DE112020003395T5

DE112020003395T5 - Schätzung des ausbreitungswinkels in einem mehrwegekommunikationssystem

Info

Publication number: DE112020003395T5
Application number: DE112020003395.3T
Authority: DE
Inventors: Aidan Smyth; Kiran Uln; Victor Simileysky; Kamesh MEDAPALLI
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2022-04-07
Also published as: WO2021011130A1; JP2022540924A; US10903870B1; US20210021297A1

Abstract

Ein System umfasst einen Sendeempfänger, der konfiguriert ist, um frequenzabhängige Kanalschätzungen oder frequenzabhängiges Beamforming-Feedback in einem Mehrträger-Mehrantennenkommunikationssystem zu empfangen, und eine Komponente eines vorwärtsgekoppelten neuronalen Netzes vom Typ mehrlagiges Perzeptron, die mit dem Sendeempfänger gekoppelt ist und konfiguriert ist, um unter Verwendung von Darstellungen der Kanalschätzungen oder des Beamforming-Feedbacks Parameter von Mehrwegereflexionen zu schätzen und Übertragungskorrekturfaktoren für den Sendeempfänger zu generieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine internationale Anmeldung der US-Patentanmeldung Nummer 16/585,400 , eingereicht am 27. September 2019, die die Priorität der provisorischen Patentanmeldung der Vereinigten Staaten Nr. 62/874,079 , eingereicht am 15. Juli 2019, beansprucht, die hiermit beide durch Bezugnahme hierin einbezogen sind.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Maximieren des empfangenen Signal-Rausch-Verhältnisses in einem WiFi-Kommunikationssystem unter Verwendung von Kanalschätzung und Beamforming. Insbesondere richtet sich die vorliegende Offenbarung auf das Maximieren des empfangenen Signal-Rausch-Verhältnisses in einem Mehrantennenkommunikationssystem mit vielfältigen Frequenzen in einer Mehrwegesignalumgebung unter Verwendung eines trainierten vorwärtsgekoppelten neuronalen Netzes, um Inphase- und Quadraturkomponenten einer Matrixdarstellung des Kommunikationskanals auf einen Ankunftswinkel abzubilden.
STAND DER TECHNIK
In Mehrantennen-WiFi-Kommunikationssystemen mit einer einzigen Frequenz ohne Mehrwege können die Kommunikationskanäle geschätzt werden, indem vorgegebene Nulldatenpakete (NDP) x_i übertragen werden. In einem System mit m Übertragungsantennen und n Empfangsantennen kann der Effekt des Kanals durch Y = HX dargestellt werden, wobei H eine m x n-Kanalmatrix ist, X das übertragene NDP ist, das als eine n x m-Diagonalmatrix dargestellt ist, und Y die empfangenen Informationen sind, die als eine m x m-Matrix dargestellt sind. Jedes Element der H-Matrix stellt eine Dämpfung und eine Phasenverzögerung für jeden der m x n-Kanäle dar (z. B. für jedes Übertragungs-/Empfangsantennenpaar). Die Kanalmatrix H kann dann als H = YX^-1 berechnet werden. Die Empfangsstation kann die H-Matrix dann an die Übertragungsstation senden, wo Amplituden- und Phasenkorrekturfaktoren als eine n x m-Matrix V berechnet werden können, welche die Inverse von H normalisiert auf einen ausgewählten Referenzkanal ist. Die normalisierte V-Matrix kann verwendet werden, um die übertragenen Signale vorzuverzerren. Das heißt, dass, wenn V die normalisierte Inverse von H ist, die empfangenen Signale Y dann als Y = VHX = (H^-1H) = IX = X dargestellt werden können, wobei I die Einheitsmatrix ist. Alternativ kann die Empfangsstation die Korrekturfaktoren berechnen und sie als explizites Beamforming-Feedback an die Übertragungsstation senden.
In Mehrantennen-WiFi-Kommunikationssystemen mit vielfältigen Frequenzen (z. B. OFDMA) und mit Mehrwegen vereinen sich Signale an dem Empfänger jedoch in einer Weise, die sich in unvorhersehbaren Variationen der Amplitude und Phase der H- Matrix- und V-Matrixdarstellungen der Kommunikationskanäle über die Frequenz ausdrückt. Ein herkömmlicher Ansatz bezüglich dieser Unvorhersehbarkeit besteht darin, die Amplituden- und Phasenkomponenten über die Frequenz zu mitteln, unter der stillschweigenden Annahme, dass keine Mehrwegesignale vorhanden sind. Dieser Ansatz hat sich jedoch für die Bestimmung eines genauen Ausbreitungswinkels (AoP, Angle of Propagation) und relativer Kanalverzögerungen und -dämpfungen in Gegenwart von Mehrwegestörungen als unzulänglich erwiesen.
ÜBERSICHT
Die vorliegende Offenbarung beschreibt beispielhafte Systeme und Verfahren zur Bestimmung eines Sichtlinien-Ausbreitungswinkels zwischen Sendeempfängern in einem Mehrkanal-Mehrträgerkommunikationssystem in Gegenwart von Mehrwegestörungen und zur Bestimmung der Übertragungsamplituden-
und -phasenkorrekturen, die erforderlich sind, um Kanalbedingungen und Mehrwegestörungen auszugleichen, um eine empfangene Signalstärke zu maximieren.
