multipleksowania z podziałem czasu (TDM) pierwszego zbioru podstrumieni symboli z

6 53/59P26587PL00 7 drugim zbiorem podstrumieni symboli w celu uzyskania wielu strumieni symboli transmisyjnych. Alternatywnie, kombinację tę można uzyskać przez superpozycję w wyniku (1) przeskalowania pierwszego zbioru podstrumieni symboli przez pierwszy współczynnik skalowania, (2) przeskalowania drugiego zbioru podstrumieni symboli przez drugi współczynnik skalowania, i (3) zsumowania pierwszego zbioru przeskalowanych podstrumieni symboli z drugim zbiorem przeskalowanych podstrumieni symboli w celu otrzymania wielu strumieni symboli transmisyjnych. Współczynniki skalowania, pierwszy i drugi, określają ilość mocy transmisji jaka ma być zastosowana, odpowiednio, dla strumienia bazowego i strumienia wzmocnionego. [0011] Do odtworzenia strumienia bazowego i strumienia wzmocnionego zastosować można różne architektury odbiornika, zależnie od tego, czy strumienie te są transmitowane z wykorzystaniem multipleksowania TDM czy superpozycji. Jeśli zastosowano kodowanie TDM, odbiornik w systemie MIMO początkowo dokonuje demultipleksowania z podziałem czasu odbieranych strumień symboli, które są odbierane za pośrednictwem wielu anten odbiorczych w celu uzyskania pierwszego zbioru odebranych podstrumieni symboli dla strumienia bazowego oraz drugiego zbioru odebranych podstrumieni symboli dla strumienia wzmocnionego. Pierwszy zbiór odebranych podstrumieni symboli przetwarzany jest zgodnie z pierwszym schematem przetwarzania przestrzennego w celu otrzymania pierwszego odtworzonego strumienia symboli danych, który jest dalej demodulowany i dekodowany w celu uzyskania odkodowanego strumienia bazowego. Drugi zbiór odebranych podstrumieni symboli jest przetwarzany według drugiego schematu przetwarzania przestrzennego w celu otrzymania drugiego odtworzonego strumienia symboli danych, który jest dalej demodulowany i dekodowany w celu uzyskania odkodowanego strumienia wzmocnionego.

7 53/59P26587PL00 8 [0012] Jeśli zastosowano superpozycję, odbiornik systemu MIMO początkowo przetwarza wiele odebranych strumieni symboli według pierwszego schematu przetwarzania przestrzennego w celu otrzymania pierwszego odtworzonego strumienia symboli danych, który jest demodulowany i dekodowany w celu otrzymania odkodowanego strumienia bazowego. Zakłócenia wynikające z obecności odkodowanego strumienia bazowego są szacowane i eliminowane z odebranych strumieni symboli w celu uzyskania zmodyfikowanych strumieni symboli. Zmodyfikowane strumienie symboli są następnie przetwarzane według drugiego schematu przetwarzania przestrzennego w celu otrzymania drugiego odtworzonego strumienia symboli danych, który jest demodulowany i dekodowany w celu otrzymania odkodowanego strumienia wzmocnionego. Strumień wzmocniony może być także odtwarzany w wielu etapach, przy czym każdy etap odtwarza odkodowany wzmocniony podstrumień dla jednej anteny nadawczej. [0013] Poniżej opisano bardziej szczegółowo różne aspekty i przykłady wykonania wynalazku. KRÓTKI OPIS RYSUNKÓW [0014] Cechy, charakter i zalety niniejszego wynalazku staną się lepiej zrozumiałe na podstawie szczegółowego opisu przedstawionego poniżej wraz z rysunkami, na których tymi samymi oznaczeniami odsyłającymi oznaczono odpowiadające sobie elementy, przy czym: [0015] Na fig. 1 przedstawiono system SISO; [0016] Na fig. od 2A do 2C przedstawiono, odpowiednio, system SISO, system MISO oraz system MIMO; [0017] Na fig. 3 przedstawiono nadajnik i odbiornik w systemie MIMO; [0018] Na fig. 4A przedstawiono transmisyjny (TX) procesor danych oraz procesor przestrzenny TX wewnątrz nadajnika;

8 53/59P26587PL00 9 [0019] Na fig. 4B przedstawiono schemat blokowy równoległego kaskadowego splotowego kodera; [0020] Na fig. 5A i 5B przedstawiono procesor dywersyfikacji transmisji oraz procesor multipleksowania przestrzennego dla procesora przestrzennego TX; [0021] Na fig. 6A zilustrowano schemat blokowy procesora przestrzennego TX, w którym strumień bazowy i strumień wzmocniony są multipleksowane w czasie i transmitowane z wykorzystaniem dywersyfikacji transmisji; [0022] Na fig. 6B przedstawiono schemat blokowy procesora przestrzennego TX, w którym strumień bazowy i strumień wzmocniony są multipleksowane w czasie, strumień bazowy jest transmitowany z wykorzystaniem dywersyfikacji transmisji, zaś strumień wzmocniony wykorzystuje multipleksowanie przestrzenne. [0023] Na fig. 6C przedstawiono schemat blokowy procesora przestrzennego TX, w którym strumień bazowy i strumień wzmocniony są łączone, zaś połączony strumień jest transmitowany z wykorzystaniem dywersyfikacji transmisji. [0024] Na fig. 6D zilustrowano schemat blokowy procesora przestrzennego TX, w którym strumień bazowy i strumień wzmocniony są łączone, zaś strumień bazowy jest wysyłany z wykorzystaniem dywersyfikacji transmisji, a strumień wzmocniony wykorzystuje multipleksowanie przestrzenne. [0025] Na fig. 6E zilustrowano schemat blokowy procesora przestrzennego TX, w którym strumień bazowy i strumień wzmocniony są łączone, zaś połączony strumień jest transmitowany z wykorzystaniem multipleksowania przestrzennego. [0026] Na fig. 6F zilustrowano schemat blokowy procesora przestrzennego TX, w którym strumień bazowy i strumień wzmocniony są transmitowane z wykorzystaniem dywersyfikacji transmisji bez multipleksowania TDM ani bez łączenia.

