[go: up one dir, main page]

RU2387079C2 - Diversity of directional pattern for supporting receiver of multiple-input and multiple-output (mimo) system and corresponding methods - Google Patents

Diversity of directional pattern for supporting receiver of multiple-input and multiple-output (mimo) system and corresponding methods Download PDF

Info

Publication number
RU2387079C2
RU2387079C2 RU2008115506/09A RU2008115506A RU2387079C2 RU 2387079 C2 RU2387079 C2 RU 2387079C2 RU 2008115506/09 A RU2008115506/09 A RU 2008115506/09A RU 2008115506 A RU2008115506 A RU 2008115506A RU 2387079 C2 RU2387079 C2 RU 2387079C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
source signals
mixing matrix
signals
sums
antenna
Prior art date
Application number
RU2008115506/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008115506A (en
Inventor
Стивен Дж. ГОЛДБЕРГ (US)
Стивен Дж. ГОЛДБЕРГ
Original Assignee
Интердиджитал Текнолоджи Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US11/233,329 external-priority patent/US8031117B2/en
Priority claimed from US11/326,042 external-priority patent/US7627052B2/en
Application filed by Интердиджитал Текнолоджи Корпорейшн filed Critical Интердиджитал Текнолоджи Корпорейшн
Publication of RU2008115506A publication Critical patent/RU2008115506A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2387079C2 publication Critical patent/RU2387079C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413MIMO systems
    • H04B7/0456Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting
    • H04B7/0486Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting taking channel rank into account
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/10Polarisation diversity; Directional diversity

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: receiver is connected to the receiving side of an antenna array and consists of N antenna elements for receiving at least M different sums from M source signals, where N is less than M. A signal division processor is connected to the receiver for generating a mixing matrix which contains at least M different sums from M source signals such that the mixing matrix has a rank at least equal to M. The signal division processor separates useful source signals from the mixing matrix.
EFFECT: reduced number of antenna elements in the receiver of a multiple-input and multiple-output system compared to the number of antenna elements in a MIMO system transmitter and retention of reliability of a MIMO communication system.
24 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к области систем связи и, в частности, к приемнику системы с множеством входов и множеством выходов (MIMO), работающему с компактной антенной решеткой.The present invention relates to the field of communication systems and, in particular, to a receiver of a system with multiple inputs and multiple outputs (MIMO), operating with a compact antenna array.

Уровень техникиState of the art

Система беспроводной связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO) включает в себя множество антенных элементов в передатчике и множество антенных элементов в приемнике. Соответствующая антенная решетка формируется в передатчике и в приемнике на основе соответствующих им антенных элементов.A multi-input multiple output (MIMO) wireless communication system includes multiple antenna elements in a transmitter and multiple antenna elements in a receiver. The corresponding antenna array is formed in the transmitter and in the receiver based on the corresponding antenna elements.

Антенные элементы используются в такой среде с многолучевым распространением сигналов, то есть из-за присутствия различных рассеивающих объектов рассеивания в среде каждый сигнал испытывает многолучевое распространение. Приемные антенные элементы принимают переданные сигналы, и затем применяется метод обработки сигналов для разделения переданных сигналов и восстановления пользовательских данных.Antenna elements are used in such an environment with multipath propagation of signals, that is, due to the presence of various scattering objects of scattering in the medium, each signal experiences multipath propagation. The receiving antenna elements receive the transmitted signals, and then the signal processing method is applied to separate the transmitted signals and restore user data.

Метод обработки сигналов может представлять собой процесс слепого разделения источников (BSS). Разделение является "слепым", потому что оно часто выполняется с ограниченной информацией о переданных сигналах, источниках переданных сигналов и влияниях, которые канал распространения оказывает на переданные сигналы. Тремя обычно используемыми методами слепого разделения сигналов являются анализ основных составляющих (PCA), анализ независимых составляющих (ICA) и декомпозиция сингулярных значений (SVD).The signal processing method may be a blind source separation process (BSS). Separation is “blind” because it is often performed with limited information about the transmitted signals, the sources of the transmitted signals, and the effects that the propagation channel exerts on the transmitted signals. The three commonly used blind signal separation techniques are basic component analysis (PCA), independent component analysis (ICA), and singular value decomposition (SVD).

Системы связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO) имеют преимущество в том, что они дают возможность улучшить пропускную способность беспроводной линии связи между передатчиком и приемником. Среда с многолучевым распространением сигналов дает возможность сформировать между ними несколько ортогональных каналов. Затем данные для отдельного пользователя могут быть параллельно переданы по беспроводной среде по этим каналам одновременно и с использованием той же самой ширины полосы.Multiple Input Multiple Output (MIMO) communication systems have the advantage of being able to improve the throughput of a wireless link between a transmitter and a receiver. An environment with multipath propagation of signals makes it possible to form several orthogonal channels between them. Then, data for an individual user can be simultaneously transmitted wirelessly over these channels simultaneously and using the same bandwidth.

Современные системы связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO) используют антенные элементы с пространственным разнесением таким образом, чтобы количество ортогональных каналов, которые могут быть сформированы, не уменьшалось. Проблема с такой реализацией состоит в том, что производительность системы связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO) обычно пропорциональна количеству используемых антенных элементов.Modern communication systems with multiple inputs and multiple outputs (MIMO) use antenna elements with spatial diversity so that the number of orthogonal channels that can be formed is not reduced. The problem with this implementation is that the performance of a multi-input multi-output (MIMO) communication system is usually proportional to the number of antenna elements used.

Увеличение количества антенных элементов увеличивает размер антенных решеток для систем связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO). Когда приемник с множеством входов и множеством выходов (MIMO) реализуется в малом переносном устройстве связи, имеется малый доступный объем для большого количества антенных элементов, а установка антенных элементов вне устройства связи является проблемой для пользователя.An increase in the number of antenna elements increases the size of the antenna arrays for communication systems with multiple inputs and multiple outputs (MIMO). When a receiver with multiple inputs and multiple outputs (MIMO) is implemented in a small portable communication device, there is a small available volume for a large number of antenna elements, and installing antenna elements outside the communication device is a problem for the user.

Один подход для обеспечения более компактной антенной решетки для приемника со множеством входов и множеством выходов (MIMO) раскрывается в патенте США №6870515. Вместо того чтобы использовать антенные элементы с пространственным разнесением, используется разнесение по поляризации. Так как используются расположенные близко в пространстве антенные элементы, это позволит реализовать компактную антенную решетку для приемника с множеством входов и множеством выходов (MIMO).One approach to providing a more compact antenna array for a multi-input multi-output (MIMO) receiver is disclosed in US Pat. No. 6,870,515. Instead of using spatial diversity antenna elements, polarization diversity is used. Since antenna elements located close in space are used, this will allow for the implementation of a compact antenna array for a receiver with multiple inputs and multiple outputs (MIMO).

Даже при том, что обеспечивается более компактная антенная решетка, производительность системы связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO) по-прежнему основывается на количестве антенных элементов в приемнике, которое равно или больше, чем количество антенных элементов в передатчике. Например, патент '515 раскрывает, что количество приемных антенных элементов равно или больше, чем количество передающих антенных элементов.Even though a more compact antenna array is provided, the performance of a multi-input multi-output (MIMO) communication system is still based on the number of antenna elements in the receiver, which is equal to or greater than the number of antenna elements in the transmitter. For example, the '515 patent discloses that the number of receiving antenna elements is equal to or greater than the number of transmitting antenna elements.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

С учетом предшествующего описания уровня техники задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы сократить количество антенных элементов в приемнике системы с множеством входов и множеством выходов (MIMO) по сравнению с количеством антенных элементов в передатчике системы MIMO, по-прежнему обеспечивая надежную систему связи MIMO.Based on the foregoing description of the prior art, an object of the present invention is to reduce the number of antenna elements in a receiver of a multi-input and multiple output (MIMO) system compared to the number of antenna elements in a transmitter of a MIMO system, while still providing a reliable MIMO communication system.

Эта и другие задачи, признаки и преимущества в соответствии с настоящим изобретением обеспечиваются посредством системы связи MIMO, содержащей передатчик и передающую антенную решетку, соединенную с передатчиком и содержащую М антенных элементов для передачи М сигналов источника.This and other objectives, features and advantages in accordance with the present invention are provided by means of a MIMO communication system comprising a transmitter and a transmitting antenna array connected to the transmitter and containing M antenna elements for transmitting M source signals.

На приемной стороне приемная антенная решетка соединена с приемником и содержит N антенных элементов для приема, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов источника, где N меньше М. Процессор разделения сигналов может быть соединен с приемником для формирования матрицы смешивания, содержащей, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов источника, таким образом, чтобы матрица смешивания имела ранг, равный, по меньшей мере, М. Процессор разделения сигналов выделяет полезные сигналы источника из матрицы смешивания.On the receiving side, the receiving antenna array is connected to the receiver and contains N antenna elements for receiving at least M different sums of M source signals, where N is less than M. A signal separation processor can be connected to the receiver to form a mixing matrix containing at least M different sums of M source signals, so that the mixing matrix has a rank of at least M. The signal separation processor extracts useful source signals from the mixing matrix.

Процессор разделения сигналов может являться процессором слепого разделения сигналов. Процессор слепого разделения сигналов может выделять полезные сигналы источника из матрицы смешивания на основе, по меньшей мере, одного из методов анализа основных составляющих (PCA), анализа независимых составляющих (ICA) и сингулярной декомпозиции (SVD).The signal separation processor may be a blind signal separation processor. A blind signal separation processor may extract useful source signals from a mixing matrix based on at least one of the main component analysis (PCA), independent component analysis (ICA), and singular decomposition (SVD) methods.

В качестве альтернативы процессор разделения сигналов может выделять полезные сигналы источника из матрицы смешивания на основе процесса извлечения сигнала путем основанной на знании обработки. Процесс основанного на знании выделения сигнала может выделять полезные сигналы источника из матрицы смешивания на основе, по меньшей мере, одного из процесса обращения в нуль незначащих коэффициентов (ZF) и процесса минимального среднеквадратического оценивания (MMSE).Alternatively, the signal separation processor may extract useful source signals from the mixing matrix based on the knowledge extraction process. The knowledge-based signal extraction process can extract useful source signals from the mixing matrix based on at least one of the process of nulling negligible coefficients (ZF) and the minimum mean square estimation (MMSE) process.

Приемная антенная решетка предпочтительно принимает М различных сумм из М (сигналов) источника с помощью N антенных элементов, причем N<М. N антенных элементов формируют, по меньшей мере, М различных диаграмм направленности антенн для приема М различных сумм из М сигналов источника. М различных сумм из М сигналов источника, принятые N антенными элементами в приемной антенной решетке, используется для заполнения матрицы смешивания таким образом, чтобы матрица смешивания имела ранг, равный, по меньшей мере, М.The receiving antenna array preferably receives M different sums from the M (signals) of the source using N antenna elements, with N <M. N antenna elements form at least M different antenna patterns for receiving M different sums from M source signals. M different sums of the M source signals received by the N antenna elements in the receiver array are used to populate the mixing matrix so that the mixing matrix has a rank of at least M.

Ранг матрицы смешивания определяет, сколько сигналов может фактически быть выделено. Чем больше ранг, тем больше сигналов может быть выделено. Следовательно, компактная антенная решетка, имеющая N антенных элементов, которых меньше, чем М антенных элементов в передающей антенной решетке, может использоваться приемником системы MIMO, при этом по-прежнему обеспечивается надежная система связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO).The rank of the mixing matrix determines how many signals can actually be extracted. The higher the rank, the more signals can be highlighted. Therefore, a compact antenna array having N antenna elements that are smaller than the M antenna elements in the transmitting antenna array can be used by the receiver of the MIMO system, while still providing a reliable communication system with multiple inputs and multiple outputs (MIMO).

