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 PDFInfo
- 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
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/0413—MIMO systems
- H04B7/0456—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting
- H04B7/0486—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting taking channel rank into account
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/10—Polarisation 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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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.
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)
| 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)
| 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)
| 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 |
-
2006
- 2006-09-22 CN CNA2006800350329A patent/CN101273278A/en active Pending
- 2006-09-22 KR KR1020087009621A patent/KR100936202B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-09-22 RU RU2008115506/09A patent/RU2387079C2/en not_active IP Right Cessation
- 2006-09-22 JP JP2008532436A patent/JP2009510840A/en active Pending
- 2006-09-22 BR BRPI0617544-9A patent/BRPI0617544A2/en not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-03-23 IL IL190368A patent/IL190368A0/en unknown
Patent Citations (3)
| 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)
| 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 |