Изобретение относится к беспроводным сетям. Настоящим изобретением предоставляется множество осуществлений для диаграммообразования в асимметричных системах (400) беспроводной связи с NT передающими антеннами (102i) и NR приемными антеннами (104j), где NT>NR, в которых гарантируется, что мощность передачи на каждой антенне является одной и той же без заметного ухудшения характеристик. Кроме того, предложен метод выбора меньшего количества диаграммообразующих векторов по сравнению с количеством частотных бинов в системе мультиплексирования с ортогональным частотным разнесением. Технический результат заключается в том, что мощность передачи на каждой антенне является одной и той же без заметного ухудшения характеристик. 5 н. и 11 з.п. ф-лы. 5 ил.

1. Способ передачи асимметричного диаграммообразования вектора по беспроводному каналу Н (103), содержащий этапы, на которых:предоставляют систему (400) беспроводной связи, имеющую NT передающих антенн (102i) и NR приемных антенн (104j), NT>NR>0;корректируют диаграммообразующую матрицу Q (301.2) предварительно выбираемым методом так, чтобы каждая строка Q имела одну и ту же мощность; ипередают с помощью передатчика (101) вектор в качестве NR потоков данных по каналу Н (103), используя скорректированную диаграммообразующую матрицу (301.3), при этом передаваемые NR потоков данных имеют одинаковую мощность.

2. Способ по п.1, в котором этап предварительного выбора метода корректировки состоит из предварительного выбора нормирования с полным перебором; и выполняют этап корректировки в передатчике (101).

3. Способ по п.1, в котором этап корректировки дополнительно содержит этап предварительного выбора метода корректировки из группы, состоящей из нормирования с полным перебором, квантования по ±1±j, где j>0, оптимизации на основании внешней вероятности, гибридной оптимизации и оптимизации в частотной области (203).

4. Способ по п.3, в котором этап корректировки дополнительно содержит этапы, на которых:оценивают канал Н в приемнике (105);выполняют этап корректировки в приемнике (300); иподают (107) скорректированную диаграммообразующую матрицу обратно в передатчик (101).

5. Способ по п.4, дополнительно содержащий этап комбинирования передаваемых с осуществленным диаграммообразованием NR потоков данных приемником (105).

6. Диаграммообразующее устройство (300) для системы с множеством антенн, имеющей NT передающих антенн и NR приемных антенн, при этом NT>NR>0, содержащее:память (301) для сохранения в ней информации (301.1-301.3) для выравнивания диаграммообразующей мощности; икомпонент (302) выравнивателя мощности для получения принимаемых сигналов (303), оценивания на основании них информации для выравнивания диаграммообразующей мощности передачи в NR потоках данных в соответствии с предварительно выбираемым методом выравнивания и сохранения ее (301.1-301.3) в упомянутой памяти.

7. Устройство по п.6, в котором предварительно выбираемый метод представляет собой метод корректировки диаграммообразующей матрицы, выбираемый из группы, состоящей из нормирования с полным перебором, квантования по ±1±j, где j>0, оптимизации на основании внешней вероятности, гибридной оптимизации и оптимизации в частотной области (203).

8. Устройство по п.7, в котором:память (301) содержит информацию (301.1) о состоянии канала, информацию (301.2) о диаграммообразовании и информацию (301.3) о скорректированном диаграммообразовании; икомпонент (302) выравнивателя мощности содержит модуль (302.1) оценивания канала для оценивания и сохранения в упомянутой памяти информации (301.1) о состоянии канала, модуль (302.2) корректировки диаграммообразующей матрицы для определения и сохранения в упомянутой памяти информации (301.2) о диаграммообразовании и корректировки и сохранения в упомянутой памяти информации (301.3) о скорректированном диаграммообразовании, предназначенной для выравнивания мощности передачи NR потоков данных.

9. Устройство по п.8, в котором компонент (302) выравнивателя мощности дополнительно содержит модуль (302.3) обратной связи для обеспечения сигналов (303) обратной связи, включающих в себя информацию (301.3) о скорректированном диаграммообразовании.