Существует несколько различных вариантов воплощения приемной антенной решетки. N антенных элементов могут быть коррелированы для формирования фазированной решетки. В другом варианте воплощения N коррелированных антенных элементов могут содержать, по меньшей мере, один активный антенный элемент и до N-1 пассивных антенных элементов для формирования антенны с коммутируемым лучом. Кроме того, по меньшей мере, два из N коррелированных антенных элементов могут иметь различные поляризации.There are several different embodiments of the receiving antenna array. N antenna elements can be correlated to form a phased array. In another embodiment, the N correlated antenna elements may comprise at least one active antenna element and up to N-1 passive antenna elements to form a switched beam antenna. In addition, at least two of the N correlated antenna elements may have different polarizations.

Другие варианты воплощения приемной антенной решетки могут оказывать эффект умножения на принятые М различных сумм из М сигналов источника. Это успешно позволяет дополнительно увеличить ранг матрицы смешивания без необходимости увеличивать количество N антенных элементов в приемной антенной решетке.Other embodiments of a receiving antenna array may have a multiplication effect on received M different sums from M source signals. This successfully allows you to further increase the rank of the mixing matrix without the need to increase the number N of antenna elements in the receiving antenna array.

Посредством увеличения ранга матрицы смешивания процессом слепого разделения сигналов может быть выделено больше сигналов.By increasing the rank of the mixing matrix, blind signals can be extracted with more signals.

Эффект умножения для количества принятых М различных сумм из М сигналов источника может быть достигнут с использованием одного из следующих методов или их комбинации. Отклонение решетки приводит к изменению наклона диаграммы направленности антенны для приема дополнительных сумм сигналов источника. Выбор путей может быть выполнен таким образом, чтобы все суммы сигналов источника, используемые для заполнения матрицы смешивания, были коррелированы и/или статистически независимы. Разделение сигнала также может использоваться для дополнительного заполнения матрицы смешивания. Различные суммарные сигналы могут разделяться с использованием расширяющих кодов, или они могут разделяться на синфазную (I) и квадратурную (Q) составляющие.The multiplication effect for the number of received M different sums from the M source signals can be achieved using one of the following methods or a combination thereof. Deviation of the grating leads to a change in the slope of the antenna pattern to receive additional sums of source signals. The path selection can be made so that all the sums of the source signals used to fill the mixing matrix are correlated and / or statistically independent. Signal separation can also be used to further populate the mixing matrix. Various summed signals may be separated using spreading codes, or they may be divided into common mode (I) and quadrature (Q) components.

Хотя М линейно независимых сумм являются необходимым минимумом для поддержки полной реализации М элементов передающей антенны MIMO, имеются преимущества для превышения М. Например, не все N антенных элементов в приемной антенной решетке могут быть ориентированы для приема М линейно независимых сумм. Аналогичным образом не все принятые суммы являются достаточно линейно независимыми.Although M linearly independent sums are a necessary minimum to support the full implementation of M elements of a MIMO transmit antenna, there are advantages to exceed M. For example, not all N antenna elements in a receiving antenna array can be oriented to receive M linearly independent sums. Similarly, not all accepted amounts are linearly independent enough.

Кроме того, если имеются источники помех или шума, дополнительный ранг матрицы смешивания может потребоваться для выделения этих сигналов. Другое преимущество выделения источников помех или шума представляет собой получающееся в результате сокращение отношения сигнал-шум, что дает возможность более высоких скоростей передачи данных, более низких частот появления ошибок и/или уменьшенной мощности передачи.In addition, if there are sources of interference or noise, an additional rank of the mixing matrix may be required to isolate these signals. Another advantage of isolating sources of interference or noise is the resulting reduction in the signal-to-noise ratio, which enables higher data rates, lower error rates and / or reduced transmission power.

По упомянутым выше двум причинам имеется преимущество в увеличении ранга матрицы смешивания выше М, что связано с количеством пригодных для использования каналов. Это увеличение на L дополнительных сумм в дополнение к обычным М может обеспечить более надежную реализацию системы MIMO. В зависимости от средств, доступных для увеличения матрицы смешивания, количество элементов приемной антенны может по-прежнему быть меньше классического для систем MIMO количества М или быть увеличено до М или больше, чтобы дать возможность увеличить ранг матрицы смешивания до N+L>М.For the two reasons mentioned above, there is an advantage in increasing the rank of the mixing matrix above M, which is related to the number of usable channels. This increase of L additional amounts in addition to the usual M can provide a more reliable implementation of the MIMO system. Depending on the means available to increase the mixing matrix, the number of elements of the receiving antenna may still be less than the classical quantity M for MIMO systems or may be increased to M or more to enable the rank of the mixing matrix to be increased to N + L> M.

Другой аспект изобретения направлен на способ управления системой связи MIMO, описанной выше.Another aspect of the invention is directed to a method for controlling a MIMO communication system described above.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 - блок-схема системы связи с множеством входов и множеством выходов MIMO в соответствии с настоящим изобретением.Figure 1 is a block diagram of a communication system with multiple inputs and multiple outputs MIMO in accordance with the present invention.

Фиг.2 - более подробная блок-схема элементов на принимающей стороне системы связи MIMO, показанной на фиг.1.Figure 2 is a more detailed block diagram of the elements on the receiving side of the MIMO communication system shown in figure 1.

Фиг.3 - блок-схема приемника системы MIMO, работающего на основе отклонения решетки для обеспечения различных сумм сигналов для обработки со слепым разделением сигналов, в соответствии с настоящим изобретением.FIG. 3 is a block diagram of a receiver of a MIMO system based on grating deflection to provide various signal sums for blind signal processing in accordance with the present invention.

Фиг.4 - блок-схема приемника системы MIMO, работающего на основе выбора путей для обеспечения различных сумм сигналов для обработки со слепым разделением сигналов, в соответствии с настоящим изобретением.FIG. 4 is a block diagram of a receiver of a MIMO system operating on the basis of path selection to provide various signal sums for blind signal processing in accordance with the present invention.

Фиг.5 - блок-схема приемника системы MIMO, работающего на основе расширяющих кодов для обеспечения дополнительных сумм сигналов для обработки со слепым разделением сигналов, в соответствии с настоящим изобретением.5 is a block diagram of a receiver of a MIMO system operating on the basis of spreading codes to provide additional signal sums for blind signal processing in accordance with the present invention.

Фиг.6 - блок-схема приемника системы MIMO, работающего на основе синфазной и квадратурной составляющих сигнала для обеспечения дополнительных сумм сигналов для обработки со слепым разделением сигналов, в соответствии с настоящим изобретением.6 is a block diagram of a receiver of a MIMO system operating on the basis of the in-phase and quadrature components of the signal to provide additional signal sums for processing with blind separation of signals, in accordance with the present invention.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощенияDetailed Description of Preferred Embodiments

Далее настоящее изобретение будет описано более полно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны предпочтительные варианты воплощения изобретения. Однако это изобретение может быть воплощено во многих различных формах и не должно рассматриваться как ограниченное изложенными здесь вариантами воплощения. Напротив, эти варианты воплощения представлены таким образом, чтобы это раскрытие было полным и завершенным и полностью передавало объем изобретения для специалистов в области техники. Аналогичные номера везде ссылаются на аналогичные элементы.The present invention will now be described more fully with reference to the accompanying drawings, in which preferred embodiments of the invention are shown. However, this invention can be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. On the contrary, these embodiments are presented so that this disclosure is complete and complete and fully conveys the scope of the invention for specialists in the field of technology. Similar numbers everywhere refer to similar elements.

Теперь со ссылкой на фиг.1 будет описана система 20 связи MIMO. Система 20 связи MIMO содержит передатчик 30, передающую антенную решетку 32, приемник 40 и приемную антенную решетку 42. Специалистам в данной области техники нетрудно понять, что передатчик 30 и приемник 40 могут быть заменены приемопередатчиками. Следовательно, их соответствующие антенные решетки 32, 42 поддерживают двухсторонний обмен данными. Однако в целях иллюстрации настоящего изобретения будут упоминаться передатчик 30 и приемник 40.Now, with reference to FIG. 1, a MIMO communication system 20 will be described. The MIMO communication system 20 includes a transmitter 30, a transmitting antenna array 32, a receiver 40, and a receiving antenna array 42. It will be readily apparent to those skilled in the art that the transmitter 30 and receiver 40 can be replaced by transceivers. Therefore, their respective antenna arrays 32, 42 support two-way data exchange. However, for purposes of illustrating the present invention, reference will be made to a transmitter 30 and a receiver 40.

Передающая антенная решетка 32 включает в себя М антенных элементов 33(1)-33(M) для передачи М сигналов 34(1)-34(M) источника. Антенные элементы 33(1)-33(M) могут быть, например, пространственно коррелированы. Сигналы 34(1)-34(M) источника могут быть в целом обозначены ссылочной позицией 34, а антенные элементы 33(1)-33(M) могут быть в целом обозначены ссылочной позицией 33.The transmit antenna array 32 includes M antenna elements 33 (1) -33 (M) for transmitting M source signals 34 (1) -34 (M). Antenna elements 33 (1) -33 (M) can, for example, be spatially correlated. The source signals 34 (1) -34 (M) can be generally indicated at 34, and the antenna elements 33 (1) -33 (M) can be generally indicated at 33.

Приемная антенная решетка 42 включает в себя N антенных элементов 43(1)-43(N) для приема, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов источника, где N меньше М. Поскольку N<М, компактная антенная решетка может использоваться в приемнике 40, при этом по-прежнему может быть получена надежная система 20 связи MIMO, как будет рассмотрено более подробно ниже. Антенные элементы 43(1)-43(N) могут быть в целом обозначены ссылочной позицией 43.The receiver antenna array 42 includes N antenna elements 43 (1) -43 (N) for receiving at least M different sums of M source signals, where N is less than M. Since N <M, a compact antenna array can be used in receiver 40, while a reliable MIMO communication system 20 can still be obtained, as will be discussed in more detail below. Antenna elements 43 (1) -43 (N) may be generally indicated at 43.

Соответствующие антенные решетки 32, 42 используются в среде с многолучевым распространением сигналов таким образом, что из-за присутствия различных объектов рассеивания (здания, автомобили, возвышенности и т.д.) в среде каждый сигнал испытывает многолучевое распространение. Каждый путь может рассматриваться как отдельный канал связи. Таким образом, ссылочная позиция 50 на фиг.1 представляет рассеивающую среду, создающую множество каналов между передающей и приемной антенными решетками 32, 42. Данные передаются от передающей антенной решетки 32 с использованием способа передачи с пространственно-временным кодированием (STC), известного в технике.Corresponding antenna arrays 32, 42 are used in an environment with multipath propagation of signals in such a way that, due to the presence of various scattering objects (buildings, cars, elevations, etc.) in the environment, each signal experiences multipath propagation. Each path can be considered as a separate communication channel. Thus, reference numeral 50 in FIG. 1 represents a scattering medium creating a plurality of channels between the transmitting and receiving antenna arrays 32, 42. Data is transmitted from the transmitting antenna array 32 using a space-time coding (STC) transmission method known in the art .

В дополнение к М сигналам источника в рассеивающей среде 50 могут существовать L сигналов 35 источника помех от источника 37 помех и создавать помехи разделению полезных сигналов источника. Различные средства для увеличения матрицы смешивания могут успешно использоваться для заполнения матрицы смешивания за пределами ранга М, как будет более подробно рассмотрено ниже.In addition to the M source signals in the scattering medium 50, there may be L signals 35 of the interference source from the interference source 37 and interfere with the separation of the useful source signals. Various means for increasing the mixing matrix can be successfully used to populate the mixing matrix outside of rank M, as will be discussed in more detail below.