9 53/59P26587PL00 10 [0027] Na fig. 6G zilustrowano schemat blokowy procesora przestrzennego TX, w którym strumień bazowy jest transmitowany z jednej anteny nadawczej, zaś strumień wzmocniony jest transmitowany z drugiej anteny nadawczej. [0028] Na fig. 7A i 7B przedstawiono wykresy czasowe dla schematów, odpowiednio, TDM i superpozycji; [0029] Na fig. 8A i 8B przedstawiono dwie konstrukcje odbiorników przeznaczonych dla schematu TDM; [0030] Na fig. 8C przedstawiono schemat blokowy dekodera Turbo; [0031] Na fig. 9A i 9B przedstawiono dwie konstrukcje odbiorników dla schematu superpozycji; [0032] Na fig. 10 przedstawiono proces wykonywany przez transmiter dla kodowania hierarchicznego; [0033] Na fig. 11A i 11B przedstawiono procesy wykonywane przez odbiornik dla kodowania hierarchicznego z wykorzystaniem, odpowiednio, schematu TDM i schematu superpozycji; [0034] Na fig. 12 przedstawiono wykres obszarów szybkości transmisji dla kodowania hierarchicznego w systemie SISO; a [0035] Na fig. 13 przedstawiono wykres obszarów szybkości transmisji dla kodowania hierarchicznego w systemach SIMO i MIMO. OPIS SZCZEGÓŁOWY [0036] Określenie przykładowy stosowane w niniejszym dokumencie oznacza służący jako wzór, przykład lub ilustracja. Jakikolwiek przykład wykonania lub konstrukcja określona tutaj jako przykładowa niekoniecznie musi być uznawana za preferowaną lub korzystną w stosunku do innych przykładów wykonania czy konstrukcji. [0037] Opisane w niniejszym dokumencie techniki służące do wykonywania kodowania hierarchicznego mogą być stosowane w

10 53/59P26587PL00 11 różnego rodzaju systemach komunikacji bezprzewodowej, wliczając w to systemy komunikacyjne z pojedynczą nośną jak i z wieloma nośnymi. Do przykładów systemów z wieloma nośnymi należą system komunikacyjny z wielodostępem z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDMA), system z multipleksowaniem z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM) i inne. Dla przejrzystości, techniki te opisano poniżej w szczególności dla systemu z pojedynczą nośną. 1. Stan techniki: Kodowanie hierarchiczne w systemie SISO [0038] Na fig. 1 przedstawiono system SISO 100 z nadajnikiem 110 i dwoma odbiornikami 120a i 120b dla dwóch użytkowników A i B. Zasadniczo, system SISO może zawierać dowolną liczbę nadajników oraz dowolną liczbę odbiorników przeznaczonych dla dowolnej liczby użytkowników. Dla uproszczenia opisu na fig. 1 przedstawiono tylko jeden nadajnik i dwa odbiorniki dla dwóch użytkowników i są one rozważane w dalszym opisie. Dla systemu SISO 100 nadajnik 110 jest wyposażony w pojedynczą antenę oraz każdy z odbiorników 120a i 120b także wyposażony jest w pojedynczą antenę. Kanał komunikacyjny między nadajnikiem 110 a odbiornikiem 120a ma zespolone wzmocnienie kanału h a oraz wariancję szumu σ a. Kanał komunikacyjny między nadajnikiem 110 a odbiornikiem 120b ma zespolone wzmocnienie kanału h b oraz wariancję szumu σ b, przy czym σ b > σ a. Użytkownik A uzyskuje więc większą wartość współczynnika SNR niż użytkownik B. [0039] Realizowana może być usługa nadawania dwuwarstwowego, dzięki czemu nadawane dane są dzielone na strumień bazowy i strumień wzmocniony. Strumień bazowy jest wysyłany z szybkością, która może być odbierana przez obydwu użytkowników A i B. Strumień wzmocniony jest wysyłany z szybkością, która może być odbierana przez użytkownika A o lepszej wartości współczynnika SNR. Użytkownicy A i B są reprezentantami dwóch różnych grup użytkowników zdolnych do uzyskiwania dwóch

11 53/59P26587PL00 12 różnych zakresów SNR. Te dwa strumienie mogą być wysyłane z wykorzystaniem schematu multipleksowania z podziałem czasu (TDM) lub schematu superpozycji. [0040] Dla schematu multipleksowania z podziałem czasu strumień bazowy wysyłany jest przez ułamek czasu, zaś strumień wzmocniony jest wysyłany przez pozostały okres czasu. Model sygnału dla użytkowników A i B w systemie SISO 100 ze schematem TDM można wyrazić następująco: y a = s + n a, oraz Równanie (1) y b = s + n b, gdzie s jest symbolem danych wysyłanym przez nadajnik, który może być przeznaczony dla strumienia bazowego lub strumienia wzmocnionego; y a i y b są symbolami odbieranymi przez użytkowników, odpowiednio, A i B; zaś n a i n b są niezależnymi gaussowskimi zmiennymi losowymi z wariancjami, odpowiednio, σ 2 a i σ 2 b dla szumu obserwowanego przez użytkowników, odpowiednio, A i B. Układ równań (1) przyjmuje kanał addytywnego białego szumu gaussowskiego (AWGN) dla każdego z użytkowników A i B. Główną cechą kanału AWGN jest to, że ma on stałe wzmocnienie kanału, przy czym zakłada się, że jest ono równe jedności (to jest h a = h b = 1) w układzie równań (1). [0041] Maksymalne szybkości transmisji dla użytkowników A i B można wyrazić jako:, oraz Równanie (2), gdzie P jest mocą transmisji zastosowaną dla symboli danych, zaś