In einem Beispiel ist ein Sendeempfänger konfiguriert, um frequenzabhängige Kanalschätzungen oder frequenzabhängiges Beamforming-Feedback in einem Mehrträger-Mehrantennenkommunikationssystem zu empfangen, und eine Komponente eines vorwärtsgekoppelten neuronalen Netzes (FFNN, Feed Forward Neural Network) vom Typ mehrlagiges Perzeptron, die mit dem Sendeempfänger gekoppelt ist, ist konfiguriert, um unter Verwendung von Darstellungen der Kanalschätzungen oder des Beamforming-Feedbacks Parameter von Mehrwegereflexionen zu schätzen und Übertragungskorrekturfaktoren für den Sendeempfänger zu generieren.
In einem Beispiel umfasst das System auch einen Prozessor, der mit dem Sendeempfänger und dem FFNN gekoppelt ist und konfiguriert ist, um aus den Kanalschätzungen frequenzabhängige Amplituden- und Phasendaten der n x m-H-Matrix für eine Vielzahl von Trägerfrequenzen zu extrahieren oder aus dem Beamforming-Feedback frequenzabhängige Amplituden- und Phasendaten der n x m-V-Matrix für die Vielzahl von Trägerfrequenzen zu extrahieren, wobei n eine Anzahl von Übertragungsantennen in dem Kommunikationssystem ist, m eine Anzahl von Empfangsantennen in dem Kommunikationssystem ist und das Produkt aus m und n eine Anzahl von Kanälen in dem Kommunikationssystem ist.
In einem Beispiel ist ein Speicher, der mit dem Prozessor und dem FFNN gekoppelt ist, konfiguriert, um Gewichte, Biaswerte und Aktivierungsfunktionen für das FFNN zu speichern und die geschätzten Parameter von Mehrwegereflexionen zu speichern, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, um eine Phase und eine Amplitude von Übertragungskanälen basierend auf den geschätzten Parametern von Mehrwegereflexionen anzupassen.
In einem Beispiel ist der Prozessor ferner konfiguriert, um die H-Matrixdaten basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der H-Matrixdaten in einen frequenzabhängigen H-Spirographen in einer I/Q-Ebene umzuwandeln oder die V-Matrixdaten basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der V-Matrixdaten in einen frequenzabhängigen V-Spirographen in der I/Q-Ebene umzuwandeln.
In einem Beispiel ist das FFNN konfiguriert, um die H-Spirograph-Inphase- und Quadraturphasedaten bei jeder Trägerfrequenz als Eingabevektoren zu empfangen und basierend auf Eigenschaften des H-Spirographen einen effektiven Ausbreitungswinkel, eine effektive Kanaldämpfung jedes Kanals und eine effektive Kanalverzögerung jedes Kanals auszugeben, oder das FFNN ist konfiguriert, um die V-Spirograph-Inphase- und Quadraturphasedaten bei jeder Trägerfrequenz als Eingabevektoren zu empfangen und basierend auf Eigenschaften des V-Spirographen einen effektiven Ausbreitungswinkel und eine relative Verzögerung und eine relative Dämpfung jedes Kanals mit Bezug auf einen ausgewählten Referenzkanal auszugeben.
In einem Beispiel umfasst ein Verfahren das Empfangen, an einem Sendeempfänger in einem Mehrträger-Mehrantennenkommunikationssystem, eines von Kanalschätzungen und Beamforming-Schätzungen für eine Vielzahl von Trägerfrequenzen; das Schätzen, mit einem vorwärtsgekoppelten neuronalen Netz (FFNN) vom Typ mehrlagiges Perzeptron, von Parametern von Mehrwegereflexionen unter Verwendung von Darstellungen der Kanalschätzungen oder des Beamforming-Feedbacks; und das Anpassen von Phasen und Amplituden von Kanalübertragungen basierend auf den geschätzten Parametern von Mehrwegereflexionen.
In einem Beispiel umfasst das Verfahren auch das Extrahieren, aus den Kanalschätzungen, in einem Prozessor, von frequenzabhängigen Amplituden- und Phasendaten der n x m-H-Matrix für eine Vielzahl von Trägerfrequenzen oder das Extrahieren, aus dem Beamforming-Feedback, von frequenzabhängigen Amplituden- und Phasendaten der n x m-V-Matrix für die Vielzahl von Trägerfrequenzen, wobei n eine Anzahl von Übertragungsantennen in dem Kommunikationssystem ist, m eine Anzahl von Empfangsantennen in dem Kommunikationssystem ist und das Produkt aus m und n eine Anzahl von Kanälen in dem Kommunikationssystem ist; und in einem Speicher, der mit dem Prozessor und dem FFNN gekoppelt ist, das Speichern von Gewichten, Biaswerten und Aktivierungsfunktionen für das FFNN und das Speichern der geschätzten Parameter von Mehrwegereflexionen.
In einem Beispiel umfasst das Verfahren auch das Umwandeln, in dem Prozessor, der H-Matrixdaten in einen frequenzabhängigen H-Spirographen in einer I/Q-Ebene basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der H-Matrixdaten oder das Umwandeln der V-Matrixdaten in einen frequenzabhängigen V-Spirographen in der I/Q-Ebene basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der V-Matrixdaten.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Empfangen, an dem FFNN, der H-Spirograph-Inphase- und Quadraturphasedaten bei jeder Trägerfrequenz als Eingabevektoren und das Ausgeben eines effektiven Ausbreitungswinkels, einer effektiven Kanaldämpfung und einer effektiven Kanalverzögerung jedes Kanals basierend auf Eigenschaften des H-Spirographen; oder das Empfangen, an dem FFNN, der V-Spirograph-Inphase- und Quadraturphasedaten bei jeder Frequenz als Eingabevektoren und das Ausgeben eines effektiven Ausbreitungswinkels und einer relativen Verzögerung und einer relativen Dämpfung jedes Kanals mit Bezug auf einen ausgewählten Referenzkanal basierend auf Eigenschaften des V-Spirographen.