Приемная антенная решетка 42 фиксирует М различных сумм из М сигналов источника 34, и затем применяется метод обработки сигналов для разделения сигналов. Процессор 44 слепого разделения сигналов (BSS) соединен с приемником 40 для формирования матрицы 46 смешивания, содержащей, по меньшей мере, М различных сумм М из сигналов источника, таким образом, чтобы матрица смешивания имела ранг, равный, по меньшей мере, М. Процессор 44 слепого разделения сигналов выделяет полезные сигналы источника из матрицы 46 смешивания.A receive antenna array 42 captures M different sums from the M signals of the source 34, and then a signal processing technique is used to separate the signals. A blind signal separation processor (BSS) 44 is coupled to a receiver 40 to form a mixing matrix 46 containing at least M different sums M from the source signals, so that the mixing matrix has a rank of at least M. The processor 44 blind signal separation extracts the useful source signals from the mixing matrix 46.

Как рассмотрено более подробно в родительской заявке на патент, тремя обычно используемыми методами, которые входят в группу слепого разделения сигналов, являются анализ основных составляющих (PCA), анализ независимых составляющих (ICA) и сингулярная декомпозиция (SVD). Пока сигналы являются независимыми по некоторой измеряемой характеристике, и если их суммы сигналов являются линейно независимыми друг от друга, один или более из этих методов слепого разделения сигналов может использоваться для выделения независимых или полезных сигналов источника из смеси сигналов источника. Измеряемая характеристика часто является некоторой комбинацией первого, второго, третьего или четвертого моментов сигналов.As discussed in more detail in the parent patent application, the three commonly used methods that are part of the blind signal separation group are basic component analysis (PCA), independent component analysis (ICA), and singular decomposition (SVD). As long as the signals are independent in some measurable characteristic, and if their sums of signals are linearly independent of one another, one or more of these blind signal separation techniques can be used to extract independent or useful source signals from a mixture of source signals. The measured characteristic is often some combination of the first, second, third or fourth moments of the signals.

Метод PCA «отбеливает» сигналы, использует первый и второй моменты и поворачивает набор данных на основе свойств корреляции. Если отношения сигнал-шум сигналов источника являются высокими, процесс разделения сигналов может закончиться на методе PCA.The PCA method “whitens” the signals, uses the first and second moments, and rotates the data set based on the correlation properties. If the signal-to-noise ratios of the source signals are high, the signal separation process may end with the PCA method.

Если отношения сигнал-шум сигналов источника являются низкими, то метод ICA выделяет сигналы источника на основе статистических атрибутов, содержащих третий и четвертый моменты сигналов источника. Некоторые сигналы источника являются гауссовыми, и их третьи и четвертые моменты зависят от первых и вторых моментов. Источник случайных помех может являться гауссовым, и сигналы с расширенным спектром выполнены таким образом, чтобы представляться декодерам гауссовыми, посредством расширяющего кода, отличающегося от их собственного. При заданных условиях совокупность сигналов может представляться гауссовой вследствие теоремы о центральном пределе. Подход ICA может выделить один гауссов сигнал. Как альтернатива методу ICA и методу PCA метод SVD выделяет сигналы источника из смеси сигналов источника на основе их собственных значений.If the signal-to-noise ratios of the source signals are low, then the ICA method extracts the source signals based on statistical attributes containing the third and fourth moments of the source signals. Some source signals are Gaussian, and their third and fourth moments depend on the first and second moments. The random noise source may be Gaussian, and the spread spectrum signals are designed to appear Gaussian to the decoders by means of a spreading code different from their own. Under given conditions, the set of signals may appear Gaussian due to the central limit theorem. The ICA approach can single out a single Gaussian signal. As an alternative to the ICA method and the PCA method, the SVD method extracts source signals from a mixture of source signals based on their eigenvalues.

В качестве альтернативы процессору слепого разделения сигналов может использоваться процессор разделения сигналов для выделения полезных сигналов источника из матрицы смешивания с помощью основанного на знании процесса извлечения сигнала с обработкой. Основанный на знании процесс разделения сигнала выделяет полезные сигналы источника из матрицы смешивания на основе, по меньшей мере, одного из процесса обращения в нуль незначащих коэффициентов (ZF) и процесса минимального среднеквадратического оценивания (MMSE).As an alternative to the blind signal separation processor, a signal separation processor may be used to extract useful source signals from the mixing matrix using a knowledge-based signal extraction process. The knowledge-based signal separation process extracts useful source signals from the mixing matrix based on at least one of the process of nulling negligible coefficients (ZF) and the minimum mean square estimation (MMSE) process.

Теперь со ссылкой на фиг.2 будут более подробно рассмотрены различные элементы на приемной стороне системы 20 связи MIMO. Приемная антенная решетка 42 включает в себя N антенных элементов 43(1)-43(N) для приема, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов 34 источника, где N и М больше 1 и N меньше М. Приемная антенная решетка 42 не ограничивается никакой специфической конфигурацией. Приемная антенная решетка 42 может включать в себя один или более антенных элементов 43. Антенные элементы 43 могут быть выполнены таким образом, чтобы антенная решетка образовывала, например, фазированную решетку или антенну с коммутируемым лучом.Now, with reference to FIG. 2, various elements on the receiving side of the MIMO communication system 20 will be discussed in more detail. The receiving antenna array 42 includes N antenna elements 43 (1) -43 (N) for receiving at least M different sums of M source signals 34, where N and M are greater than 1 and N is less than M. The receiving antenna array 42 not limited to any specific configuration. The receiving antenna array 42 may include one or more antenna elements 43. The antenna elements 43 may be configured such that the antenna array forms, for example, a phased array or a switched beam antenna.

Для построения матрицы 46 смешивания целью является создание различных сумм сигналов. В этом приложении полезные сигналы могут фактически всегда быть ниже, чем источники помех, и по-прежнему разделяться. Из-за этого существенного различия в цели расстояния между антенными элементами 43 не должны соответствовать заданному разнесению, как обычно требуется для активных и пассивных антенных решеток с формированием луча.To construct the mixing matrix 46, the goal is to create various sums of signals. In this application, useful signals can actually always be lower than sources of interference, and still be separated. Because of this significant difference in target, the distances between the antenna elements 43 do not have to correspond to a predetermined spacing, as is usually required for active and passive beam-forming antenna arrays.

Приемник 40 соединен в нисходящем направлении c приемной антенной решеткой 42 для приема, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов 34 источника. Процессор 44 слепого разделения сигналов находится в нисходящем направлении от приемника 40. Хотя процессор 44 проиллюстрирован отдельно от приемника 40, процессор также может быть включен в приемник. Различные суммы из М сигналов 34 источника, принятые приемником 40, используются для заполнения матрицы 46 смешивания. Затем матрица 46 смешивания обрабатывается посредством одного или более модулей 62, 64 и 66 обработки со слепым разделением сигналов в процессоре 60.The receiver 40 is connected in a downward direction to a receiving antenna array 42 for receiving at least M different sums of M source signals 34. Blind signal separation processor 44 is in a downward direction from receiver 40. Although processor 44 is illustrated separately from receiver 40, the processor may also be included in the receiver. Various sums of M source signals 34 received by receiver 40 are used to populate the mixing matrix 46. Then, the mixing matrix 46 is processed by one or more blind separation processing modules 62, 64 and 66 in the processor 60.

Модули обработки со слепым разделением сигналов включают в себя модуль 62 PCA, модуль 64 ICA и модуль 66 SVD. Эти модули 62, 64 и 66 могут быть выполнены как часть процессора 44 слепого разделения сигналов. Модуль 62 PCA работает на основе первого и второго моментов различных сумм принятых сигналов источника, тогда как модуль 64 ICA работает на основе третьего и четвертого моментов этих же сигналов. Модуль 66 SVD выполняет разделение сигналов на основе собственных значений различных сумм принятых сигналов источника.Blind split signal processing modules include PCA module 62, ICA module 64, and SVD module 66. These modules 62, 64, and 66 may be implemented as part of a blind separation processor 44. The PCA module 62 operates on the basis of the first and second moments of the various sums of the received source signals, while the ICA module 64 operates on the basis of the third and fourth moments of the same signals. SVD module 66 performs signal separation based on eigenvalues of various sums of received source signals.

Корреляционная обработка первоначально выполняемая модулем 62 PCA, определяет начальную матрицу 68(1) разделения для различных сумм сигналов источника, и затем модуль 64 ICA определяет улучшенную матрицу 68(2) разделения для разделения сигналов источника в матрице 46 смешивания. Если сигналы разделяются модулем 66 SVD, также определяется матрица 68(3) разделения для разделения различных сумм принятых сигналов источника в матрице 46 смешивания.The correlation processing initially performed by the PCA module 62 determines an initial separation matrix 68 (1) for various sums of source signals, and then the ICA module 64 determines an improved separation matrix 68 (2) for separating the source signals in the mixing matrix 46. If the signals are separated by SVD module 66, a separation matrix 68 (3) is also determined to separate the various sums of the received source signals in the mixing matrix 46.

Сигналы, выделенные из каждой соответствующей матрицы 68(1)-68(3) разделения, представлены ссылочной позицией 49. Затем выделенные сигналы 49 подвергаются анализу сигналов посредством модуля 70 анализа сигналов для определения того, какие сигналы представляют интерес, а какие сигналы являются источниками помех. Зависимый от приложения модуль 72 обработки обрабатывает сигналы, выводимые из модуля 70 анализа сигналов.The signals extracted from each respective separation matrix 68 (1) -68 (3) are represented by 49. The extracted signals 49 are then analyzed by the signal analysis module 70 to determine which signals are of interest and which signals are sources of interference . The application dependent processing module 72 processes the signals output from the signal analysis module 70.

Выбор относительно того, какие сигналы представляют интерес, может не всегда подразумевать конечный сигнал, который должен быть декодирован. Например, приложение может потребовать выявления источников помех и вычитания их из различных сумм принятых сигналов источника и затем подачи сокращенного сигнала на волновой декодер. В этом случае интересующими сигналами являются те, которые в конечном счете отбраковываются.The choice as to which signals are of interest may not always imply the final signal to be decoded. For example, an application may require identifying sources of interference and subtracting them from the various sums of the received source signals and then applying the reduced signal to the wave decoder. In this case, the signals of interest are those that are ultimately rejected.

Ранг матрицы 46 смешивания определяет, сколько сигналов может быть фактически выделено. Например, матрица смешивания, имеющая ранг 4, подразумевает, что могут быть выделены 4 сигнала источника. В идеале ранг матрицы 46 смешивания должен быть равен, по меньшей мере, количеству M источников сигнала. Чем больше ранг, тем больше сигналов, которые могут быть выделены. По мере увеличения количества M источников также увеличивается необходимое количество N антенных элементов. Патент '515, рассмотренный в разделе уровня техники, раскрывает, что количество N антенных элементов в приемнике равно или больше количества M антенных элементов в передатчике, то есть N≥М.The rank of the mixing matrix 46 determines how many signals can actually be extracted. For example, a mixing matrix having a rank of 4 implies that 4 source signals can be extracted. Ideally, the rank of the mixing matrix 46 should be equal to at least the number M of signal sources. The higher the rank, the more signals that can be highlighted. As the number of M sources increases, the required number of N antenna elements also increases. The '515 patent, discussed in the prior art section, discloses that the number N of antenna elements in a receiver is equal to or greater than the number M of antenna elements in a transmitter, i.e., N≥M.