12 53/59P26587PL00 13 C a i C b są maksymalnymi szybkościami transmisji dla użytkowników, odpowiednio, A i B. [0042] Układ równań (2) oparty jest na funkcji pojemności Shannona, która wyznacza teoretyczną maksymalną szybkość transmisji danych, jaka może być niezawodnie transmitowana w kanale komunikacyjnym o danej odpowiedzi kanału i danej wariancji szumu. Pojemność Shannona zakłada model kanału AWGN oraz nieograniczony alfabet, dzięki czemu symbole danych nie są ograniczone do określonych punktów w konstelacji sygnału. Pojemność Shannona jest także określana jako pojemność nieograniczona. Pojemność określana jest także jako wydajność widmowa i obydwie te wartości podawane są w jednostkach bitów na sekundę na Hertz (bps/hz). [0043] Zgodnie z układem równań (2) kanał komunikacyjny może obsługiwać szybkość C b transmisji dla użytkownika B, która może być także odbierana przez użytkownika A. Kanał komunikacyjny może także obsługiwać szybkość C a transmisji dla użytkownika A, która jest większa niż szybkość C b transmisji dla użytkownika B, gdyż σ b > σ a. Szybkość transmisji jest zwykle podawana w bitach na sekundę (bps). Dla uproszczenia w następującym dalej opisie szybkość transmisji podawana jest w znormalizowanych jednostkach bps/hz. [0044] Dla schematu TDM strumień bazowy jest wysyłany przez ułamek czasu i musi być odebrany przez obydwu użytkowników A i B, przy czym użytkownik B ma gorszy stosunek SNR, gdyż σ b > σ a. Strumień wzmocniony wysyłany jest przez pozostały okres czasu i musi być odebrany tylko przez użytkownika A, to jest bez uwzględnienia użytkownika B. Całkowite szybkości transmisji, jakie mogą uzyskać użytkownicy A i B dla schematu TDM można wyrazić jako: R b = α C b, oraz Równanie (3) R a = α C b + (1-α) C a = R b + R e,

13 53/59P26587PL00 14 gdzie a jest ułamkiem czasu, w którym transmitowany jest strumień bazowy, przy czym 1 α 0; (1-α) jest ułamkiem czasu, w którym transmitowany jest strumień wzmocniony; R b i R e są szybkościami transmisji, odpowiednio, dla strumienia bazowego i strumienia wzmocnionego; zaś R a i R b są całkowitymi szybkościami transmisji dla użytkowników, odpowiednio A i B. Układ równań (3) wskazuje, że szybkość R b transmisji dla użytkownika B jest równa szybkości transmisji strumienia bazowego. Szybkość R a transmisji dla użytkownika A jest równa szybkości R b transmisji dla strumienia bazowego plus szybkość R e transmisji dla strumienia wzmocnionego. [0045] Dla schematu superpozycji strumień bazowy i strumień wzmocniony są łączone i wysyłane w tym samym czasie. Moc P transmisji jest dzielona między obydwa strumienie. Model sygnałowy dla użytkowników A i B dla schematu superpozycji w systemu SISO 100 może być wyrażona jako: (4) oraz Równanie, gdzie s b i s e są symbolami danych dla odpowiednio strumienia bazowego i strumienia wzmocnionego; α jest ułamkiem mocy transmisji zastosowanym dla strumienia bazowego; zaś (1-α) jest ułamkiem mocy transmisji użytej dla strumienia wzmocnionego.

14 53/59P26587PL00 15 [0046] W odbiorniku strumień bazowy jest odtwarzany najpierw z odebranego sygnału przez potraktowanie strumienia wzmocnionego jako szumu addytywnego. Po odtworzeniu strumienia bazowego, szacuje się zakłócenia wynikające ze strumienia bazowego i usuwa go z odbieranego sygnału. Następnie, po usunięciu strumienia bazowego, odtwarzany jest strumień wzmocniony. Całkowite szybkości transmisji, jakie mogą uzyskać użytkownicy A i B dla schematu superpozycji można wyrazić jako: oraz Równanie (5a). Równanie (5b) Układ równań (5) jest także oparty na funkcji pojemności Shannona i przyjmuje się model kanału AWGN oraz nieograniczony alfabet. [0047] W równaniu (5a) szybkość R b transmisji dla strumienia bazowego określana jest na podstawie mocy transmisji α P dla strumienia bazowego oraz całkowitego szumu (1-α) P + σ 2 b, gdzie wyrażenie (1-α) P określa zakłócenia wynikające ze strumienia wzmocnionego. W równaniu (5b) szybkość R e transmisji dla strumienia wzmocnionego określana jest na podstawie mocy transmisji (1-α) P dla strumienia wzmocnionego i całkowitego szumu wynoszącego σ 2 a, gdzie zakłócenia wynikające ze strumienia bazowego uznawane są za całkowicie wyeliminowane. Szybkość R b transmisji dla użytkownika B równa jest szybkości transmisji strumienia bazowego, zaś szybkość R a transmisji dla użytkownika A równa jest szybkości R b transmisji dla strumienia bazowego plus szybkość R e transmisji dla strumienia wzmocnionego.

15 53/59P26587PL00 16 [0048] Na fig. 12 przedstawiono wykres obszarów szybkości transmisji dla schematów TDM i superpozycji dla systemu SISO z kanałem AWGN. Oś pionowa określa szybkość R b transmisji dla użytkownika B, która jest szybkością transmisji dla strumienia bazowego. Oś pozioma określa szybkości R a transmisji dla użytkownika A, która jest połączoną szybkością dla strumienia bazowego i strumienia wzmocnionego. Na fig. 12 obie szybkości R a i R b transmisji są podane w jednostkach bps/hz. Wydajność podana na fig. 12 dotyczy kanału z zanikiem Raleigh a. Pomimo, że opisane tutaj techniki kodowania hierarchicznego mogą być stosowane dla różnych rodzajów kanałów, wydajność może być uzależniona od statystyk danego typu kanału. [0049] Na wykresie 1210 przedstawiono możliwe do uzyskania szybkości R a i R b transmisji dla schematu TDM dla różnych wartości α. Te szybkości transmisji są obliczone z wykorzystaniem układów równań (2) i (3) z wyrażeń P/σ 2 a = 20 db oraz P/σ 2 b = 5 db. Dla α = 1 transmitowany jest tylko strumień bazowy, zaś R a = R b = 2,06 bps/hz, a R e = 0. Dla a = 0 transmitowany jest tylko strumień wzmocniony, zaś R a = R e = 6,66 bps/hz i R b = 0. Szybkości R a i R b transmisji dla innych wartości parametru a dla schematu TDM podane są na wykresie [0050] Na wykresie 1220 przedstawiono możliwe do uzyskania szybkości R a i R b transmisji dla schematu superpozycji dla różnych wartości α. Te szybkości transmisji są obliczone z wykorzystaniem układów równań (5) i dla P/σ 2 2 a = 20 db oraz P/σ b = 5 db. [0051] Obszarem szybkości transmisji dla schematu TDM jest obszar pod wykresem Obszarem szybkości dla schematu superpozycji jest obszar pod wykresem Bardziej pożądany jest większy obszar szybkości transmisji. Na fig. 12 pokazano, że schemat superpozycji ma większy obszar szybkości transmisji, a więc i lepszą wydajność niż schemat TDM.