Figurenliste
Für ein gründlicheres Verständnis verschiedener Beispiele wird nun auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Kennzeichnungen gleichen Elementen entsprechen:

1 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Mehrfrequenz-Mehrantennenkommunikationssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung illustriert;
2 illustriert ein beispielhaftes Kommunikationssystem ohne Mehrwegestörungen gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3 illustriert das Kommunikationssystem aus 2, das Kanalschätzung oder Beamforming-Feedback verwendet, gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4 illustriert ein beispielhaftes Kommunikationssystem mit einem Mehrwegesignal pro Kanal gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5 illustriert ein beispielhaftes Kommunikationssystem mit zwei Mehrwegesignalen pro Kanal;
6 ist eine graphische Darstellung frequenzabhängiger Kanalschätzungen in einer Mehrwegeumgebung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
7 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes System zur Bestimmung des Ausbreitungswinkels in einer Mehrwegesignalumgebung gemäß der vorliegenden Offenbarung illustriert;
8 ist eine graphische Darstellung frequenzabhängiger Kanalschätzungen in einer Mehrwegesignalumgebung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
9 ist eine graphische Darstellung frequenzabhängiger Beamforming-Feedback-Schätzungen in einer Mehrwegesignalumgebung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
10 ist eine graphische Darstellung frequenzabhängiger Kanalschätzungen in einer Mehrwegesignalumgebung zweiter Ordnung;
11 ist eine graphische Darstellung frequenzabhängiger Beamforming-Feedback-Schätzungen in einer Mehrwegesignalumgebung zweiter Ordnung;
12 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Trainieren eines neuronalen Netzes darauf, den Ausbreitungswinkel in einer Mehrwegesignalumgebung zu schätzen, gemäß der vorliegenden Offenbarung illustriert; und
13 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung des Ausbreitungswinkels in einer Mehrwegesignalumgebung gemäß der vorliegenden Offenbarung illustriert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Beispiele von Systemen und Verfahren zur Bestimmung von Kanalschätzungen, Beamforming-Feedback-Schätzungen und Schätzungen des Sichtlinien-Ausbreitungswinkels zwischen Sendeempfängern in einem Mehrfrequenz-Mehrantennenkommunikationssystem in Gegenwart von Mehrwegestörungen.
1 illustriert ein beispielhaftes Mehrfrequenz-Mehrantennenkommunikationssystem 100, das zwei Sendeempfänger, einen Sendeempfänger 101 und einen Sendeempfänger 102, beinhaltet. Wie in 1 illustriert, weist der Sendeempfänger 101, der im Übertragungsmodus arbeitet, m Übertragungsantennen TX₁ bis TX_m auf und weist der Sendeempfänger 102, der im Empfangsmodus arbeitet, n Empfangsantennen RX₁ bis RX_n auf. Das System 100 kann beispielsweise. Und ohne darauf begrenzt zu sein, ein Wi-Fi^®-Kommunikationssystem oder ein Mobilfunktelefonsystem sein.
Die Kanalbedingungen zwischen einem beliebigen Paar Antennen in dem System 100 können durch einen frequenzabhängigen h-Parameter gekennzeichnet sein, der die Dämpfung und die Phasenverzögerung zwischen dem Antennenpaar spezifiziert. Beispielsweise ist der Kanal zwischen der Übertragungsantenne TX₁ und der Empfangsantenne RX₁ h₁₁(f), wobei f die Frequenz eines Subbandträgers ist, wie etwa eines OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex, orthogonales Frequenzmultiplexverfahren)-Trägers in einem Wi-Fi^®- oder Mobilfunksystem. Wird ein Symbolstrom x₁ von der Antenne TX₁ übertragen, empfängt die Antenne RX₁ einen Symbolstrom y1, der gleich dem Produkt (h₁₁)(x₁) ist. Diese Beziehung kann unter Verwendung einer Matrixnotation für alle Kanäle in dem System 100 verallgemeinert werden, wie in der unten stehenden Gleichung (1) illustriert: $[\begin{matrix} y 1 \\ ⋮ \\ y m \end{matrix}] = [\begin{matrix} h 11 & \dots & h 1 n \\ ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ h m 1 & \dots & h m n \end{matrix}] [\begin{matrix} x 1 \\ ⋮ \\ x n \end{matrix}]$
Oder in Kurznotation als: $Y = H X$
Da die H-Matrix zunächst unbekannt ist, können sich Signale, die durch den Sendeempfänger 102 empfangen werden, in unvorhersehbarer Weise vereinen, entweder durch konstruktive oder destruktive Störungen. Ist der übertragene Symbolvektor X jedoch ein Trainingsvektor, der dem Sendeempfänger 102 bekannt ist, kann der Sendeempfänger 102 die H-Matrix wie folgt schätzen: $H = Y X^{- 1}$
wobei X^-1 die Inverse von X ist.