Приемная антенная решетка 42 успешно принимает М различных сумм из М сигналов 34 источника с помощью N антенных элементов 33, причем N<М. N антенных элементов 43 формируют, по меньшей мере, М различных диаграмм направленности антенны для приема М различных сумм из М сигналов источника. М различных сумм из М сигналов 34 источника, принятых N антенными элементами 43 в приемной антенной решетке 42, используются для заполнения матрицы 46 смешивания таким образом, чтобы матрица смешивания имела ранг, равный, по меньшей мере, М.The receiving antenna array 42 successfully receives M different sums from M source signals 34 using N antenna elements 33, wherein N <M. N antenna elements 43 form at least M different antenna patterns for receiving M different sums from M source signals. M different sums of the M source signals 34 received by the N antenna elements 43 in the receiver array 42 are used to populate the mixing matrix 46 so that the mixing matrix has a rank of at least M.

Как отмечено выше, ранг матрицы 46 смешивания определяет, сколько сигналов может фактически быть выделено. Чем больше ранг, тем больше сигналов может быть выделено. Следовательно, компактная приемная антенная решетка 42, имеющая N антенных элементов 43, что является меньше, чем М антенных элементов 33 в передающей антенной решетке 32, может использоваться приемником 40 системы MIMO, и при этом по-прежнему обеспечивается надежная система 20 связи MIMO.As noted above, the rank of the mixing matrix 46 determines how many signals can actually be extracted. The higher the rank, the more signals can be highlighted. Therefore, a compact receiving antenna array 42 having N antenna elements 43, which is smaller than the M antenna elements 33 in the transmitting antenna array 32, can be used by the receiver 40 of the MIMO system, while still providing a reliable MIMO communication system 20.

Хотя М линейно независимых сумм являются необходимым минимумом для поддержки полной реализации MIMO для М элементов 34 передающей антенны, имеются преимущества для превышения М. Например, не все N антенных элементов 43 в приемной антенной решетке 42 могут быть ориентированы для приема М линейно независимых сумм. Аналогичным образом не все принятые суммы являются достаточно линейно независимыми. Может также существовать L других сигналов, которые ухудшают соотношение сигнал/шум в дополнение к М известным разделяемым потокам сигналов.Although M linearly independent sums are a necessary minimum to support the full implementation of MIMO for M transmit antenna elements 34, there are advantages to exceed M. For example, not all N antenna elements 43 in receive antenna array 42 may be oriented to receive M linearly independent sums. Similarly, not all accepted amounts are linearly independent enough. There may also be L other signals that degrade the signal-to-noise ratio in addition to the M known shared signal streams.

Следовательно, выгодно использовать преимущество увеличения ранга матрицы смешивания до M+L, когда это возможно. Другое преимущество выделения источников помех или шума представляет собой получающееся в результате сокращение отношения сигнал-шум, что дает возможность более высоких скоростей передачи данных, более низких частот появления ошибок и/или уменьшенной мощности передачи.Therefore, it is advantageous to take advantage of increasing the rank of the mixing matrix to M + L whenever possible. Another advantage of isolating sources of interference or noise is the resulting reduction in the signal-to-noise ratio, which enables higher data rates, lower error rates and / or reduced transmission power.

Например, L сигналов 35 источника помех может существовать и оказывать помехи для разделения полезных сигналов 34 источника из матрицы смешивания, где L больше 1. Если увеличение ранга матрицы смешивания было исчерпано без необходимости добавления дополнительных антенных элементов, то добавление, по меньшей мере, одного дополнительного антенного элемента обеспечит дополнительное средство для увеличения ранга матрицы смешивания. Добавление дополнительных элементов может по-прежнему оставить количество элементов меньше М для классического подхода системы MIMO, или оно может увеличить количество элементов до М или даже увеличить его и сделать больше М. В зависимости от выигрышей, получаемых при увеличении ранга матрицы смешивания, сделать так может все еще быть целесообразным, даже если это увеличивает количество антенных элементов приемника. Например, матрица смешивания ранга M+L, требующая М элементов, часто будет лучшей реализацией по сравнению с реализацией с М элементами, использующей классический приемник с обработкой MIMO. Однако в целях иллюстрации настоящего изобретения последующее обсуждение сосредоточится на М сигналах источника.For example, L interference signal signals 35 may exist and interfere with the separation of useful source signals 34 from the mixing matrix, where L is greater than 1. If the increase in the rank of the mixing matrix has been exhausted without the need for adding additional antenna elements, then adding at least one additional the antenna element will provide additional means for increasing the rank of the mixing matrix. Adding additional elements can still leave the number of elements less than M for the classical MIMO approach, or it can increase the number of elements to M or even increase it and make more M. Depending on the winnings obtained by increasing the rank of the mixing matrix, it can still be appropriate, even if this increases the number of antenna elements of the receiver. For example, a mix matrix of rank M + L, requiring M elements, will often be a better implementation compared to an implementation with M elements using a classic receiver with MIMO processing. However, in order to illustrate the present invention, the following discussion will focus on M source signals.

Имеется несколько различных вариантов воплощения приемной антенной решетки 42. N антенных элементов 43 могут быть коррелированы для формирования фазированной решетки. В другом варианте воплощения N коррелированных антенных элементов 43 могут содержать, по меньшей мере, один активный антенный элемент и до N-1 пассивных антенных элементов формирования антенны с коммутируемым лучом. Кроме того, по меньшей мере, два из N коррелированных антенных элементов могут иметь различные поляризации.There are several different embodiments of the receiving antenna array 42. N antenna elements 43 may be correlated to form a phased array. In another embodiment, the N correlated antenna elements 43 may comprise at least one active antenna element and up to N-1 passive antenna elements for forming a switched beam antenna. In addition, at least two of the N correlated antenna elements may have different polarizations.

Другие варианты воплощения приемной антенной решетки 42 могут оказывать эффект умножения на принятые М различных сумм из М сигналов источника. Это успешно позволяет дополнительно увеличить ранг матрицы 46 смешивания без необходимости увеличивать количество N антенных элементов 43 в приемной антенной решетке 42. Посредством увеличения ранга матрицы 46 смешивания процессором 44 слепого разделения сигналов может быть выделено больше сигналов.Other embodiments of the receiving antenna array 42 may have a multiplication effect on received M different sums from M source signals. This successfully allows one to further increase the rank of the mixing matrix 46 without having to increase the number N of antenna elements 43 in the receiving antenna array 42. By increasing the rank of the mixing matrix 46, more signals can be extracted by the blind signal separation processor 44.

Эффект умножения для количества принятых М различных сумм из М сигналов 34 источника может быть достигнут с использованием одного или комбинации следующих методов. Отклонение решетки приводит к изменению наклона диаграммы направленности антенны для приема дополнительных сумм сигналов 34 источника. Выбор путей может быть выполнен таким образом, чтобы все суммы сигналов 34 источника, используемые для заполнения матрицы 46 смешивания, были коррелированы и/или статистически независимы. Разделение сигнала также может использоваться для дополнительного заполнения матрицы 46 смешивания. Различные суммарные сигналы могут разделяться с использованием расширяющих кодов, или они могут разделяться на синфазную (I) и квадратурную (Q) составляющие.The multiplication effect for the number of received M different sums from M source signals 34 can be achieved using one or a combination of the following methods. The deviation of the lattice leads to a change in the slope of the antenna pattern to receive additional sums of signals 34 of the source. The path selection can be made so that all the sums of the source signals 34 used to populate the mixing matrix 46 are correlated and / or statistically independent. Signal separation can also be used to further populate the mixing matrix 46. Various summed signals may be separated using spreading codes, or they may be divided into common mode (I) and quadrature (Q) components.

Теперь со ссылкой на фиг.3-6 будут более подробно рассмотрены различные варианты воплощения приемной антенной решетки. Со ссылкой на фиг.3 будет рассмотрено отклонение антенной решетки. Приемная антенная решетка 142 содержит N антенных элементов 143 для формирования N начальных диаграмм направленности антенны для приема N различных сумм из М сигналов источника. Приемная антенная решетка 142 также содержит контроллер 141 наклона для выборочного изменения наклона, по меньшей мере, одной из N начальных диаграмм направленности антенны для формирования, по меньшей мере, одной дополнительной диаграммы направленности антенны таким образом, чтобы тем самым была принята, по меньшей мере, одна дополнительная другая сумма из М сигналов источника.Now, with reference to FIGS. 3-6, various embodiments of the receiving antenna array will be discussed in more detail. With reference to FIG. 3, deviation of the antenna array will be considered. The receiving antenna array 142 comprises N antenna elements 143 for generating N initial antenna patterns for receiving N different sums from M source signals. The receiver antenna array 142 also includes a tilt controller 141 for selectively tilting at least one of the N initial antenna patterns to form at least one additional antenna pattern so that at least one is received one additional other sum of M source signals.

Приемник 140 соединен с приемной антенной решеткой 142 и принимает N различных сумм из М сигналов источника с использованием N начальных диаграмм направленности антенны, а также принимает, по меньшей мере, одну дополнительную другую сумму из М сигналов источника с использованием, по меньшей мере, одной дополнительной диаграммы направленности антенны.The receiver 140 is connected to the receiving antenna array 142 and receives N different sums of M source signals using N initial antenna patterns, and also receives at least one additional other sum of M source signals using at least one additional radiation patterns of the antenna.

Процессор 144 слепого разделения сигналов соединен с приемником 140 для формирования матрицы 146 смешивания, содержащей N различных сумм из М сигналов источника и, по меньшей мере, одну дополнительную другую сумму из М сигналов источника. Матрица смешивания имеет ранг, равный N плюс количество дополнительных различных сумм из М сигналов источников, принятых с использованием дополнительных диаграмм направленности антенны. Получающийся в результате ранг матрицы 146 смешивания равен, по меньшей мере, М. Процессор 144 выделяет полезные сигналы из матрицы 146 смешивания.Blind signal separation processor 144 is coupled to receiver 140 to form a mixing matrix 146 containing N different sums of M source signals and at least one additional other sum of M source signals. The mixing matrix has a rank of N plus the number of additional different sums of M source signals received using additional antenna patterns. The resulting rank of the mixing matrix 146 is at least M. The processor 144 extracts useful signals from the mixing matrix 146.

В общем случае любое средство антенной решетки, которое обеспечивает суммы сигналов, подходящие для увеличения ранга матрицы смешивания, может быть использовано с механизмом отклонения. Отклонение формирует две различные и пригодные для использования с матрицей смешивания суммы сигналов для каждого из средств антенной решетки. Поэтому посредством использования этого метода имеется эффект умножения на 2.In general, any antenna array means that provides sums of signals suitable to increase the rank of the mixing matrix can be used with a deflection mechanism. The deviation forms two different and suitable for use with the mixing matrix sums of signals for each of the means of the antenna array. Therefore, by using this method, there is the effect of multiplying by 2.

Если отклонение антенной решетки сегментируется на K различных областей, связанных с антенной, каждая из K областей может обеспечить 2 независимые области отклонения и записи в матрицу смешивания. Например, если антенная решетка может обеспечить N сумм сама по себе и имеется K различных областей отклонения, количество сумм сигналов в матрице смешивания может составить 2NK.If the deviation of the antenna array is segmented into K different regions associated with the antenna, each of the K regions can provide 2 independent regions of deviation and recording in the mixing matrix. For example, if the antenna array can provide N sums per se and there are K different deviation regions, the number of sums of signals in the mixing matrix can be 2NK.

Разделение сигналов источника, обеспеченных посредством М источников сигналов, на основе выбора путей, будет рассмотрено со ссылкой на фиг.4. Приемная антенная решетка 242 содержит N элементов 243 для формирования, по меньшей мере, N антенных лучей для приема, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника, где N и М больше 2.Separation of source signals provided by M signal sources based on path selection will be discussed with reference to FIG. 4. The receiving antenna array 242 contains N elements 243 for generating at least N antenna beams for receiving at least N different sums of M source signals, where N and M are greater than 2.