16 53/59P26587PL00 17 [0052] Powyższy opis dla schematów TDM i superpozycji zakłada kanał AWGN. Dla kanału o płaskim zaniku zespolone wzmocnienie kanału od nadajnika do każdego użytkownika może być reprezentowane przez zmienną h kanału, zgodnie z tym, co pokazano na fig. 1. Przyjmuje się, że ta zmienna kanału jest zespoloną gaussowską zmienną losową o zerowej wartości średniej, wariancji wynoszącej jeden i o identycznym rozkładzie dla obydwu użytkowników. [0053] Całkowite szybkości transmisji, jakie mogą być uzyskane dla użytkowników A i B z kanałem o płaskim zaniku dla schematu superpozycji w systemie SISO 100 mogą być wyrażone jako:, oraz Równanie (6), gdzie E{v} oznacza oczekiwaną wartość v. Układ równań (6) opiera się na ergodycznej funkcji pojemności, która daje oczekiwaną maksymalną szybkość transmisji danych dla danej zmiennej h kanału. Szybkości transmisji, jakie mogą być uzyskiwane dla użytkowników A i B dla schematu TDM z kanałem o płaskim zaniku także mogą być uzyskane w podobny sposób. 2. Stan techniki: Kodowanie hierarchiczne w systemie SIMO [0054] Na fig. 2A przedstawiono system SIMO 200a z nadajnikiem 210a oraz dwoma odbiornikami 220a i 200b przeznaczonymi dla dwóch użytkowników A i B. Dla systemu SIMO (1, N R ) nadajnik wyposażony jest w pojedynczą antenę, zaś odbiornik wyposażony jest w N R anten, gdzie N R > 1. Dla uproszczenia, na fig. 2A przedstawiono system SIMO (1, 2), w którym każdy z odbiorników 220a i 220b posiada dwie anteny. Kanał komunikacyjny między nadajnikiem 210a a odbiornikiem

17 53/59P26587PL a ma wektor h a odpowiedzi kanału z wariancją σ a szumu. Kanał komunikacyjny między nadajnikiem 210a a odbiornikiem 220b ma wektor h b odpowiedzi kanału oraz wariancję σ b szumu, przy czym σ b > σ a. Wektor h odpowiedzi kanału dla każdego użytkownika zawiera N R elementów dla zespolonych wzmocnień kanałów między pojedynczą anteną nadawczą, a każdą z N R anten użytkowników, to znaczy h = [h 1 h 2 h NR ] T, gdzie T oznacza transpozycję. [0055] Dla systemu SIMO może być stosowanych wiele anten w odbiorniku w celu uzyskania większego zróżnicowania. Sygnałowy model dla użytkowników A i B w systemie SIMO 200a można wyrazić jako: y a = h a s + n a, oraz Równanie (7) y a = h a s + n a, gdzie h a i h b są wektorami odpowiedzi kanału dla użytkowników odpowiednio A i B; n a i n b są wektorami szumu dla użytkowników odpowiednio A i B; zaś y a i y b są wektorami z N R odebranymi symbolami dla N R anten odbiorczych dla użytkowników, odpowiednio A i B. [0056] Odbiornik dla użytkownika i może odtworzyć transmitowany symbol s danych następująco:, Równanie (8) gdzie G simo jest całkowitym wzmocnieniem kanału dla użytkownika i; ŝ oznacza estymatę symbolu s danych wysłanego przez nadajnik; zaś n ~ i oznacza końcowo przetworzony szum dla użytkownika i.

18 53/59P26587PL00 19 Całkowite wzmocnienie kanału wynosi G simo = h h h NR 2 dla N R anten odbiorczych. Dla systemu SIMO (1, 2) z N R = 2, G simo jest zmienną typu chi-kwadrat o dwóch stopniach swobody, która przyjmuje kanał o zaniku Rayleigh a, przy czym uzyskuje się zróżnicowanie drugiego rzędu. Opisane tutaj techniki kodowania hierarchicznego nie są zależne od jakiegokolwiek szczególnego statystycznego modelu dla kanału i mogą być stosowane w innych rodzajach kanałów. Równanie (8) pokazuje odbiornik przetwarzający dla konstelacji sygnałowych modulacji typu M-ary phase shift keying (M-PSK). Podobne przetwarzanie w odbiorniku może być wykonywane dla konstelacji sygnałowych modulacji typu M-ary quadrature amplitude modulation (M-QAM). Przetwarzanie w nadajniku i odbiorniku dla strumienia bazowego i strumienia wzmocnionego opisane jest bardziej szczegółowo poniżej. [0057] Szybkości transmisji jakie mogą być zyskane dla użytkowników A i B dla schematu TDM w systemie SIMO z kanałem o płaskim zaniku, można wyrazić jako: oraz Równanie (9) [0058] Szybkości transmisji, jakie można uzyskać dla użytkowników A i B dla schematu superpozycji w systemie SIMO z kanałem o płaskim zaniku, można wyrazić jako: oraz Równanie (10)