Nach der Schätzung der H-Matrix für das System kann der Sendeempfänger 102 dann bestimmen, wie er seine eigenen Übertragungsverstärkungen und -phasen anpassen muss, um die Kanaldämpfungen und -verzögerungen auszugleichen, und er kann die H-Matrix an den Sendeempfänger 101 übertragen, sodass dieser die gleichen Anpassungen vornehmen kann, und die empfangene Signalstärke seiner Übertragungen an dem Sendeempfänger 102 maximieren.
Alternativ kann der Sendeempfänger 102, da die Kanäle reziprok sind, die erforderlichen Anpassungen einfach als Beamforming-Feedback direkt an den Sendeempfänger 101 senden, sodass der Sendeempfänger 101 die Anpassungen vornehmen kann, ohne die H-Matrixdaten manipulieren zu müssen. Diese Matrixdaten, die die Inverse der H-Matrix sind und als V-Matrix bezeichnet werden, können verwendet werden, um die Verstärkungen und Phasen der Übertragungen des Sendeempfängers 101 direkt anzupassen, um die Kanäle auszugleichen. Anstatt also X zu übertragen, überträgt der Sendeempfänger 101: $V X = H^{- 1} X$
sodass der Sendeempfänger 102 Folgendes empfängt: $Y = H V X = H H^{- 1} X = X$
Dann kann der Sendeempfänger 101 dieselben Korrekturen auf seine normalen Datenübertragungen anwenden. Um sich ändernde Kanalbedingungen auszugleichen, können die oben beschriebenen Kanalschätzungs- und Beamforming-Feedback-Vorgänge periodisch wiederholt werden. Wie jedoch oben angemerkt, versagt dieser Kanalkalibrierungsprozess in Gegenwart von Mehrwegestörungen.
2 illustriert ein 2 x 1-Kommunikationssystem 200 mit zwei Übertragungsantennen TX1 und TX2 und einer Empfangsantenne RX1, ohne Mehrwegestörungen und ohne aus einer H-Matrix oder einer V-Matrix abgeleitete Korrekturen. In dem Beispiel aus 2 bewirkt die Position von RX1 bezogen auf den Mittelpunkt C der Übertragungsbasislinie 210, dass der Ausbreitungswinkel (AoP) ein spitzer Winkel ist und dass sich die Sichtlinien(LOS, Line-Of-Sight)-Signale von TX1 (201) und TX2 (202) (aufgrund unterschiedlicher Weglängen) phasenverschoben mit unterschiedlichen Amplituden vereinen, was zu destruktiven Störungen an RX1 führt, wie durch das vereinte Signal 203 illustriert. Es sei angemerkt, dass selbst dann, wenn der AoP ein rechter Winkel wäre und die Weglängen für die Signale 201 und 202 gleich wären, sie sich aufgrund von Phasenfehlübereinstimmungen in den analogen Front-Ends der Sender, die mit TX1 und TX2 assoziiert sind, trotzdem phasenverschoben vereinen könnten.
3 illustriert den Effekt einer Korrektur der Übertragungsphase von TX2 (204) relativ zu TX1 (202) basierend auf den H-Matrix- oder V-Matrixdaten, um zwischen den TX1- und TX2-Signalen konstruktive Störungen zu generieren, wie durch das vereinte Signal 205 in 3 illustriert. Zusätzlich kann der Ausbreitungswinkel (AoP) anhand der bekannten Frequenz der Übertragung und der Größe der Phasenverschiebung, die zur Maximierung des Signals 205 erforderlich ist, bestimmt werden.
Die Gegenwart von Mehrwegestörungen kann den herkömmlichen H-Matrix- oder V-Matrix-Ansatz jedoch unwirksam machen, wie in 4 illustriert. 4 illustriert ein Kommunikationssystem 300 ähnlich dem System 200, jedoch mit einer reflektierenden Oberfläche 310 in der Umgebung. In 4 vereint sich das LOS-Signal 201 mit einem reflektierten Signal 301, um ein vereintes Signal 303 zu produzieren, und das LOS-Signal 202 vereint sich mit einem reflektierten Signal, um ein vereintes Signal 304 zu produzieren. In diesem Szenario kann der Empfänger RX1 nicht zwischen den LOS- und den reflektierten Signalen unterscheiden, weshalb er annimmt, dass das vereinte Signal 303 ein LOS-Signal von TX2 ist und das vereinte Signal 304 ein LOS-Signal von TX1 ist. Diese zwei Signale vereinen sich an RX1, um ein vereintes Signal 305 zu produzieren, wie in 4 illustriert. Bei einem Vergleich von 2 und 4 wird deutlich, dass sich das scheinbare LOS-Signal 303 von TX2 in 4 sehr stark von dem tatsächlichen LOS-Signal 201 von TX2 in 2 unterscheidet und dass sich das scheinbare LOS-Signal 304 von TX1 in 4 sehr stark von dem tatsächlichen LOS-Signal 202 von TX1 in 2 unterscheidet. Deshalb unterscheidet sich das vereinte Gesamtsignal 305 an RX1 in 4 ebenfalls stark von dem vereinten Gesamtsignal 203 in 2.