Контроллер 250 соединен с антенной решеткой 242 для выборочного формирования, по меньшей мере, N антенных лучей. Блок 240 приемника соединен с антенной решеткой 242 для приема, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника. Процессор 244 слепого разделения сигналов соединен с блоком приемника для формирования матрицы 246 смешивания, содержащей, по меньшей мере, до N различных сумм из М сигналов источника.A controller 250 is coupled to the antenna array 242 to selectively form at least N antenna beams. A receiver unit 240 is coupled to the antenna array 242 to receive at least N different sums of M source signals. Blind signal separation processor 244 is coupled to a receiver unit to form a mixing matrix 246 containing at least up to N different sums of M source signals.

Процессор 244 разделения сигналов также определяет, являются ли различные суммы из М сигналов источника коррелированными или статистически независимыми, и если нет, то взаимодействует с контроллером 250 для формирования различных лучей для приема новых различных сумм из М сигналов источника, чтобы заменить различные суммы из М сигналов источника, которые не являются коррелированными или статистически независимыми, в матрице 246 смешивания. В результате, по меньшей мере, М различных сумм сигналов источника принимается таким образом, чтобы матрица смешивания имела ранг, равный, по меньшей мере, М. Затем полезные сигналы источника выделяются из матрицы 246 смешивания.The signal separation processor 244 also determines whether the different sums of the M source signals are correlated or statistically independent, and if not, then interacts with the controller 250 to generate different beams to receive different new sums of the M source signals to replace the different sums of M signals sources that are not correlated or statistically independent in the mixing matrix 246. As a result, at least M different sums of the source signals are received so that the mixing matrix has a rank of at least M. Then, the useful source signals are extracted from the mixing matrix 246.

Многоканальный (rake) приемник является приемником радиосигналов, выполненным для противодействия эффектам многолучевого замирания. Это реализуется посредством использования нескольких независимых приемников, каждый из которых имеет небольшую задержку для настройки на индивидуальную составляющую многолучевого распространения. Он может использоваться большинством типов сетей радиодоступа. Он оказался особенно выгодным для типов модуляции с расширяющими кодами. Его способность выбирать конкретные пути прихода сигналов делает его подходящим в качестве средства для изменения путей, подаваемых на процессор 244 слепого разделения сигналов.A multi-channel (rake) receiver is a radio signal receiver designed to counteract the effects of multipath fading. This is realized through the use of several independent receivers, each of which has a small delay for tuning to the individual component of multipath propagation. It can be used by most types of radio access networks. It has proven to be particularly beneficial for modulation types with extension codes. Its ability to select specific signal paths makes it suitable as a means to change the paths supplied to the blind signal separation processor 244.

Выборочное формирование N лучей антенны, рассмотренное выше, может быть применено ко всем сетям беспроводного доступа, как легко поймут специалисты в области техники. Для систем множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) блок 240 приемника содержит N многоканальных приемников 256. Каждый многоканальный приемник 256 содержит k отводов (rake-каналов) для выбора k различных составляющих многолучевого распространения для каждой из N различных сумм из М сигналов источника, принятых соответствующим антенным элементом, соединенных с ними. В этой конфигурации процессор 244 слепого разделения сигналов соединен с N многоканальными приемниками 256 для формирования матрицы 246 смешивания. Матрица 246 смешивания содержит, по меньшей мере, до kN различных составляющих многолучевого распространения, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника, и матрица смешивания имеет ранг, который составляет до kN, где kN, по меньшей мере, равно М.The selective formation of N beams of the antenna, discussed above, can be applied to all wireless access networks, as experts in the field of technology will easily understand. For code division multiple access (CDMA) systems, the receiver unit 240 contains N multi-channel receivers 256. Each multi-channel receiver 256 contains k rake channels for selecting k different multipath components for each of N different sums from M source signals, received by the corresponding antenna element connected to them. In this configuration, blind signal separation processor 244 is coupled to N multi-channel receivers 256 to form a mixing matrix 246. The mixing matrix 246 contains at least up to kN different multipath components of at least N different sums of M source signals, and the mixing matrix has a rank that is up to kN, where kN is at least M.

В частности, когда сигналы CDMA распространяются, они часто испытывают множество путей распространения от источника до адресата. Многоканальный приемник 256 специально выполнен для приема нескольких из этих отдельных экземпляров и объединения их для более надежного декодирования сигналов. В то время как исходный сигнал распространяется вдоль каждого пути, его свойства изменяются в соответствии с уникальными характеристиками пути распространения. При некоторых обстоятельствах модификация корреляции и/или статистических свойств принятого сигнала будет достаточно большой для того, чтобы они могли рассматриваться как разделяемые потоки сигналов. Измененный многоканальный приемник 256 может использоваться для извлечения каждого измененного потока и подачи его в качестве уникального ввода для матрицы 246 смешивания. Хотя это средство увеличения ранга будет не всегда доступно, оно обычно будет доступным в средах с высоким многолучевым распространением, когда это будет наиболее вероятно необходимо.In particular, when CDMA signals propagate, they often experience many propagation paths from source to destination. The multi-channel receiver 256 is specifically designed to receive several of these individual instances and combine them for more reliable decoding of signals. While the original signal propagates along each path, its properties change in accordance with the unique characteristics of the propagation path. Under some circumstances, the modification of the correlation and / or statistical properties of the received signal will be large enough to be considered as shared signal streams. The modified multi-channel receiver 256 can be used to extract each changed stream and supply it as a unique input to the mixing matrix 246. Although this ranking tool will not always be available, it will usually be available in high multipath environments when it is most likely to be needed.

В то время как многоканальный приемник 256 может использовать различные пути распространения, более общим подходом, применимым к любому методу модуляции, является формирование луча. Оно отличается от многоканального приемника 256, так как формирование луча используется для улучшения полезного сигнала, а также для режекции полезного сигнала. Однако различие в том, что режектированный сигнал может фактически являться другой версией сигнала, предназначенного для приемника. Однако блоку 240 приемника нужно обнаружить несколько этих уникальных версий пути распространения одного и того же сигнала, чтобы построить матрицу 246 смешивания до достаточного ранга.While the multi-channel receiver 256 may use different propagation paths, a more general approach applicable to any modulation technique is beamforming. It differs from the multi-channel receiver 256, since beamforming is used to improve the useful signal, as well as to reject the useful signal. However, the difference is that the rejected signal may actually be a different version of the signal intended for the receiver. However, receiver unit 240 needs to detect several of these unique versions of the propagation path of the same signal in order to build the mixing matrix 246 to a sufficient rank.

Разделение сигналов также используется для дополнительного заполнения матрицы A смешивания. В одном подходе суммарные сигналы разделяются с использованием расширяющих кодов. В другом подходе сигналы суммирования разделяются с использованием синфазного (I) и квадратурного (Q) модулей.Signal separation is also used to further populate the mixing matrix A. In one approach, the summed signals are separated using spreading codes. In another approach, the summation signals are separated using in-phase (I) and quadrature (Q) modules.

Теперь со ссылкой на фиг.5 будет рассмотрено разделение сигналов с использованием расширяющих кодов. Приемная антенная решетка 342 содержит N антенных элементов 343 для приема, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника. Блок 350 сжатия кода соединен с N антенными элементами 343 для декодирования, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника. Каждая из N различных сумм включает в себя k кодов для обеспечения k различных сумм из М сигналов источника, связанных с ней.Now, with reference to FIG. 5, signal separation using spreading codes will be considered. The receiving antenna array 342 contains N antenna elements 343 for receiving at least N different sums of M source signals. Code compression unit 350 is connected to N antenna elements 343 for decoding at least N different sums of M source signals. Each of N different sums includes k codes to provide k different sums of M source signals associated with it.

Блок 340 приемника соединен с блоком 350 сжатия кода для приема, по меньшей мере, kN различных сумм из М сигналов источника. Процессор 344 слепого разделения сигналов соединен с блоком 340 приемника для формирования матрицы 346 смешивания, содержащей, по меньшей мере, kN различных сумм из М сигналов источника. Матрица 346 смешивания имеет ранг, равный до kN, где получающийся в результате ранг равен, по меньшей мере, М. Процессор 344 слепого разделения сигналов выделяет полезные сигналы источника из матрицы 346 смешивания.A receiver unit 340 is coupled to a code compression unit 350 for receiving at least kN different sums from M source signals. Blind signal separation processor 344 is coupled to receiver unit 340 to form a mixing matrix 346 containing at least kN different sums of M source signals. The mixing matrix 346 has a rank equal to kN, where the resulting rank is at least M. Blind signal separation processor 344 extracts useful source signals from the mixing matrix 346.

В зависимости от модуляции принятых сигналов описанное выше разделение сигналов может использоваться для увеличения ранга матрицы смешивания без увеличения количества N антенных элементов. Системы стандартов CDMA IS-95, CDMA2000 и WCDMA являются примерами систем связи с расширением спектра, в которых используются расширяющие коды. Общий момент заключается в том, что уникальный код обрабатывается с каждым сигналом для расширения данных по большей полосе частот.Depending on the modulation of the received signals, the above signal separation can be used to increase the rank of the mixing matrix without increasing the number N of antenna elements. CDMA standard systems IS-95, CDMA2000 and WCDMA are examples of spread spectrum communications systems using spreading codes. The common point is that a unique code is processed with each signal to expand the data over a larger frequency band.

Тот же самый расширяющий код обрабатывается с принятой суммой сигналов (полезным сигналом, нежелательными сигналами и неизвестными источниками шума). Это воссоздает полезный сигнал обратно к его первоначальной ширине полосы частот, в то время как помехи расширяются по широкой полосе частот.The same spreading code is processed with the received sum of signals (useful signal, unwanted signals and unknown noise sources). This recreates the useful signal back to its original frequency bandwidth, while the interference spreads over a wide frequency band.

Перечисленные выше реализации CDMA фактически имеют много потоков сигналов, одновременно использующих одну и ту же полосу частот. Каждый поток сигналов использует код, который является идеально ортогональным ко всем другим. Если это условие соблюдается в декодере, это означает, что в результате будет сжат только интересующий сигнал.The CDMA implementations listed above actually have many signal streams that simultaneously use the same frequency band. Each signal stream uses a code that is perfectly orthogonal to all others. If this condition is met in the decoder, it means that as a result only the signal of interest will be compressed.

Между сигналами CDMA часто имеется некоторая корреляция, таким образом наряду с полезным сигналом восстанавливаются сигналы, вносящие помехи. Это часто происходит из-за задержки, испытываемой отдельными сигналами, а также многолучевого распространения сигналов. Некоторые из нежелательных сигналов, особенно сигналы CDMA, увеличатся в значении. Увеличение не будет столь существенно, как для полезного сигнала, но оно все же увеличит общее значение шума и поэтому уменьшит отношение сигнал-шум.There is often some correlation between CDMA signals, so that along with a useful signal, interference signals are restored. This is often due to the delay experienced by individual signals, as well as the multipath propagation of signals. Some of the unwanted signals, especially CDMA signals, will increase in value. The increase will not be as significant as for a useful signal, but it will still increase the overall noise value and therefore decrease the signal-to-noise ratio.

Форма уравнения сжатых сигналов и самих сигналов отвечает критерию для обработки со слепым разделением сигналов. Фактически, если один из кодов сжатия отдельно применяется для каждого известного сигнала, принятого блоком 340 приемника, получаются отдельные суммы, которые отвечают требованиям модели ICA.The equation form of the compressed signals and the signals themselves meets the criterion for processing with blind separation of signals. In fact, if one of the compression codes is separately applied for each known signal received by the receiver unit 340, separate sums are obtained that meet the requirements of the ICA model.