19 53/59P26587PL Stan techniki: Kodowanie hierarchiczne w Systemie MISO [0059] Na fig. 2B przedstawiono system MISO 200b z nadajnikiem 210b oraz dwa odbiorniki 220c i 220d dla dwóch użytkowników A i B. Dla systemu MISO (N T, 1) nadajnik jest wyposażony w N T anten, zaś odbiornik jest wyposażony w pojedynczą antenę, gdzie N T > 1. Dla uproszczenia na fig. 2B przedstawiono system MISO typu (2,1), gdzie nadajnik 210b jest wyposażony w dwie anteny, zaś każdy z odbiorników 220c i 220d jest wyposażony w pojedynczą antenę. Kanał komunikacyjny T między nadajnikiem 210b a odbiornikiem 220c ma wektor h a odpowiedzi kanału oraz wariancję σ a szumu. Kanał komunikacyjny T między nadajnikiem 210b a odbiornikiem 220d ma wektor h b odpowiedzi kanału oraz wariancję σ b szumu, przy czym σ b >σ a. [0060] Dla systemu MISO może być wykorzystanych wiele anten w nadajniku dla uzyskania większego zróżnicowania. W szczególności, strumień bazowy i strumień wzmocniony mogą być nadawane na wielu antenach nadawczych z wykorzystaniem schematu dywersyfikacji transmisji, zgodnie z tym, co opisano poniżej. Model sygnałowy dla użytkowników A i B w systemie MISO 200b można wyrazić jako:, oraz Równanie (11) gdzie x jest wektorem N T symboli transmisyjnych wysłanych z N T anten w nadajniku; T T h a i h b są wektorami odpowiedzi kanału dla użytkowników odpowiednio A i B; n a i n b są szumami obserwowanymi przez użytkowników, odpowiednio A i B; zaś y a i y b są odebranymi symbolami dla użytkowników, odpowiednio A i B.

20 53/59P26587PL00 21 Wektor x symboli transmisyjnych otrzymywany jest przez wykonanie przetwarzania przestrzennego na symbolach danych. Przetwarzanie przestrzenne w nadajniku i odbiorniku dla systemu MISO opisane jest bardziej szczegółowo poniżej. 4. Kodowanie hierarchiczne w systemie MIMO [0061] Na fig. 2C przedstawiono system MIMO 200c z nadajnikiem 210c oraz dwoma odbiornikami 220e i 220f dla dwóch użytkowników A i B. Dla systemu MIMO (N T,N R ) nadajnik wyposażony jest w N T anten, a odbiornik wyposażony jest w N R anten, gdzie N T > 1 i N R > 1. Dla uproszczenia, na fig. 2C przedstawiono system MIMO (2,2), w którym nadajnik 210c wyposażony jest w dwie anteny, zaś każdy z odbiorników 220e i 220f także posiada dwie anteny. [0062] Na fig. 3 przedstawiono schemat blokowy nadajnika 210x i odbiornika 220x. Nadajnik 210x stanowi przykład wykonania nadajnika 210b z fig. 2B i nadajnika 210c z fig. 2C. Odbiornik 220x stanowi przykład wykonania odbiorników 220a i 220b z fig. 2A oraz odbiorników 220e i 220f z fig. 2C. [0063] W nadajniku 210x procesor danych TX 310 odbiera, koduje, przeplata i moduluje dane dla strumienia bazowego {d b } oraz dostarcza strumień symboli modulacji {s b }. Procesor danych TX 310 także odbiera, koduje, przeplata i moduluje dane dla strumienia wzmocnionego {d e } oraz dostarcza strumień symboli modulacji {s e }. Symbole modulacji określane są tutaj także jako symbole danych. Procesor przestrzenny TX 320 wykonuje przetwarzanie przestrzenne na dwóch strumieniach symboli danych, {s b } i {s e }, multipleksuje symbole pilotujące i dostarcza dwa strumienie symboli transmisyjnych {x 1 } i {x 2 }. Jednostki nadawcze (TMTR) 322a i 322b odbierają i przetwarzają te dwa strumienie symboli transmisyjnych, odpowiednio {x 1 } i {x2}, w celu otrzymania dwóch modulowanych sygnałów, które są następnie transmitowane z anten 324a i 324b.

21 53/59P26587PL00 22 [0064] W odbiorniku 220x obydwa modulowane sygnały transmitowane przez nadajnik 210x odbierane są przez anteny 352a i 352b. Jednostki odbiorcze (RCVR) 354a i 354b kondycjonują, dygitalizują i przetwarzają odbierane sygnały z anten, odpowiednio, 352a i 352b, i dostarczają dwa strumienie odbieranych symboli {y 1 } i {y 2 }. Procesor przestrzenny RX 360 przetwarza następnie dwa strumienie odebranych symboli {y 1 } i {y 2 } w celu otrzymania dwóch odtworzonych strumieni symboli danych ( ŝ ) i { ŝ }, które są estymatami dwóch strumieni symboli danych {s b } i {s e } wysłanych przez nadajnik 210x. Procesor danych RX 370 demoduluje, usuwa przeplot i dekoduje odtworzony strumień symboli danych { } w celu otrzymania zdekodowanego strumienia bazowego { dˆb }. Procesor danych RX 370 także demoduluje, usuwa przeplot i dekoduje odtworzony strumień symboli danych { b e ŝ e ŝ b } w celu otrzymania zdekodowanego strumienia wzmocnionego { dˆe }. Jednostki przetwarzające w nadajniku 210x i odbiorniku 220x opisane są bardziej szczegółowo poniżej. [0065] Kontrolery 330 i 380 kierują pracą, odpowiednio, nadajnika 210x i odbiornika 220x. Pamięci 332 i 382 przechowują kody programu oraz dane wykorzystywane przez kontrolery, odpowiednio 330 i 380. [0066] Na fig. 4A przedstawiono schemat blokowy przykładu wykonania procesora danych TX 310 oraz procesora przestrzennego TX 320 wewnątrz nadajnika 210x. Wewnątrz procesora danych TX 310, koder 412a odbiera i koduje strumień bazowy danych {d b } zgodnie z wybranym schematem kodowania w celu dostarczenia bitów kodu. Przykładowa konstrukcja kodera 412a opisana została poniżej. Kodowanie zwiększa niezawodność transmisji danych. Wybrany schemat kodowania może zawierać kod splotowy, kod Turbo, kod CRC, kod blokowy lub ich kombinację. Układ przeplatający 414a kanału, przeplata (tj. reorganizuje) bity kodu z kodera 412a na podstawie określonego schematu przeplatania. Przeplatanie zapewnia zróżnicowanie czasowe,