10. Система (400) диаграммообразования множества передающих антенн и комбинирования множества приемных антенн, содержащая:по меньшей мере один приемник (105), включающий в себя NR (104j) приемных антенн, NT>NR≥1 (400);по меньшей мере один передатчик (101), включающий в себя NT передающих антенн (102i), для диаграммообразующей передачи NR потоков данных к упомянутым NR (104j) приемным антеннам; ипо меньшей мере одно устройство (300) оценивания канала/выравнивания мощности для получения в соответствии с предварительно выбираемым методом выравнивания скорректированной диаграммообразующей матрицы, используемой по меньшей мере одним передатчиком (101), для выравнивания диаграммообразующей мощности передачи в упомянутых передаваемых NR потоках данных и сохранения (301.3) ее в памяти (301).

11. Система по п.10, в которой предварительно выбираемый метод представляет собой метод вывода скорректированной диаграммообразующей матрицы, выбираемый из группы, состоящей из нормирования с полным перебором, квантования по ±1±j, где j>0, оптимизации на основании внешней вероятности, гибридной оптимизации и оптимизации в частотной области (203).

12. Система по п.11, в которой по меньшей мере одно устройство (300) оценивания канала/выравнивания мощности в рабочем состоянии соединено с по меньшей мере одним передатчиком (101), а предварительно выбираемый метод выравнивания является нормированием с полным перебором.

13. Система по п.11, в которой по меньшей мере одно устройство (300) оценивания канала/выравнивания мощности дополнительно содержит модуль (302.2) обратной связи, который в рабочем состоянии соединен с по меньшей мере одним приемником (105), при этом упомянутый модуль (302.2) обратной связи сконфигурирован для обеспечения сигналов (303) обратной связи, содержащих скорректированную диаграммообразующую матрицу (301.3), подаваемую по каналу (107) обратной связи обратно к передатчику (101) для использования тем самым для выравнивания диаграммообразующей мощности передачи в упомянутых передаваемых NR потоках данных.

14. Диаграммообразующее передающее устройство, содержащее:NT передающих антенн (102i) для диаграммообразующей передачи вектора по каналу NR потоков данных к NR (104j) приемным антеннам, при этом NT>NR>0;компонент (302) выравнивателя мощности определяет оценку канала и диаграммообразующую матрицу и на основании этого корректирует диаграммообразующую матрицу для выравнивания диаграммообразующей мощности передачи в NR потоках данных в соответствии с методом выравнивания с полным перебором; ипередатчик, который использует скорректированную диаграммообразующую матрицу для передачи вектора в виде NR потоков данных, имеющих одинаковую мощность.

15. Комбинирующее приемное устройство, содержащее:NR приемных антенн (104j) для получения и комбинирования из них передачи с осуществленным диаграммообразованием вектора передатчиком (101), имеющим NT (102i) передающих антенн, по каналу NR потоков данных, при этом NT>NR>0; иустройство (300) оценивания канала/выравнивания мощности/обратной связи для обеспечения в соответствии с предварительно выбираемым методом выравнивания скорректированной диаграммообразующей матрицы, подаваемой обратно, для использования передатчиком (101) с целью выравнивания диаграммообразующей мощности передачи в упомянутых передаваемых NR потоках данных.

16. Приемное устройство по п.15, в котором предварительно выбираемый метод выравнивания является методом создания скорректированной диаграммообразующей матрицы, выбираемым из группы, состоящей из нормирования с полным перебором, квантования по ±1±j, где j>0, оптимизации на основании внешней вероятности, гибридной оптимизации и оптимизации в частотной области (203).