Поэтому имеется столько записей строк, доступных для матрицы смешивания, сколько известных кодов, предполагая, конечно, что каждый из них формирует линейно независимую значимую величину. В правильных условиях это позволит увеличить матрицу смешивания до значения, большего, чем количество кодов. Например, N антенных элементов и М кодов могут обеспечить NM строк матрицы.Therefore, there are as many row entries available for the mixing matrix as there are known codes, assuming, of course, that each of them forms a linearly independent significant quantity. Under the right conditions, this will increase the mixing matrix to a value greater than the number of codes. For example, N antenna elements and M codes can provide NM matrix rows.

В иллюстративных целях предполагается, что известны 3 кода, и сигналы 3 известных кодов сохраняют свою ортогональность. В блоке 350 сжатия кода матрица A смешивания имеет каждую из 3 верхних строк и 3 нижние строки благодаря потоку антенны, после того как каждый поток был сжат с помощью 3 известных кодов. Диагональные значения равны 0 вследствие ортогональности кодов. Записи в столбцах 4, 5 и 6 предназначены для общего случая неизвестных сигналов того же самого индекса.For illustrative purposes, it is assumed that 3 codes are known, and the signals of 3 known codes retain their orthogonality. In the code compression unit 350, the mixing matrix A has each of the 3 upper rows and 3 lower rows due to the antenna stream, after each stream has been compressed using 3 known codes. The diagonal values are 0 due to the orthogonality of the codes. The entries in columns 4, 5 and 6 are for the general case of unknown signals of the same index.

Figure 00000001
Figure 00000001

Сигналы, соответствующие записям в столбцах 4, 5 и 6, могут являться другими версиями пути передачи известных кодов или другими сотовыми сигналами неизвестных кодов. Кроме того, один сигнал может быть гауссовым, и другой сигнал являться любой группой сигналов CDMA, подчиняющейся теореме о центральном пределе, таким образом они выглядят как один гауссов сигнал, например, 4 канала. Другими словами, достаточное количество неслучайных сигналов будет добавляться к гауссову сигналу. Источники помех могут являться источниками не гауссовых сигналов или, по большей мере, одним гауссовом сигналом, неизвестным в сети.The signals corresponding to the entries in columns 4, 5 and 6 may be other versions of the transmission path of known codes or other cellular signals of unknown codes. In addition, one signal can be Gaussian, and the other signal can be any group of CDMA signals obeying the central limit theorem, so they look like one Gaussian signal, for example, 4 channels. In other words, a sufficient number of nonrandom signals will be added to the Gaussian signal. Interference sources may be sources of non-Gaussian signals or at least one Gaussian signal unknown to the network.

После сжатия известных кодов в блоке 350 сжатия кодов процессор 344 слепого разделения сигналов принимает матрицу 346 смешивания ранга 6. Ранг 6 получается на основе 2 элементов антенны, умноженных на коэффициент 3, поскольку известны 3 кода.After the known codes are compressed in the code compression unit 350, the blind separation processor 344 receives a rank 6 mixing matrix 346. Rank 6 is obtained based on 2 antenna elements times 3 by 3, since 3 codes are known.

6 сигналов подаются на процессор 344 слепого разделения сигналов, в котором формируется матрица 346 смешивания, имеющая ранг 6. Процессор 344 слепого разделения сигналов определяет матрицу W разделения только из принятых сигналов, измененных каналами: x=As, где A - матрица смешивания. В проиллюстрированном примере выделяемыми являются 6 сигналов.6 signals are supplied to the blind signal separation processor 344, in which a mixing matrix 346 having a rank 6 is formed. The blind signal separation processor 344 determines the separation matrix W only from the received signals changed by channels: x = As, where A is the mixing matrix. In the illustrated example, 6 signals are allocated.

Процессор 344 слепого разделения сигналов выбирает сигналы, которые будут декодированы. Например, сигналы источников помех могут быть отброшены, а выбраны все версии полезных сигналов. Выбранные сигналы подаются на модуль демодулятора для демодуляции. Демодулятор использует известные методы выравнивания, которые комбинируют многолучевые версии одного и того же сигнала.Blind signal separation processor 344 selects signals to be decoded. For example, signals from interference sources may be discarded, and all versions of useful signals selected. The selected signals are fed to the demodulator module for demodulation. The demodulator uses well-known equalization methods that combine multipath versions of the same signal.

В более общем случае значения на диагонали, для простоты показанные выше как 0, фактически могут быть отличными от нуля. Более обычным случаем будет тот, в котором свойства корреляции между кодированными сигналами не являются совершенными. Это будет представлять дополнительный шум для каждого выделенного сигнала. Однако, как показано ранее, ранг матрицы достаточен для выделения этих сигналов, таким образом их значение будет значительно уменьшено после обработки со слепым разделением сигналов. Это приводит к уменьшению шума, увеличению отношения сигнал/шум и, как указано законом Шеннона, увеличению пропускной способности канала.In a more general case, the values on the diagonal, for simplicity shown above as 0, can actually be nonzero. A more common case will be one in which the correlation properties between the encoded signals are not perfect. This will represent additional noise for each selected signal. However, as shown earlier, the matrix rank is sufficient to isolate these signals, so their value will be significantly reduced after processing with blind separation of signals. This leads to a decrease in noise, an increase in the signal-to-noise ratio and, as indicated by Shannon's law, an increase in channel capacity.

Теперь обратимся к фиг.6. Другой подход к увеличению ранга матрицы смешивания без увеличения количества N антенных элементов состоит в том, чтобы разделить принятый смешанный сигнал на его синфазную (I) и квадратурную (Q) составляющие. Составляющие I и Q когерентного радиосигнала являются составляющими, амплитуды которых одинаковы, а фазы отстоят на 90 градусов.Now turn to Fig.6. Another approach to increasing the rank of the mixing matrix without increasing the number N of antenna elements is to divide the received mixed signal into its in-phase (I) and quadrature (Q) components. Components I and Q of a coherent radio signal are components whose amplitudes are the same and the phases are 90 degrees apart.

Приемная антенная решетка 442 содержит N антенных элементов 443 для приема, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника. Соответствующий модуль 450 синфазной и квадратурной составляющих находится в нисходящем направлении от каждого антенного элемента 443 для выделения каждой из N различных сумм из М сигналов источника, тем самым принятых в набор синфазной и квадратурной составляющих.The receiving antenna array 442 contains N antenna elements 443 for receiving at least N different sums from M source signals. The corresponding module 450 in-phase and quadrature components is located in the downward direction from each antenna element 443 to extract each of N different sums from the M source signals, thereby being received in the set of in-phase and quadrature components.

Блок 440 приемника находится в нисходящем направлении от каждого модуля 450 синфазной и квадратурной составляющих для приема, по меньшей мере, N наборов синфазных и квадратурных составляющих для, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника. Процессор 444 слепого разделения сигналов находится в нисходящем направлении от блока 440 приемника для формирования матрицы 446 смешивания, содержащей, по меньшей мере, 2N различных сумм из М сигналов источника. Каждый набор синфазной и квадратурной составляющих обеспечивает 2 записи в матрицу 446 смешивания. Матрица смешивания 446 имеет ранг, равный до 2N, и процессор 444 слепого разделения сигналов выделяет полезные сигналы 514 из матрицы 512 смешивания.The receiver unit 440 is in the downstream direction from each common-mode and quadrature component module 450 for receiving at least N sets of common-mode and quadrature components for at least N different sums of M source signals. Blind signal separation processor 444 is in a downstream direction from receiver unit 440 to form a mixing matrix 446 containing at least 2N different sums of M source signals. Each set of in-phase and quadrature components provides 2 entries to the mixing matrix 446. The mixing matrix 446 has a rank of up to 2N, and the blind signal separation processor 444 extracts useful signals 514 from the mixing matrix 512.

Посредством разделения принятых смешанных сигналов на составляющие I и Q размер матрицы смешивания увеличивается в 2 раза. Поскольку составляющие I и Q и закодированы с помощью различных потоков данных, смешанный сигнал, принятый на любом антенном элементе, может быть разбит на два различных смешанных сигнала.By dividing the received mixed signals into components I and Q, the size of the mixing matrix is doubled. Since the I and Q components are encoded using different data streams, the mixed signal received at any antenna element can be split into two different mixed signals.

В случае дифференциального кодирования должен быть проанализирован характер модуляции, чтобы определить, отвечают ли составляющие I и Q требованию линейности. Например, для глобальной системы мобильной связи (GSM) было показано, что кодирование GMSK может считаться линейным при использовании с соответствующим фильтрованием и обработке в приемнике, как будто оно является кодированием с помощью двоичной фазовой манипуляции (BPSK). Так как BPSK отвечает требованиям для обработки со слепым разделением сигналов, может использоваться описанный процесс составляющих I и Q.In the case of differential coding, the nature of the modulation should be analyzed to determine if components I and Q meet the linearity requirement. For example, for the Global System for Mobile Communications (GSM), it has been shown that GMSK encoding can be considered linear when used with appropriate filtering and receiver processing, as if it were binary phase shift keying (BPSK) encoding. Since the BPSK meets the requirements for signal blind processing, the described process of I and Q components can be used.

Составляющие I и Q могут использоваться с любым из описанных выше вариантов воплощения антенной решетки для заполнения матрицы A смешивания. При использовании составляющих I и Q матрица A смешивания может быть заполнена, как будто использовалось в 2 раза большее количество антенных элементов. Антенные элементы могут иметь любой вид разнесения, например некоррелированое, коррелированное или по поляризации. N антенных элементов при разбиении суммы сигнала каждого элемента на составляющие I и Q обеспечивают 2N независимых смешанных сумм сигналов. В результате ранг матрицы смешивания составляет 2N, где 2N, по меньшей мере, равно или больше М.Components I and Q can be used with any of the antenna array embodiments described above to populate the mixing matrix A. When using components I and Q, the mixing matrix A can be filled, as if a 2 times larger number of antenna elements were used. Antenna elements can have any kind of diversity, for example, uncorrelated, correlated, or polarized. N antenna elements when dividing the sum of the signal of each element into components I and Q provide 2N independent mixed sums of signals. As a result, the rank of the mixing matrix is 2N, where 2N is at least equal to or greater than M.

Этот механизм может также использоваться с методом отклонения антенной решетки для создания большего количества сумм сигналов. Каждая из этих сумм может в свою очередь также быть разделена на составляющие I и Q. Коэффициент 2 от разделения на составляющие I и Q, N антенных элементов и K областей отклонения для антенной решетки обеспечивают 2KN сумм для матрицы смешивания.This mechanism can also be used with the antenna deflection method to create more signal sums. Each of these sums can in turn also be divided into components I and Q. The coefficient 2 from separation into components I and Q, N antenna elements and K deviation regions for the antenna array provide 2KN sums for the mixing matrix.

Многие модификации и другие варианты воплощения изобретения будучи понятны специалистам в данной области техники на основе решений, представленных в предшествующем описании и на относящихся к нему чертежах. Поэтому подразумевается, что изобретение не должно быть ограничено конкретными раскрытыми вариантами воплощения и что модификации и варианты воплощения входят в объем приложенной формулы изобретения.Many modifications and other embodiments of the invention will be understood by those skilled in the art based on the solutions presented in the foregoing description and the related drawings. Therefore, it is understood that the invention should not be limited to the particular embodiments disclosed, and that modifications and embodiments are included within the scope of the appended claims.