Daraus folgt, dass sich die H-Matrix oder die V-Matrix, die aus den empfangenen Signalen in 4 berechnet werden, sehr stark von den Matrizen unterscheiden, die aus den empfangenen Signalen in 2 berechnet werden. Darüber hinaus ändern sich die „scheinbare“ H-Matrix und V-Matrix in einem Mehrträgersystem, wie etwa einem OFDM-System, auf unvorhersehbare Weise. Und der Grad der Unvorhersehbarkeit nimmt mit zunehmender Anzahl von Mehrwegesignalen zu. 5 illustriert ein beispielhaftes Kommunikationssystem 400 ähnlich dem System 300, das jedoch eine zusätzliche reflektierende Oberfläche 410 aufweist, die zwei zusätzliche Mehrwegesignale 401 und 402 erzeugt. Diese Signale vereinen sich mit den zuvor beschriebenen LOS- und Mehrwegesignalen, um ein Signal 411 an RX1, das ein LOS-Signal von TX2 zu sein scheint, und ein Signal 412 an RX1, das ein LOS-Signal von TX1 zu sein scheint, zu produzieren. Diese zwei Signale vereinen sich an RX1, um ein empfangenes Gesamtsignal an RX1 zu produzieren, das sich von dem vereinten Signal 203 in 2 oder dem vereinten Signal 305 in 4 unterscheidet.
6 ist eine graphische Illustration der Variation von H-Matrixparametern mit der Frequenz für ein Kommunikationssystem mit zwei Übertragungsantennen und zwei Empfangsantennen, sodass die H-Matrix vier komplexe Parameter h₁₁(f), h₁₂(f), h(f) und h₂₂(f) aufweist, wobei f die Frequenz darstellt. Der Graph 601 in 6 trägt die Variationen der Größen der vier h-Parameter mit der Frequenz (|h_xy(f)|) auf, während der Graph 602 in 6 die Variationen der Phasenwinkel der vier h-Parameter mit der Frequenz (ang[h_xy(f)]) aufträgt. Die horizontalen Achsen in dem Graphen 601 und dem Graphen 602 stellen normalisierte Frequenzindizes von Subträgern bezogen auf eine Referenzmittenfrequenz mit dem Index 0 dar. Die vertikale Achse des Graphen 601 stellt die normalisierten Amplituden der h-Parameter gegenüber der Frequenz bezogen auf eine Referenzamplitude eines der h-Parameter bei einer ausgewählten Frequenz dar. Die vertikale Achse des Graphen 602 stellt die normalisierten Phasen der h-Parameter gegenüber der Frequenz bezogen auf eine Referenzphase eines der h-Parameter bei einer ausgewählten Frequenz dar. Eine ähnliche Größen- und Phasendarstellung (nicht gezeigt) kann mit den V-Matrixparametern erstellt werden, wobei die Kurven aufgrund der Inverse-Qualitäten der V-Matrix bezogen auf die H-Matrix andere sein werden.
7 illustriert ein beispielhaftes System 700 zur Schätzung des Ausbreitungswinkels in einer Mehrwegesignalumgebung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das System 700 umfasst einen Sendeempfänger 701, der konfiguriert ist, um Kanalschätzungen oder Beamforming-Feedback in einem Mehrträger-Mehrantennenkommunikationssystem zu empfangen und digitalisierte Kanalschätzungen oder digitalisiertes Beamforming-Feedback auszugeben. Das System 700 umfasst auch einen Prozessor 702, der durch einen Kommunikationsbus 703 mit dem Sendeempfänger 701 gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die digitalisierten Kanalschätzungen oder das digitalisierte Beamforming-Feedback von dem Sendeempfänger 701 zu empfangen. Der Prozessor ist auch konfiguriert, um aus den Kanalschätzungen frequenzabhängige Amplituden- und Phasendaten der n x m-H-Matrix (wie etwa die Amplitudendaten 601 und die Phasendaten 602) für eine Vielzahl von Trägerfrequenzen zu extrahieren oder aus dem Beamforming-Feedback frequenzabhängige Amplituden- und Phasendaten der n x m-V-Matrix für die Vielzahl von Trägerfrequenzen zu extrahieren, wobei n eine Anzahl von Übertragungsantennen in dem Kommunikationssystem ist, m eine Anzahl von Empfangsantennen in dem Kommunikationssystem ist und das Produkt aus m und n eine Anzahl von Kanälen in dem Kommunikationssystem ist.
Der Prozessor 702 kann eine oder mehrere Universalverarbeitungsvorrichtungen, wie etwa ein Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit oder dergleichen, sein. Insbesondere kann die Verarbeitungsvorrichtung ein CISC-Mikroprozessor (CISC = Complex Instruction Set Computing, Berechnung mit umfangreichem Befehlssatz), ein RISC-Mikroprozessor (RISC = Reduced Instruction Set Computer, Rechner mit reduziertem Befehlssatz), ein VLIW-Mikroprozessor (VLIW = Very Long Instruction Word, sehr langes Befehlswort) oder ein Prozessor, der andere Befehlssätze implementiert, oder Prozessoren, die eine Kombination von Befehlssätzen implementieren, sein. Die Verarbeitungsvorrichtung kann auch eine oder mehrere Spezialverarbeitungsvorrichtungen, wie etwa eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine im Feld programmierbare Gatteranordnung (FPGA), ein digitaler Signalprozessor (DSP), ein Netzwerkprozessor oder dergleichen, sein.
Das System 700 umfasst auch ein vorwärtsgekoppeltes neuronales Netz (FFNN) 704 vom Typ mehrlagiges Perzeptron, das durch den Kommunikationsbus 703 mit dem Sendeempfänger 701 und dem Prozessor 702 gekoppelt ist und konfiguriert ist, um Parameter von Mehrwegereflexionen unter Verwendung von Darstellungen der Kanalschätzungen oder des Beamforming-Feedbacks zu schätzen und Übertragungskorrekturfaktoren für den Sendeempfänger 701 zu generieren.