Настоящее изобретение относится к асимметричному диаграммообразованию в беспроводных сетях, такому, при котором мощность передачи на всех антеннах является одной и той же.Диаграммообразование с использованием разложения по особым значениям (SVD) канальной матрицы является хорошо известным способом улучшения характеристик в случаях, когда имеется множество антенн. Когда количество передающих и приемных антенн является одним и тем же, диаграммообразующая матрица является такой, что передаваемая мощность от любой антенны одна и та же. Однако во многих случаях количество (NT) передающих антенн больше, чем количество (NR) приемных антенн. В такой ситуации использование только одного подмножества собственных векторов, соответствующих наибольшим особым значениям, приводит к неодинаковой мощности передачи на антеннах. Поскольку пиковая мощность большей части передающих цепей является ограниченной, эта ситуация является нежелательной.Настоящим изобретением предоставляются несколько осуществлений способов реализации диаграммообразования, такого, что в асимметричной системе мощность передачи на всех антеннах является одной и той же.Диаграммообразование от множества передающих антенн к множеству приемных антенн является хорошо известным способом получения разнесения каналов. Известно, что, когда количество (NT) передающих антенн равно количеству (NR) приемных антенн, использование собственных векторов канальной матрицы для диаграммообразования является оптимальной стратегией. В асимметричной ситуации (NT>NR) обычно используемым способом является отбор собственных векторов, соответствующих наибольшим собственным значениям, в качестве диаграммообразующих векторов. Проблема, связанная с этим способом, заключается в том, что он приводит к неравной мощности передачи от каждой антенны. Это является проблемой, поскольку в большинстве случаев пиковая мощность радиочастотных цепей является ограниченной.А именно, когда множество радиочастотных входных каскадов используется в передатчике с множеством антенн, хорошей идеей является передача каждой цепью одной и той же мощности. Это объясняется тем, что пиковая мощность большинства радиочастотных усилителей является ограниченной, и, следовательно, нелегко повышать мощность одной цепи при снижении мощности другой, чтобы сохранять суммарную мощность передачи неизменной. Это особенно касается систем мультиплексирования с ортогональным частотным разделением, в которых сигнал, как и следовало ожидать, имеет большое отношение пикового значения к среднему, а радиочастотные усилители имеют потери мощности, необходимые для сохранения их работы в линейной области.В наиболее часто используемых способах диаграммообразования, когда передающих антенн больше, чем приемных антенн, существует неравная передача мощности на передающие цепочки. Проблема одинаковой передачи мощности разрешена для случая единственного (NT×1) потока передачи данных, см. Mukkavilli K.K., Sabharwal A., Erkip E., and Aazhang B., “On beamforming with finite rate feedback in multiple-antenna systems”, IEEE Trans. Inform. Theory, vol.49, № 10, pp.2562-2579, Oct. 2003, и Love D.J., and Heath R.W., Jr., “Grassmanian beamforming for multiple-input multiple-output wireless systems”, IEEE Trans. Inform. Theory, vol.49, № 10, pp.2735-2747, Oct. 2003.Однако проблема не разрешена для более чем одного потока передачи данных.Настоящим изобретением предоставляются несколько осуществлений для асимметричного диаграммообразования, в которых гарантируется одна и та же мощность передачи на каждой антенне без заметного ухудшения характеристик. Кроме того, предоставляется метод выбора меньшего количества диаграммообразующих векторов по сравнению с количеством частотных бинов (элементов разрешения) в системе мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM). Этот последний метод является полезным в осуществлении, в котором векторы предоставляются по обратной связи вместо предположения о том, что передатчик имеет информацию о каналах и может вычислить векторы.Предпочтительные осуществления предоставляют методы, к которым относятся:Метод 1: нормирование с полным перебором;Метод 2: квантование только по значениям ±1±j;Метод 3: оптимизация, основанная на внешней вероятности;Метод 4: гибридная оптимизация; иМетод 5: оптимизация в частотной области.Настоящее изобретение применимо к системам с разомкнутым и замкнутым контурами, а именно в первом случае имеется передатчик, в котором существует информация о канале, оценивается Q и используется один из упомянутых выше методов для корректировки Q, а во втором случае имеется приемник, в котором осуществляются эти действия.На чертежах:фиг.1 — иллюстрация асимметричной системы связи с каналом обратной связи;фиг.2 — иллюстрация способа определения диаграммообразующей матрицы для асимметричной системы связи с замкнутым контуром согласно настоящему изобретению;фиг.3 — иллюстрация устройства с замкнутым контуром, предназначенного для определения и подачи обратно диаграммообразующей матрицы, имеющей одинаковую мощность в асимметричной системе связи;фиг.4 — иллюстрация асимметричной системы связи с замкнутым контуром, модифицированной в соответствии с настоящим изобретением; ифиг.5 — иллюстрация характеристик различных методов квантования.В нижеследующем подробном описании делаются ссылки на сопровождающие чертежи, на которых только для примера показаны конкретные осуществления с замкнутым контуром, в которых изобретение может быть применено. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что они являются только примерами и не предполагаются ограничивающими настоящее изобретение в любом смысле, например, местоположение и структура отдельных элементов, раскрытых в настоящей заявке, могут быть изменены без отступления от сущности и объема изобретения, изложенных в прилагаемой формуле изобретения. То есть, подробное описание не должно использоваться ни в каком ограничивающем смысле, а объем настоящего изобретения определяется только прилагаемой формулой изобретения и эквивалентами ее, например, в передатчике может оцениваться и корректироваться Q. На чертежах одинаковые позиции везде относятся к одним и тем же или подобным функциональным элементам.Настоящее изобретение предоставляет ряд способов низкой сложности для получения преимущества пространственного разнесения, обеспечиваемого образованием диаграмм направленности множества передающих антенн и комбинированием множества приемных антенн. Для всех способов диаграммообразования согласно предпочтительным осуществлениям настоящего изобретения в передатчике требуется информация о канале.На фиг.1 показан замкнутый контур, содержащий две беспроводные станции 101, 105, которые могут быть частью беспроводной локальной сети, включающей в себя мобильные станции (портативный компьютер, персональный цифровой ассистент), и могут быть точками доступа для таких беспроводных локальных сетей. Беспроводные станции 101, 105 могут быть частью глобальной беспроводной сети и персональных беспроводных сетей. Эти станции 101, 105 могут удовлетворять требованиям стандарта беспроводной связи, такого как IEEE 802.11, или любого другого стандарта, который удовлетворяет его требованиям частично или полностью. Однако каждая из беспроводных станций 101, 105 имеет множество антенн, и в настоящем изобретении их количество предполагается асимметричным.Имея систему диаграммообразования для множества передающих антенн и комбинирования множества приемных антенн (с разомкнутым или замкнутым контуром), при наличии NT передающих антенн и NR приемных антенн, предположим, что имеются NR передаваемых потоков данных и что диаграммообразующая матрица определена как Q. В таком случае модель сигнала имеет видr=HQx+n,где n является вектором шума, принимаемый вектор r представляет собой (NR×1)-вектор, канальная матрица Н (103) представляет собой матрицу размера (NR×NT), диаграммообразующая матрица Q представляет собой матрицу размера (NT×NR) и x является (NR×1)-вектором. Канал Н предполагается полностью известным. Передаваемый вектор представляет собой y=Qx, и он является (NT×1)-вектором. В системе OFDM упомянутая выше модель сигнала повторяется для каждого частотного бина. В частотно-избирательном канале H и Q являются различными для каждого частотного бина.На фиг.1 показана система 100 с замкнутым контуром, и для уменьшения сложности декодирования информация о текущем состоянии канала передается между станциями 101 и 105. Каждая из станций 101 и 105 включает в себя множество антенн, соответственно NT (102i) и NR (104j), и совместно с ними образует систему 100. Полоса частот связи, используемая для этого, называется «полосой частот обратной связи» и подается обратно с приемника 105 к передатчику 101 по каналу 107 обратной связи после получения оценки канальным устройством 106 оценивания, которое представляет информацию о текущем состоянии канала с помощью диаграммообразующей матрицы Q, которая в некоторых предпочтительных осуществлениях определяется с использованием разложения по особым значениям. В передатчике 101 диаграммообразующая матрица Q используется для передачи каждого исходящего сигнала во множество пространственных каналов.Если матрица собственных векторов Р данной матрицы А не является квадратной матрицей (например, матрица имеет только единственный собственный вектор (1,0)), то Р не может иметь обратной матрицы, и, следовательно, А не имеет разложения по собственным векторам. Однако, если А представляет собой вещественную матрицу размера (m×n), при этом m>n, то А можно записать, используя так называемое разложение по особым значениям вида A=UDVT. В данном случае U является матрицей размера (m×n), а V является квадратной матрицей размера (n×n), при этом обе они имеют ортогональные столбцы, так что UTU=VTV=I, и D является диагональной матрицей размера (n×n). В случае комплексной матрицы А разложение по особым значением является разложением в виде A=UHDV, где U и V являются унитарными матрицами, UH является сопряженной транспозицией U, а D является диагональной матрицей, элементы которой являются особыми значениями первоначальной матрицы. Если А является комплексной матрицей, то всегда существует такое разложение с положительными особыми значениями.Пусть H=USVH будет разложением по особым значениям канальной матрицы Н. В таком случае оптимальным выбором для Q является Q=[V1 V2 … VR], где Vi является i-м столбцом матрицы V. Требование, заключающееся в том, что передаваемая мощность от каждой антенны должна быть одинаковой, трансформируется в ограничивающее условие, заключающееся в том, что каждая строка диаграммообразующей матрицы Q имеет одну и ту же мощность. Поскольку собственные векторы Vi являются ортонормированными, когда R=T, то каждый из элементов передаваемого вектора y имеет одну и ту же передаваемую мощность. Однако, когда R