Claims (24)

1. Система связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO), содержащая:
передатчик, выполненный с возможностью передачи М сигналов источника;
передающую антенную решетку, соединенную с упомянутым передатчиком и содержащую М антенных элементов для передачи М сигналов источника;
приемную антенную решетку, содержащую N антенных элементов для приема, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов источника, где N меньше М;
приемник, соединенный с указанной приемной антенной решеткой и выполненный
с возможностью приема, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов источника, и
процессор разделения сигналов, соединенный с упомянутым приемником, для формирования матрицы смешивания, содержащей, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов источника, таким образом, чтобы матрица смешивания имела ранг, равный, по меньшей мере, М;
причем упомянутый процессор разделения сигналов предназначен для выделения полезных сигналов источника из матрицы смешивания.
1. Communication system with multiple inputs and multiple outputs (MIMO), containing:
a transmitter configured to transmit M source signals;
a transmitting antenna array connected to said transmitter and comprising M antenna elements for transmitting M source signals;
a receiving antenna array containing N antenna elements for receiving at least M different sums from M source signals, where N is less than M;
a receiver connected to the specified receiving antenna array and made
with the possibility of receiving at least M different amounts from M source signals, and
a signal separation processor coupled to said receiver for generating a mixing matrix comprising at least M different sums of M source signals, so that the mixing matrix has a rank of at least M;
moreover, said signal separation processor is designed to extract useful source signals from a mixing matrix.
2. Система связи MIMO по п.1, в которой L сигналов источника помех существуют и оказывают помехи для выделения полезных сигналов источника из матрицы смешивания, где L больше 1; причем упомянутая матрица смешивания также увеличивает свой ранг с помощью L сумм в дополнение к М различным суммам из М сигналов источника таким образом, чтобы матрица смешивания имела ранг, равный, по меньшей мере, M+L.2. The MIMO communication system according to claim 1, in which L interference source signals exist and interfere with extracting useful source signals from the mixing matrix, where L is greater than 1; wherein said mixing matrix also increases its rank with L sums in addition to M different sums from M source signals so that the mixing matrix has a rank of at least M + L. 3. Система связи MIMO по п.1, в которой упомянутая приемная антенная решетка содержит N коррелированных антенных элементов для формирования фазированной антенной решетки.3. The MIMO communication system according to claim 1, wherein said receiving antenna array contains N correlated antenna elements for forming a phased antenna array. 4. Система связи MIMO по п.1, в которой упомянутая приемная антенная решетка содержит N коррелированных антенных элементов, упомянутые N коррелированных антенных элементов содержат, по меньшей мере, один активный антенный элемент и до N-1 пассивных антенных элементов для формирования антенны с коммутируемым лучом.4. The MIMO communication system according to claim 1, wherein said receiving antenna array contains N correlated antenna elements, said N correlated antenna elements contain at least one active antenna element and up to N-1 passive antenna elements for forming a switched antenna ray. 5. Система связи MIMO по п.1, в которой каждая сумма из М сигналов источника является линейной.5. The MIMO communication system according to claim 1, in which each sum of M source signals is linear. 6. Система связи MIMO по п.1, в которой упомянутая приемная антенная решетка содержит N коррелированных антенных элементов, и, по меньшей мере, два из упомянутых N коррелированных антенных элементов имеют различные поляризации.6. The MIMO communication system according to claim 1, wherein said receiving antenna array contains N correlated antenna elements, and at least two of said N correlated antenna elements have different polarizations. 7. Система связи MIMO по п.6, в которой различные поляризации являются ортогональными друг к другу.7. The MIMO communication system according to claim 6, in which the various polarizations are orthogonal to each other. 8. Система связи MIMO по п.1, в которой упомянутая приемная антенная решетка формирует N начальных диаграмм направленности антенны для приема, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника; и дополнительно содержит контроллер наклона, соединенный с упомянутой приемной антенной решеткой, для выборочного изменения наклона, по меньшей мере, одной из N начальных диаграмм направленности антенны таким образом, чтобы была сформирована, по меньшей мере, одна дополнительная другая диаграмма направленности антенны для приема, по меньшей мере, одной дополнительной суммы из М сигналов источника; причем матрица смешивания дополнительно содержит, по меньшей мере, одну дополнительную другую сумму из М сигналов источника, матрица смешивания имеет ранг, равный N плюс количество дополнительных различных сумм из М сигналов источника, принятых с использованием дополнительных диаграмм направленности антенны, получающийся в результате ранг равен, по меньшей мере, М.8. The MIMO communication system according to claim 1, wherein said receiving antenna array generates N initial antenna patterns for receiving at least N different sums from M source signals; and further comprises a tilt controller connected to said receiving antenna array for selectively varying the tilt of at least one of the N initial antenna patterns so that at least one additional other antenna pattern for receiving is formed at least one additional sum of M source signals; moreover, the mixing matrix additionally contains at least one additional other sum of M source signals, the mixing matrix has a rank equal to N plus the number of different different sums of M source signals received using additional radiation patterns of the antenna, the resulting rank is at least M. 9. Система связи MIMO по п.1, в которой упомянутая приемная антенная решетка формирует, по меньшей мере, N антенных лучей для приема, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника, где N и М больше 2; и дополнительно содержит контроллер, соединенный с упомянутой приемной антенной решеткой для выборочного формирования, по меньшей мере, N антенных лучей; причем упомянутый процессор разделения сигналов также определяет, являются ли различные суммы из М сигналов источника коррелированными или статистически независимыми, и если нет, то взаимодействует с упомянутым контроллером для формирования различных лучей для приема новых различных сумм из М сигналов источника, чтобы заменить различные суммы из М сигналов источника, которые не являются коррелированными или статистически независимыми в матрице смешивания, таким образом, чтобы ранг был равен, по меньшей мере, М.9. The MIMO communication system according to claim 1, wherein said receiving antenna array generates at least N antenna beams for receiving at least N different sums of M source signals, where N and M are greater than 2; and further comprises a controller connected to said receiving antenna array for selectively generating at least N antenna beams; wherein said signal separation processor also determines whether different sums of M source signals are correlated or statistically independent, and if not, then interacts with said controller to generate different beams to receive different new sums of M source signals to replace different sums of M source signals that are not correlated or statistically independent in the mixing matrix, so that the rank is equal to at least M. 10. Система связи MIMO по п.1, дополнительно содержащая блок кодового сжатия, соединенный с упомянутыми N антенными элементами для декодирования, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника, каждая из N различных сумм содержит k кодов для обеспечения k различных сумм; причем упомянутый приемник соединен с упомянутым блоком кодового сжатия для приема, по меньшей мере, kN различных сумм из М сигналов источника; причем упомянутый процессор разделения сигналов формирует матрицу смешивания, содержащую, по меньшей мере, kN различных сумм из М сигналов источника, с получающимся в результате рангом, равным, по меньшей мере, М.10. The MIMO communication system according to claim 1, further comprising a code compression unit coupled to said N antenna elements for decoding at least N different sums of M source signals, each of N different sums containing k codes to provide k different sums ; wherein said receiver is connected to said code compression unit for receiving at least kN different sums from M source signals; wherein said signal separation processor generates a mixing matrix comprising at least kN different sums of M source signals, with the resulting rank equal to at least M. 11. Система связи MIMO по п.1, дополнительно содержащая модуль синфазной и квадратурной составляющих, соединенный в нисходящем направлении с каждым антенным элементом в упомянутой приемной антенной решетке для разделения каждой из принятых М различных сумм из М сигналов источника на набор из синфазной и квадратурной составляющей; причем упомянутый процессор, разделения сигналов формирует матрицу смешивания, содержащую, по меньшей мере, 2N различных сумм из М сигналов источника, каждый набор из синфазной и квадратурной составляющих обеспечивает 2 входных записи в матрицу смешивания с получающимся в результате рангом, равным, по меньшей мере, 2N, где 2N равно, по меньшей мере, М.11. The MIMO communication system according to claim 1, additionally containing a module of in-phase and quadrature components, connected in a downward direction with each antenna element in said receiving antenna array for dividing each of the received M different sums from M source signals into a set of in-phase and quadrature component ; wherein said signal separation processor forms a mixing matrix containing at least 2N different sums of M source signals, each set of in-phase and quadrature components provides 2 input entries to the mixing matrix with the resulting rank equal to at least 2N, where 2N is at least M. 12. Система связи MIMO по п.1, в которой упомянутый процессор разделения сигналов содержит процессор слепого разделения сигналов и выделяет полезные сигналы источника из матрицы смешивания на основе, по меньшей мере, одного из анализа основных составляющих (РСА), анализа независимых составляющих (ICA) и сингулярной декомпозиции (SVD).12. The MIMO communication system according to claim 1, wherein said signal separation processor comprises a blind signal separation processor and extracts useful source signals from the mixing matrix based on at least one of the main components analysis (PCA), analysis of the independent components (ICA ) and singular decomposition (SVD). 13. Система связи MIMO по п.1, в которой упомянутый процессор разделения сигналов выделяет полезные сигналы источника из матрицы смешивания на основе процесса извлечения сигналов с основанной на знании обработкой, причем процесс извлечения сигналов с основанной на знании обработкой выделяет полезные сигналы источника из матрицы смешивания на основе, по меньшей мере, одного из процесса обращения в нуль незначащих коэффициентов (ZF) и процесса минимального среднеквадратического оценивания (MMSE).13. The MIMO communication system according to claim 1, wherein said signal separation processor extracts useful source signals from the mixing matrix based on a knowledge-based signal extraction process, and the knowledge-based processing of signal extraction extracts useful source signals from the mixing matrix based on at least one of the process of vanishing insignificant coefficients (ZF) and the process of minimum mean square estimation (MMSE). 14. Система связи MIMO по п.1, в которой упомянутый процессор разделения сигналов выделяет полезные сигналы источника из матрицы смешивания на основе комбинации основанного на знании процесса извлечения сигналов и процесса слепого разделения сигналов.14. The MIMO communication system of claim 1, wherein said signal separation processor extracts useful source signals from a mixing matrix based on a combination of the knowledge-based signal extraction process and blind signal separation process. 15. Способ управления системой связи с множеством входов и множеством выходов (системой связи MIMO), содержащий этапы, на которых:
управляют передатчиком, выполненным с возможностью передачи М сигналов источника;
передают М сигналов источника от передающей антенной решетки, соединенной с передатчиком, причем передающая антенная решетка содержит М антенных элементов;
принимают принимающей антенной решеткой, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов источника, причем приемная антенная решетка содержит N антенных элементов, где N меньше М;
выдают в приемник, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов источника; и обрабатывают, посредством процессора слепого разделения сигналов, соединенного с приемником, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов источника, причем упомянутая обработка содержит этапы, на которых формируют матрицу смешивания, содержащую, по меньшей мере, М различных сумм из М сигналов источника таким образом, чтобы матрица смешивания имела ранг, равный, по меньшей мере, М, и выделяют полезные сигналы источника из матрицы смешивания.
15. A method for controlling a communication system with multiple inputs and multiple outputs (MIMO communication system), comprising the steps of:
controlling a transmitter configured to transmit M source signals;
transmitting M source signals from a transmitting antenna array connected to the transmitter, the transmitting antenna array containing M antenna elements;
receive at least M different sums of M source signals from the receiving antenna array, wherein the receiving antenna array contains N antenna elements, where N is less than M;
outputting to the receiver at least M different amounts from M source signals; and process, by means of a blind signal separation processor coupled to the receiver, at least M different sums from M source signals, said processing comprising the steps of: generating a mixing matrix comprising at least M different sums from M source signals so that the mixing matrix has a rank of at least M, and useful source signals are extracted from the mixing matrix.
16. Способ по п.15, в котором L сигналов источника помех существуют и оказывают помехи для выделения полезных сигналов источника из матрицы смешивания, где L больше 1; дополнительно содержащий добавление L дополнительных сумм к, по меньшей мере, М различным суммам из М сигналов источника таким образом, чтобы матрица смешивания имела ранг, равный, по меньшей мере, M+L.16. The method of claim 15, wherein L interference source signals exist and interfere with extracting useful source signals from the mixing matrix, where L is greater than 1; further comprising adding L additional sums to at least M different sums of the M source signals so that the mixing matrix has a rank of at least M + L. 17. Способ по п.15, в котором приемная антенная решетка содержит N коррелированных антенных элементов для формирования фазированной антенной решетки.17. The method according to clause 15, in which the receiving antenna array contains N correlated antenna elements for forming a phased antenna array. 18. Способ по п.15, в котором приемная антенная решетка содержит N коррелированных антенных элементов, N коррелированных антенных элементов содержат, по меньшей мере, один активный антенный элемент и до N-1 пассивных антенных элементов для формирования антенны с коммутируемым лучом.18. The method according to clause 15, in which the receiving antenna array contains N correlated antenna elements, N correlated antenna elements contain at least one active antenna element and up to N-1 passive antenna elements for forming a switched beam antenna. 19. Способ по п.15, в котором приемная антенная решетка содержит N коррелированных антенных элементов, причем, по меньшей мере, два из N коррелированных антенных элементов имеют различные поляризации.19. The method according to clause 15, in which the receiving antenna array contains N correlated antenna elements, and at least two of the N correlated antenna elements have different polarizations. 20. Способ по п.15, в котором приемная антенная решетка формирует N начальных диаграмм направленности антенны для приема, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника; и дополнительно содержит контроллер наклона, соединенный с приемной антенной решеткой, для выборочного изменения наклона, по меньшей мере, одной из N начальных диаграмм направленности антенны таким образом, чтобы была сформирована, по меньшей мере, одна дополнительная другая диаграмма направленности антенны для приема, по меньшей мере, одной дополнительной суммы из М сигналов источника; причем матрица смешивания дополнительно содержит, по меньшей, мере, одну дополнительную другую сумму из М сигналов источника, при этом матрица смешивания имеет ранг, равный N плюс количество дополнительных различных сумм из М сигналов источника, принятых с использованием дополнительных диаграмм направленности антенны, причем получающийся в результате ранг равен, по меньшей мере, М.20. The method according to clause 15, in which the receiving antenna array generates N initial antenna patterns for receiving at least N different sums of M source signals; and further comprises a tilt controller connected to the receiving antenna array, for selectively changing the tilt of at least one of the N initial antenna patterns so that at least one additional other antenna pattern is formed for receiving at least at least one additional sum of M source signals; moreover, the mixing matrix additionally contains at least one additional other sum of M source signals, and the mixing matrix has a rank equal to N plus the number of additional different sums of M source signals received using additional radiation patterns of the antenna, and obtained in the result is a rank of at least M. 21. Способ по п.15, в котором приемная антенная решетка формирует, по меньшей мере, N антенных лучей для приема, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника, где N и М больше 2; и дополнительно содержит контроллер, соединенный с приемной антенной решеткой для выборочного формирования, по меньшей мере, N антенных лучей, при этом упомянутый процессор слепого разделения сигналов также определяет, являются ли различные суммы из М сигналов источника коррелированными или статистически независимыми, и если нет, то взаимодействует с контроллером для формирования различных лучей для приема новых различных сумм из М сигналов источника, чтобы заменить различные суммы из М сигналов источника, которые не являются коррелированными или статистически независимыми в матрице смешивания, таким образом, чтобы ранг был равен, по меньшей мере, М.21. The method according to clause 15, in which the receiving antenna array generates at least N antenna beams for receiving at least N different sums of M source signals, where N and M are greater than 2; and further comprises a controller connected to the receiving antenna array for selectively generating at least N antenna beams, said blind signal separation processor also determining whether various sums of M source signals are correlated or statistically independent, and if not, then interacts with the controller to form different beams for receiving different new sums from M source signals to replace different sums from M source signals that are not correlated solid or statistically independent in the mixing matrix so that the rank is at least M. 22. Способ по п.15, дополнительно содержащий блок кодового сжатия, соединенный с N антенными элементами для декодирования, по меньшей мере, N различных сумм из М сигналов источника, каждая из N различных сумм содержит k кодов для обеспечения k различных сумм; причем приемник соединен с блоком кодового сжатия для приема, по меньшей мере, kN различных сумм из М сигналов источника; причем процессор слепого разделения сигналов формирует матрицу смешивания, содержащую, по меньшей мере, kN различных сумм из М сигналов источника, с получающимся в результате рангом, равным, по меньшей мере, М.22. The method of claim 15, further comprising a code compression unit coupled to N antenna elements for decoding at least N different sums of M source signals, each of N different sums containing k codes to provide k different sums; moreover, the receiver is connected to a code compression unit for receiving at least kN different sums from M source signals; moreover, the processor blind separation of the signals forms a mixing matrix containing at least kN different sums of M source signals, with the resulting rank equal to at least M. 23. Способ по п.15, дополнительно содержащий модуль синфазной и квадратурной составляющих, соединенный в нисходящем направлении с каждым антенным элементом в приемной антенной решетке для разделения каждой из принятых М различных сумм из М сигналов источника на набор из синфазной и квадратурной составляющей; причем процессор слепого разделения сигналов формирует матрицу смешивания, содержащую, по меньшей мере, 2N различных сумм из М сигналов источника, каждый набор из синфазной и квадратурной составляющих обеспечивает 2 входных записи в матрицу смешивания с получающимся в результате рангом, равным, по меньшей мере, 2N, где 2N равно, по меньшей мере, М.23. The method according to clause 15, further comprising a module of the in-phase and quadrature components, connected in a downward direction with each antenna element in the receiving antenna array to separate each of the received M different sums from the M source signals into a set of in-phase and quadrature component; moreover, the processor for blind separation of signals forms a mixing matrix containing at least 2N different sums of M source signals, each set of in-phase and quadrature components provides 2 input entries to the mixing matrix with the resulting rank equal to at least 2N where 2N is at least M. 24. Способ по п.15, в котором выделение полезных сигналов источника из матрицы смешивания основано на, по меньшей мере, одном из основанного на знаниях процесса извлечения сигналов и процесса слепого выделения сигналов, причем процесс извлечения сигналов с основанной на знании обработкой выделяет полезные сигналы источника из матрицы смешивания на основе, по меньшей мере, одного из процесса обращения в нуль незначащих коэффициентов (ZF) и процесса минимального среднеквадратического оценивания (MMSE). 24. The method according to clause 15, in which the selection of useful source signals from the mixing matrix is based on at least one of the knowledge-based process of extracting signals and the process of blindly extracting signals, the process of extracting signals with knowledge-based processing extracts useful signals source from the mixing matrix based on at least one of the process of vanishing of insignificant coefficients (ZF) and the process of minimum root mean square estimation (MMSE).
RU2008115506/09A 2005-09-22 2006-09-22 Diversity of directional pattern for supporting receiver of multiple-input and multiple-output (mimo) system and corresponding methods RU2387079C2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/233,329 US8031117B2 (en) 2004-09-23 2005-09-22 Blind signal separation using polarized antenna elements
US11/233,329 2005-09-22
US11/326,042 2006-01-05
US11/326,042 US7627052B2 (en) 2004-09-23 2006-01-05 Pattern diversity to support a MIMO receiver and associated methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008115506A RU2008115506A (en) 2009-10-27
RU2387079C2 true RU2387079C2 (en) 2010-04-20