Das System 700 umfasst auch einen Speicher 705, der durch den Kommunikationsbus 703 mit dem Sendeempfänger 701, dem Prozessor 702 und dem FFNN 704 gekoppelt ist, um Gewichte, Biaswerte und Aktivierungsfunktionen für das FFNN 704 zu speichern und die geschätzten Parameter von Mehrwegereflexionen zu speichern. Der Speicher 705 kann ein flüchtiger Speicher oder ein nichtflüchtiger Speicher sein oder kann einen flüchtigen Speicher und einen nichtflüchtigen Speicher umfassen. Der nichtflüchtige Speicher kann ein ROM-Speicher (Read-Only Memory), ein PROM-Speicher (Programmable Read-Only Memory), ein EPROM-Speicher (Erasable Programmable Read-Only Memory), ein EEPROM-Speicher (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) oder ein Flash-Speicher sein. Der flüchtige Speicher kann ein RAM-Speicher (Random Access Memory) sein, der als externer Cache verwendet wird. In einer beispielhaften, jedoch nicht begrenzenden Beschreibung können viele Formen von RAM-Speichern verwendet werden, zum Beispiel ein SRAM-Speicher (Static Random Access Memory), ein DRAM-Speicher (Dynamic Random Access Memory), ein SDRAM-Speicher (Synchronous Dynamic Random Access Memory), ein DDR-SDRAM-Speicher (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory), ein ESDRAM-Speicher (Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory), ein SLDRAM-Speicher (Synchronous Link Dynamic Random Access Memory) und ein DRDRAM-Speicher (Direct Rambus^® DRAM).
In einem Beispiel können der Prozessor 702, der Kommunikationsbus 703, das FFNN 704 und der Speicher 705 als ein System-on-a-Chip (SOC) 706 implementiert sein. In einem anderen Beispiel können der Sendeempfänger 701, der Prozessor 702, der Kommunikationsbus 703, das FFN und der Speicher 705 einen mit IEEE 802 kompatiblen Wi-Fi^®-Zugangspunkt beinhalten.
In einem Beispiel ist der Prozessor 702 ferner konfiguriert, um die Phasen und Amplituden der Übertragungskanäle der Sendeempfänger basierend auf den geschätzten Parametern von Mehrwegereflexionen anzupassen. In einem Beispiel ist der Prozessor ferner konfiguriert, um die digitalisierten H-Matrix-Amplituden- und -Phasendaten basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der H-Matrixdaten in frequenzabhängige, auf der H-Matrix basierende Spirographen (H-Spirographen) in der I/Q-Ebene umzuwandeln oder um die V-Matrixdaten basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der V-Matrixdaten in frequenzabhängige, auf der V-Matrix basierende Spirographen (V-Spirographen) in der I/Q-Ebene umzuwandeln.
Die H-Matrix-Umwandlung ist in 8 illustriert, in der die auf der H-Matrix basierenden Spirographen (H-Spirographen) für ein beispielhaftes 2 x 2-Kommunikationssystem (wie etwa das Kommunikationssystem 100 mit m = 2 und n = 2) mit genau einer Mehrwegereflexion pro Kanal (wie etwa bei System 300) in der I/Q-Ebene in einem Graphen 800 aufgetragen sind. Die I-Komponente für jeden h-Parameter wird als |h_xy|cos Φ_xy ausgedrückt, wobei |h_xy| die Größe des Parameters hxy ist und Φ_xy der Phasenwinkel des Parameters hxy ist (wobei der Frequenzindex weggelassen wurde). Die Q-Komponente für jeden h-Parameter wird als |h_xy|sin Φ_xy ausgedrückt.
Bei dem in 8 illustrierten Fall mit genau einer Mehrwegereflexion sind die H-Spirographen jeweils durch einen Kreisbogen in der I/Q-Ebene gekennzeichnet, der einen Mittelpunkt mit den Koordinaten (I,Q)_xy, einen Radius Rxy und einen Bogenwinkel θ_xy aufweist. Durch das Modellieren und Simulieren vieler unterschiedlicher einzelner Mehrwegeszenarien kann gezeigt werden, dass die Orte der Mittelpunkte der Kreisbögen (I,Q)_xy von Fehlübereinstimmungen der analogen Kette in den Front-Ends der Sendeempfänger des Systems und von dem Sichtlinien(LOS)-Ausbreitungswinkel (AoP) abhängen. Es kann auch gezeigt werden, dass die Radien der Kreisbögen Rxy von der Größe der Mehrwegereflexion für jeden Kanal relativ zu der Größe des LOS-Signals für diesen Kanal abhängen. Eine Folge dieser Beziehung zwischen den Radien der H-Spirographen und der Stärke der Mehrwegereflexionen besteht darin, dass, wenn keine Mehrwegereflexionen vorhanden sind, die H-Spirographen unabhängig von der Frequenz auf die einzelnen Punkte (I.Q)_xy zusammenschrumpfen.
Es kann auch gezeigt werden, dass die Winkel der Kreisbögen θ_xy von der Phase der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal und von dem Ausbreitungswinkel der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal abhängen. Abschließend sind die Kreisbögen für den Fall mit genau einem Mehrweg kongruent. Das heißt, dass sie durch eine einzige Drehung und eine einzige Translation in der I/Q-Ebene zur Überlappung gebracht werden können.