22 53/59P26587PL00 23 częstotliwościowe i/lub przestrzenne dla bitów kodu. Następnie, modulator 416a moduluje (tj. odwzorowuje symbole) przeplatane dane pochodzące z układu przeplatającego 414a według jednego lub większej liczby schematów modulacji w celu dostarczenia symboli modulacji. Modulację można osiągnąć poprzez (1) pogrupowanie zbiorów B przeplatanych bitów w celu uformowania B-bitowych wartości binarnych, gdzie B 1 oraz (2) odwzorowanie każdej B-bitowej wartości binarnej na zespoloną wartość dla punktu w konstelacji sygnału dla wybranego schematu modulacji. Modulator 416a dostarcza strumień symboli modulacji (to jest symboli danych), gdzie każdy symbol danych jest wartością zespoloną. Kodowanie, przeplatanie kanałów oraz modulowanie może być wykonywane na każdym pakiecie danych dla strumienia bazowego. [0067] Wzmocniony strumień danych {d e } jest kodowany przez koder 412b, przeplatany przez układ przeplatający 414b kanał i odwzorowywany na symbole modulacji przez modulator 416b. Schematy kodowania, przeplatania i modulowania dla strumienia wzmocnionego mogą być takie same lub różne od schematów dla strumienia bazowego. W celu uproszczenia pewnych schematów transmisji opisanych poniżej, strumień wzmocniony może być demultipleksowany na dwa podstrumienie danych dla dwóch anten nadawczych. Każdy podstrumień danych może być kodowany, przeplatany i modulowany oddzielnie tak, że dwa podstrumienie danych mogą być indywidualnie odtwarzane przez odbiornik. Dla uproszczenia nie zostało to pokazane na fig. 4A. [0068] Na fig. 4B przedstawiono schemat blokowy równoległego kaskadowego splotowego kodera 412x, który może być stosowany dla każdego z koderów 412a i 412b z fig. 4A. Koder 412x zawiera dwa składowe splotowe kodery 452a i 452b, układ przeplatający 454 kod oraz multiplekser (MUX) 456. Układ przeplatający 454 kod dokonuje przeplotu bitów danych {d} dla strumienia bazowego lub strumienia wzmocnionego zgodnie z określonym schematem przeplatania kodu.

23 53/59P26587PL00 24 [0069] Składowy koder 452a odbiera i koduje bity danych {d} z pierwszym składowym kodem i dostarcza pierwsze bity parzystości {c p1 }. Podobnie, składowy koder 452b odbiera i koduje przeplatane bity danych z układu przeplatającego 454 kod z drugim składowym kodem i dostarcza drugie bity parzystości {c p2 }. Składowe kodery 452a i 452b mogą implementować dwa rekurencyjne uporządkowane składowe kody o współczynnikach korekcji (code rate) odpowiednio R 1 i R 2, gdzie R 1 może być równy współczynnikowi R 2, ale nie musi. Multiplekser 456 odbiera i multipleksuje bity danych {d}, które są także oznaczone jako {c data }, pierwsze bity parzystości {c p1 } z kodera 452a oraz drugie bity parzystości {c p2 } z kodera 452b i dostarcza bity kodu {c} dla strumienia bazowego lub strumienia wzmocnionego. Kodowanie jest zwykle wykonywane na jednym pakiecie danych na raz. [0070] Na fig. 4B przedstawiono przykładową konstrukcję kodera. Inne rodzaje koderów także mogą być stosowane i leży to w zakresie wynalazku. Ponadto,takie same lub inne rodzaje koderów mogą być stosowane dla strumienia bazowego i strumienia wzmocnionego. [0071] Inne przykładowe konstrukcje koderów 412, układów przeplatających 414 kanały i modulatorów 416 opisane są w tymczasowym zgłoszeniu patentowym USA o numerze seryjnym 60/421,309 pod tytułem MIMO WLAN System, złożonym 25 października 2002 r. [0072] Wewnątrz procesora przestrzennego TX 320, procesor 420a dywersyfikacji transmisji/przestrzennego multipleksowania (Div/SM) dokonuje przestrzennego przetwarzania symboli danych {s b } dla strumienia bazowego i dostarcza dwa podstrumienie symboli dla dwóch anten nadawczych. Procesor TX Div/SM 420b wykonuje przestrzenne przetwarzanie symboli danych {s e } dla strumienia wzmocnionego i dostarcza dwa podstrumienie symboli dla dwóch anten nadawczych. Dla systemu MISO procesory TX Div/SM 420a i 420b mogą wykonywać przestrzenne przetwarzanie

24 53/59P26587PL00 25 dla schematu dywersyfikacji transmisji, jak opisano poniżej. Dla systemu MIMO procesory TX Div/SM 420a i 420b mogą wykonywać przestrzenne przetwarzanie dla schematu dywersyfikacji transmisji, schematu multipleksowania przestrzennego lub innego schematu transmisji. Przetwarzanie przestrzenne wykonywane przez procesory TX Div/SM 420a i 420b opisane jest szczegółowo poniżej. Układ 440 łączenia odbiera i łączy dwa podstrumienie symboli dla strumienia bazowego z dwoma podstrumieniami symboli dla strumienia wzmocnionego w celu otrzymania dwóch strumieni symboli transmisyjnych {x 1 } i {x 2 }. Układ 440 łączenia może implementować schemat TDM, schemat superpozycji lub jakiś inny schemat i jest on także opisany szczegółowo poniżej. Strumienie symboli transmisyjnych {x 1 } i {x 2 } dostarczane są do jednostek nadawczych, odpowiednio 322a i 322b. [0073] Odwołując się ponownie do fig. 2C, sygnałowy model dla użytkowników A i B w systemie MIMO 200c można wyrazić jako: oraz Równanie (12), gdzie H a i H b są macierzami odpowiedzi kanału o wymiarach N R x N T dla użytkowników, odpowiednio A i B, zaś wszystkie inne wyrażenia są takie, jak zdefiniowano powyżej. [0074] Macierz H odpowiedzi kanału dla każdego użytkownika zawiera N R x N T elementów dla zespolonych wzmocnień kanału między każdą z N T anten nadawczych a każdą z N R anten odbiorczych użytkowników. W następującym opisie założono, że (1) macierz odpowiedzi kanału jest znana w odbiorniku oraz (2) wzmocnienia kanału są znormalizowane tak, że suma wariancji N T wzmocnień kanału dla każdej anteny odbiorczej wynosi jeden. [0075] Dla systemu MIMO tworzony jest kanał MIMO dla każdego użytkownika przez N T anten nadawczych nadajnika oraz N R anten