Family

ID=39805837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008115506/09A RU2387079C2 (en) 2005-09-22 2006-09-22 Diversity of directional pattern for supporting receiver of multiple-input and multiple-output (mimo) system and corresponding methods

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JP2009510840A (en)
KR (1) KR100936202B1 (en)
CN (1) CN101273278A (en)
BR (1) BRPI0617544A2 (en)
IL (1) IL190368A0 (en)
RU (1) RU2387079C2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102215048A (en) * 2011-07-27 2011-10-12 中国人民解放军总参谋部第六十三研究所 Receiving method and receiving device of spread spectrum signals
CN104601233B (en) * 2013-10-30 2018-06-12 中南大学 MIMO visible light communication methods based on carrier wave distribution with ICA algorithm
CN107948114B (en) * 2017-11-15 2021-02-05 桂林电子科技大学 MIMO blind source signal separation system and signal separation method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6760388B2 (en) * 2001-12-07 2004-07-06 Qualcomm Incorporated Time-domain transmit and receive processing with channel eigen-mode decomposition for MIMO systems
RU2238611C1 (en) * 2002-04-09 2004-10-20 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Mobile communication device with plurality of transmitting and receiving antennas and relevant method for mobile communications
RU2005108590A (en) * 2002-08-27 2005-08-27 Квэлкомм Инкорпорейтед (US) ENCODED SYSTEMS WITH MANY INPUTS AND MANY OUTPUTS WITH SELECTED INVERSION OF CHANNELS APPLIED ON EACH OWN MODE

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040032910A1 (en) * 2002-08-13 2004-02-19 Jyhchau Horng MIMO systems with STTD encoding and dynamic power allocation
US7260153B2 (en) * 2002-09-09 2007-08-21 Mimopro Ltd. Multi input multi output wireless communication method and apparatus providing extended range and extended rate across imperfectly estimated channels
US20050259005A1 (en) * 2004-05-20 2005-11-24 Interdigital Technology Corporation Beam forming matrix-fed circular array system
US7123191B2 (en) * 2004-09-23 2006-10-17 Interdigital Technology Corporation Blind signal separation using I and Q components
US7116271B2 (en) * 2004-09-23 2006-10-03 Interdigital Technology Corporation Blind signal separation using spreading codes
US7190308B2 (en) * 2004-09-23 2007-03-13 Interdigital Technology Corporation Blind signal separation using signal path selection
US8031117B2 (en) * 2004-09-23 2011-10-04 Interdigital Technology Corporation Blind signal separation using polarized antenna elements
US7113129B2 (en) * 2004-09-23 2006-09-26 Interdigital Technology Corporation Blind signal separation using a combination of correlated and uncorrelated antenna elements
US7627052B2 (en) * 2004-09-23 2009-12-01 Interdigital Technology Corporation Pattern diversity to support a MIMO receiver and associated methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6760388B2 (en) * 2001-12-07 2004-07-06 Qualcomm Incorporated Time-domain transmit and receive processing with channel eigen-mode decomposition for MIMO systems
RU2238611C1 (en) * 2002-04-09 2004-10-20 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Mobile communication device with plurality of transmitting and receiving antennas and relevant method for mobile communications
RU2005108590A (en) * 2002-08-27 2005-08-27 Квэлкомм Инкорпорейтед (US) ENCODED SYSTEMS WITH MANY INPUTS AND MANY OUTPUTS WITH SELECTED INVERSION OF CHANNELS APPLIED ON EACH OWN MODE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WIDDUP В. ЕТ AL, A highly-parallel VLSI architecture for a list sphere detector, COMMUNICATIONS, 2004 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON PARIS, FRANCE 20-24 JUNE 2004, PISCATAWAY, IEEE, vol.5, 20 June 2004. *

Also Published As

Publication number Publication date
KR100936202B1 (en) 2010-01-11
KR20080050626A (en) 2008-06-09
BRPI0617544A2 (en) 2011-07-26
CN101273278A (en) 2008-09-24
JP2009510840A (en) 2009-03-12
IL190368A0 (en) 2009-09-22
RU2008115506A (en) 2009-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4677457B2 (en) Pattern diversity to support MIMO communication systems and related methods
JP5140090B2 (en) Wave transmission pattern for multiple simultaneous transmitters to support signal separation at the receiver
JP5140089B2 (en) Wave transmission patterns to support signal separation in receivers
US7627052B2 (en) Pattern diversity to support a MIMO receiver and associated methods
RU2387079C2 (en) Diversity of directional pattern for supporting receiver of multiple-input and multiple-output (mimo) system and corresponding methods
KR100937917B1 (en) Signal separation technology to provide reliable spread spectrum signal decoding
HK1121531A (en) Pattern diversity to support a mimo receiver associated methods
HK1129501B (en) Pattern diversity to support a mimo communications system and associated methods
HK1136399A (en) Undulating transmit patterns to support signal separation at a receiver

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140923