Die V-Matrix-Umwandlung ist in 9 illustriert, in der die auf der V-Matrix basierenden Spirographen (V-Spirographen) für ein beispielhaftes 2 x 2-Kommunikationssystem (wie etwa das Kommunikationssystem 100 mit m = 2 und n = 2) mit genau einer Mehrwegereflexion pro Kanal (wie etwa bei System 300) in der I/Q-Ebene in einem Graphen 900 aufgetragen sind. Der Graph 900 in 9 unterscheidet sich in mindestens einer Hinsicht von dem Graphen 800 in 8. Während die h-Parameter Schätzungen absoluter Kanalbedingungen darstellen, stellen die v-Parameter Schätzungen der relativen Änderungen der übertragenen Signale dar, die benötigt werden, um die Kanalbedingungen auszugleichen. Demgemäß können die v-Parameter mit Bezug auf einen Referenzkanal normalisiert werden. In dem Beispiel des Graphen 900 in 9 wurde der mit v₂₂ assoziierte Kanal als der Referenzkanal ausgewählt, und die anderen drei Kanäle wurden entsprechend ihrer Unterschiede mit Bezug auf v₂₂ normalisiert. Deshalb erscheint die v22-Spur in dem Graphen 900 als ein einzelner, frequenzunabhängiger Punkt (I,Q)₂₂.
Bei den anderen drei v-Parametern in dem Graphen 900 wird der V-Spirograph für die I-Komponente durch |v_xy|cos Φ_xy ausgedrückt, wobei |v_xy| die relative Größe des Parameters v_xy zu der Größe von |v₂₂| ist und Φ_xy der relative Phasenwinkel des Parameters v_xy zu der Phase von v₂₂ ist. Ähnlich wird die Q-Komponente für jeden v-Parameter als |v_xy|sin Φ_xy ausgedrückt.
Bei dem in 9 illustrierten Fall mit genau einer Mehrwegereflexion sind die V-Spirographen (im Gegensatz zu dem Referenzkanal) jeweils durch einen Kreisbogen in der I/Q-Ebene gekennzeichnet, der einen Mittelpunkt mit den Koordinaten (I,Q)_xy, einen Radius Rxy und einen Bogenwinkel θ_xy mit unregelmäßig beabstandeten Frequenzpunkten aufweist. Durch das Modellieren und Simulieren vieler unterschiedlicher einzelner Mehrwegeszenarien kann gezeigt werden, dass der Ort des Mittelpunkts des Kreisbogens, der Radius des Kreisbogens und der Winkel des Kreisbogens durch Fehlübereinstimmungen der analogen Kette in einem Front-End des Sendeempfängers, einen Sichtlinien(LOS)-Ausbreitungswinkel des Kanals, eine Größe der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal, eine Phase der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal und durch den Ausbreitungswinkel der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal bestimmt werden.
Sind keine Mehrwegestörungen vorhanden, schrumpfen alle V-Spirographen auf ähnliche Weise wie die H-Spirographen unabhängig von der Frequenz auf die einzelnen Punkte (I,Q)_xy zusammen. Ebenfalls sind die V-Spirographen für alle Kanäle mit genau einer Mehrwegereflexion relativ zu dem ausgewählten Referenzkanal durch eine Translation, eine Drehung und eine radiale Skalierung ähnlich.
10 ist ein Graph 1000 in der I/Q-Ebene, der H-Spirographen für den Fall von zwei Mehrwegereflexionen in jedem Kanal (ähnlich dem System 400 in 5) in Abhängigkeit von der Frequenz illustriert. Durch das Modellieren und Simulieren vieler Szenarien mit zwei Mehrwegereflexionen kann gezeigt werden, dass die h-Parameter in der I/Q-Ebene, h₁₁(f), h₁₂(f), h₂₁(f) und h₂₂(f), kongruente kombinierte Hypozykloiden sind, die durch eine Translation und eine Drehung in der I/Q-Ebene zur Überlappung gebracht werden können.
11 ist ein Graph 1100 in der I/Q-Ebene, der V-Spirographen für den Fall von zwei Mehrwegereflexionen in jedem Kanal (ähnlich dem System 400 in 5) in Abhängigkeit von der Frequenz illustriert. Durch das Modellieren und Simulieren vieler Szenarien mit zwei Mehrwegereflexionen kann gezeigt werden, dass die v-Parameter in der I/Q-Ebene relativ zu dem Referenz-V-Spirographen durch eine Neuskalierung, eine Drehung und eine Neuabtastung ähnlich sind.