25 53/59P26587PL00 26 odbiorczych tego użytkownika. Kanał MIMO jest zbudowany z N S kanałów przestrzennych, gdzie N S min{n T, N R }. System MIMO może zapewnić lepszą wydajność (na przykład większą przepustowość transmisji lub większą niezawodność), jeśli wykorzystuje się N S przestrzennych kanałów. [0076] Wiele anten nadawczych oraz wiele anten odbiorczych w systemie MIMO może być wykorzystywanych do obsługi różnych schematów przetwarzania przestrzennego, wliczając w to schemat dywersyfikacji transmisji, schemat multipleksowania przestrzennego, schemat transmisji kołowej, a także schemat transmisji przypadającej na antenę. Te schematy przetwarzania przestrzennego opisane zostały poniżej. A. Dywersyfikacja transmisji [0077] Dla schematu dywersyfikacji transmisji każdy symbol danych jest nadmiarowo wysyłany z wielu anten nadawczych w celu uzyskania większej niezawodności. Schemat dywersyfikacji transmisji jest zasadniczo bardziej niezawodny niż inne schematy przetwarzania przestrzennego pod względem prawdopodobieństwa wystąpienia błędu. [0078] Na fig. 5A przedstawiono schemat blokowy procesora 510 dywersyfikacji transmisji, który realizuje schemat przestrzenno-czasowej dywersyfikacji transmisji (STTD). Procesor 510 dywersyfikacji transmisji może być wykorzystywany dla procesora TX Div/SM 420a i/lub procesora TX Div/SM 420b z fig. 4A. Procesor 510 dywersyfikacji transmisji może być także wykorzystywany dla systemów MISO i MIMO. [0079] W obrębie procesora 510 dywersyfikacji transmisji, demultiplekser (Demux) 512 odbiera i demultipleksuje strumień {s} symboli danych, który może być przeznaczony dla strumienia bazowego lub strumienia wzmocnionego, na dwa podstrumienie symboli danych, {s 1 } i {s 2 }. Koder przestrzenno-czasowy 520 wykonuje następnie kodowanie STTD dwóch podstrumieni {s 1 } i

26 53/59P26587PL00 27 {s 2 } oraz dostarcza dwa podstrumienie symboli zakodowane metodą STTD, {s 1 } i {s 2 }. Strumień {s} symboli danych dostarczany jest z szybkością transmisji symboli, dwa podstrumienie {s 1 } i {s 2 } symboli danych dostarczane są z połową szybkości transmisji symboli, a podstrumienie {s 1 } i {s 2 } symboli zakodowane metodą STTD dostarczane są z szybkością transmisji symboli. [0080] Kodowanie STTD może być wykonywane na kilka sposobów. Dla przykładu wykonania przedstawionego na fig. 5A podstrumienie {s 1 } i {s 2 } symboli danych są dostarczane do wejścia 0 multiplekserów (Mux), odpowiednio 528a i 528b. Podstrumień {s 1 } jest także opóźniany o jeden okres symboli przez jednostkę opóźniającą 522b, odwracany i poddawany sprzężeniu przez jednostkę 526, i dostarczany na wejście 1 multipleksera 528b. Podstrumień {s 2 } jest także opóźniany o jeden okres symboli przez jednostkę opóźniającą 522a, i poddawany sprzężeniu przez jednostkę 524, i dostarczany na wejście 1 multipleksera 528a. Każdy z multiplekserów 528a i 528b przełącza między wejściami 0 a 1 z szybkością transmisji symboli i dostarcza odpowiedni podstrumień symboli zakodowany metodą STTD. [0081] Dla przykładu wykonania przedstawionego na fig. 5A dla każdej pary symboli (s 1, s 2 ) danych odbieranych w dwóch podstrumieniach {s 1 } i {s 2 } symboli danych, koder przestrzennoczasowy 520 dostarcza parę symboli (s 1, s 2 ), za którą następuje para symboli (s * 2, -s * 1), gdzie symbol * oznacza sprzężenie zespolone. Para symboli (s 1, s 2 ) wysyłana jest z dwóch anten nadawczych w pierwszym okresie symboli, zaś para symboli (s * 2, -s * 1) wysyłana jest w drugim okresie symboli. Dla układu równań (12) wektor x(1)=[s 1 s 2 ] T transmitowany jest w pierwszym okresie symboli, zaś wektor x(2)=[s * 2 -s * 1] T transmitowany jest w drugim okresie symbolu. Przykładowo jeśli strumień symboli danych określony jest jako {s} = s 1 s 2 s 3 s 4 s 5 s 6, wówczas podstrumienie symboli danych są następujące: {s 1 } = s 1 s 3 s 5

27 53/59P26587PL00 28 oraz {s 2 } = s 2 s 4 s 6, zaś podstrumienie zakodowane metodą STTD są następujące: {s 1 } = s 1 s * 2 s 3 s * 4 s 5 s * 6 oraz {s 2 } = s 2 -s * 1 s 4 -s * 3 s 6 -s * 5. [0082] Jeśli odbiornik jest wyposażony w pojedynczą antenę odbiorczą (na przykład dla odbiorników 220c i 220d w systemie MISO 200b z fig. 2B), wówczas odebrane symbole można wyrazić jako:, oraz Równanie (13) gdzie y(1) i y(2) są dwoma odebranymi symbolami dla dwóch kolejnych okresów symboli; h 1 i h 2 są wzmocnieniami kanału z dwóch anten nadawczych do odbiorczej anteny, które są przyjmuje się jako stałe w okresie 2 symboli; zaś n(1) i n(2) oznaczają szum dla dwóch odbieranych symboli, odpowiednio y(1) i y(2). [0083] Odbiornik może wówczas wyznaczyć estymaty dwóch transmitowanych symboli danych, s 1, s 2 następująco: (14), oraz Równanie gdzie i ŝ są estymatami symboli danych, odpowiednio s 1, s 2. ŝ1 2 [0084] Jeśli odbiornik jest wyposażony w wiele anten odbiorczych (na przykład dla odbiorników 220e i 220f w systemie MIMO 200c z fig. 2C), wówczas odbierane symbole można wyrazić jako:,

28 53/59P26587PL00 29 oraz Równanie (15), gdzie y(1) i y(2) są odbieranymi wektorami dla dwóch kolejnych okresów symboli, przy czym każdy wektor zawiera dwa odebrane symbole dla dwóch anten odbiorczych; h 1 i h 2 są wektorami wzmocnień kanału dla anten nadawczych, odpowiednio 1 i 2 (to znaczy H = [h 1 h 2 ]) przy czym każdy wektor zawiera dwa wzmocnienia kanału z anteny nadawczej do dwóch anten odbiorczych; zaś n(1) i n(2) są wektorami szumu dla odbieranych wektorów odpowiednio y(1) i y(2). [0085] Odbiornik może uzyskać estymaty dwóch transmitowanych symboli danych s 1 i s 2 następująco: oraz Równanie (16) [0086] Kodowanie STTD jest opisane bardziej szczegółowo przez S.M. Alamouti w artykule zatytułowanym A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 16, No. 8, październik 1998, str Technika STTD jest także opisana w amerykańskim zgłoszeniu patentowym o numerze seryjnym 09/737,602, zatytułowanym "Method and System for Increased Bandwidth Efficiency in Multiple Input - Multiple Output Channels," zgłoszonym 5 stycznia, 2001, amerykańskim zgłoszeniu patentowym o numerze seryjnym 10/179,439, pod tytułem "Diversity Transmission Modes for MIMO OFDM Communication Systems", zgłoszonym 24 czerwca 2002, a także

29 53/59P26587PL00 30 wspomnianym wyżej tymczasowym zgłoszeniu patentowym USA o numerze seryjnym 60/421,309, z których wszystkie są przeniesione na cesjonariusza niniejszego zgłoszenia. [0087] Dywersyfikacja transmisji może być także zrealizowana z wykorzystaniem innych sposobów, na przykład z wykorzystaniem dywersyfikacji opóźnienia. Dla uproszczenia, w dalszym opisie przyjmuje się, że dywersyfikacja transmisji jest implementowana z wykorzystaniem schematu STTD przedstawionego na fig. 5A. B. Multipleksowanie przestrzenne [0088] Dla schematu multipleksowania przestrzennego każdy symbol danych jest wysyłany jednokrotnie, zaś różne symbole danych są wysyłane z wielu anten nadawczych z wykorzystaniem N S przestrzennych kanałów w celu uzyskania większej przepustowości. Schemat multipleksowania przestrzennego może zwykle uzyskiwać większe szybkości transmisji danych niż inne schematy przetwarzania przestrzennego dla danej wartości SNR. [0089] Na fig. 5B przedstawiono schemat blokowy procesora 530 multipleksowania przestrzennego, który realizuje przykład wykonania schematu multipleksowania przestrzennego. Procesor 530 multipleksowania przestrzennego może być wykorzystywany dla procesora 420a TX Div/SM i/lub procesora 420b TX Div/SM w systemie MIMO z fig. 4A. W obrębie procesora 530 multipleksowania przestrzennego, demultiplekser 532 odbiera i demultipleksuje strumień {s} symboli danych na dwa podstrumienie symboli danych, {s 1 } i {s 2 }. Podstrumienie {s 1 } i {s 2 } symboli danych przeznaczone są do transmisji z anten nadawczych odpowiednio 324a i 324b. Dla dwóch podstrumieni {s 1 } i {s 2 } symboli danych zastosować można takie same lub różne szybkości transmisji. [0090] Z powodu rozpraszania w kanale komunikacyjnym, dwa podstrumienie {s 1 } i {s 2 } symboli danych wysyłane z dwóch anten

30 53/59P26587PL00 31 nadawczych interferują ze sobą w odbiorniku 220x. Każdy transmitowany podstrumień symboli danych jest odbierany przez obydwie anteny odbiorcze 352a i 352b, chociaż z różnymi amplitudami i fazami. Każdy z dwóch odbieranych strumieni {y 1 } i {y 2 } symboli zawiera składnik każdego z dwóch transmitowanych podstrumieni {s 1 } i {s 2 } symboli danych. [0091] W odbiorniku 220x zastosowane mogą być różne techniki przetwarzania w celu przetworzenia dwóch odbieranych strumieni {y 1 } i {y 2 } symboli, w celu odtworzenia dwóch transmitowanych podstrumieni symboli danych, {s 1 } i {s 2 }. Te techniki przetwarzania w odbiorniku obejmują technikę z wymuszeniem zera (która określana jest także jako technika z odwróceniem macierzy korelacji kanału (CCMI), technikę z minimalnym błędem średniokwadratowym (MMSE), technikę MMSE z liniową korekcją (MMSE-LE), technikę korekcji ze sprzężeniem zwrotnym (DFE) oraz technikę kolejnych korekcji i usuwania zakłóceń (SIC). Technika z wymuszeniem zera ma na celu dokonanie dekorelacji poszczególnych transmitowanych podstrumieni symboli danych w celu usunięcia zakłóceń pochodzących od innego podstrumienia symboli danych. Technika MMSE ma na celu maksymalizowanie SNR każdego odtworzonego podstrumienia symboli danych w obecności szumu oraz zakłóceń pochodzących z drugiego podstrumienia symboli danych. Tego rodzaju techniki przetwarzania w odbiorniku opisane są szczegółowo w zgłoszeniu patentowym USA o numerze seryjnym 09/993,087, pod tytułem "Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System", zgłoszonym 6 listopada 2001, a także zgłoszeniu patentowym USA o numerze 09/956,449, zatytułowanym "Method and Apparatus for Utilizing Channel State Information in a Wireless Communication System", zgłoszonym 18 września 2001, przy czym oba są przeniesione na cesjonariusza niniejszego zgłoszenia. [0092] Multipleksowanie przestrzenne może być także realizowane innymi sposobami. Dla uproszczenia w poniższym opisie przyjęto, że przestrzenne multipleksowanie jest