Es versteht sich, dass die in den 8-11 illustrierten Mehrwegeszenarien unterbestimmt sind und keiner direkten analytischen Lösung unterliegen. Jedoch können dieselben Modellierungen und Simulationen, die in der vorangehenden Beschreibung verwendet wurden, um die H-Spirographen und V-Spirographen zu charakterisieren, als Trainingsdaten verwendet werden, um das vorwärtsgekoppelte neuronale Netz 704 vom Typ mehrlagiges Perzeptron in dem System 700 darauf zu trainieren, die Mehrwegereflexionsparameter zu schätzen, den Ausbreitungswinkel zu bestimmen und Korrekturen auf die übertragenen Signale anzuwenden, um die empfangene Signalstärke zu maximieren.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 1200 zum Trainieren eines vorwärtsgekoppelten neuronalen Netzes vom Typ mehrlagiges Perzeptron (z. B. des FFNN 704) darauf illustriert, den Ausbreitungswinkel und Parameter von Mehrwegereflexionen unter Verwendung von Darstellungen von Kanalschätzungen und Beamforming-Feedback in einem Mehrfrequenz-Mehrantennenkommunikationssystem zu schätzen. Das Verfahren 1200 beginnt mit Vorgang 1202, bei dem Trainingsdaten, welche Simulationen von Kanalschätzungen und Beamforming-Feedback in einem Mehrkanal-Mehrträgerkommunikationssystem beinhalten, für eine Vielzahl von Mehrwegeszenarien bereitgestellt werden. Das Verfahren 1200 fährt mit Vorgang 1204 fort, bei dem das vorwärtsgekoppelte neuronale Netz vom Typ mehrlagiges Perzeptron mit Inphase- und Quadraturphasedarstellungen der Kanalschätzungen (z B. H-Spirographen) und des Beamforming-Feedbacks (z. B. V-Spirographen) darauf trainiert wird, Parameter von Mehrwegereflexionen zu schätzen. Das Verfahren 1200 endet mit Vorgang 1206, bei dem Gewichte, Biaswerte und Aktivierungsfunktionen des trainierten vorwärtsgekoppelten neuronalen Netzes in einem Speicher gespeichert werden.
In einem Beispiel beinhaltet der Vorgang 1204 des Trainierens des vorwärtsgekoppelten neuronalen Netzes (FFNN) vom Typ mehrlagiges Perzeptron das Generieren von Sätzen spirographischer Merkmale aus den Inphase- und Quadraturdarstellungen der Kanalschätzungen und des Beamforming-Feedbacks für jedes der Vielzahl von Mehrwegeszenarien, für jeden Kanal bei jeder Trägerfrequenz, das schubweise Anwenden der Sätze Merkmale auf das FFNN mittels einer Vorwärtsrechnung, um eine Verlustfunktion zu generieren, die eine Darstellung der Trainingsdaten beinhaltet, und das Ausbreiten der Verlustfunktion mittels einer Rückwärtsrechnung durch das neuronale Netz, um Gewichte und Biaswerte des neuronalen Netzes zu aktualisieren, um die Verlustfunktion zu minimieren.
13 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 1300 gemäß der vorliegenden Offenbarung zur Bestimmung des Ausbreitungswinkels in einer Mehrwegesignalumgebung illustriert. Das Verfahren 1300 beginnt mit Vorgang 1302, bei dem an einem Sendeempfänger (z. B. dem Sendeempfänger 701) in einem Mehrträger-Mehrantennenkommunikationssystem (z. B. dem System 700) eines von Kanalschätzungen (z. B. H-Matrizen) und Beamforming-Schätzungen (z. B. V-Matrizen) für eine Vielzahl von Trägerfrequenzen empfangen werden. Das Verfahren 1300 fährt mit Vorgang 1304 fort, bei dem mit einem vorwärtsgekoppelten neuronalen Netz (FFNN) vom Typ mehrlagiges Perzeptron Parameter von Mehrwegereflexionen unter Verwendung von Darstellungen der Kanalschätzungen (z B. H-Spirographen) oder des Beamforming-Feedbacks (z. B. V-Spirographen) geschätzt werden. Das Verfahren 1300 fährt mit Vorgang 1306 fort, bei dem Phasen und Amplituden von Kanalübertragungen basierend auf den geschätzten Parametern von Mehrwegereflexionen angepasst werden.
In einem Beispiel umfasst das Verfahren 1300 auch das Extrahieren, aus den Kanalschätzungen, in einem Prozessor, von frequenzabhängigen Amplituden- und Phasendaten der n x m-H-Matrix für eine Vielzahl von Trägerfrequenzen oder das Extrahieren, aus dem Beamforming-Feedback, von frequenzabhängigen Amplituden- und Phasendaten der n x m-V-Matrix für die Vielzahl von Trägerfrequenzen, wobei n eine Anzahl von Übertragungsantennen in dem Kommunikationssystem ist, m eine Anzahl von Empfangsantennen in dem Kommunikationssystem ist und das Produkt aus m und n eine Anzahl von Kanälen in dem Kommunikationssystem ist, und in einem Speicher, der mit dem Prozessor und dem FFNN gekoppelt ist, das Speichern von Gewichten, Biaswerten und Aktivierungsfunktionen für das FFNN und das Speichern der geschätzten Parameter von Mehrwegereflexionen.
In einem Beispiel umfasst das Verfahren 1300 auch das Umwandeln, in dem Prozessor, der H-Matrixdaten in einen frequenzabhängigen H-Spirographen in einer I/Q-Ebene basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der H-Matrixdaten oder das Umwandeln der V-Matrixdaten in einen frequenzabhängigen V-Spirographen in der I/Q-Ebene basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der V-Matrixdaten.
In einem Beispiel umfasst das Verfahren 1300 auch das Empfangen, an dem FFNN, der H-Spirograph-Inphase- und Quadraturphasedaten bei jeder Trägerfrequenz als Eingabevektoren und das Ausgeben eines effektiven Ausbreitungswinkels, einer effektiven Kanaldämpfung und einer effektiven Kanalverzögerung jedes Kanals basierend auf Eigenschaften des H-Spirographen; oder das Empfangen, an dem FFNN, der V-Spirograph-Inphase- und Quadraturphasedaten bei jeder Frequenz als Eingabevektoren und das Ausgeben eines effektiven Ausbreitungswinkels und einer relativen Verzögerung und einer relativen Dämpfung jedes Kanals mit Bezug auf einen ausgewählten Referenzkanal basierend auf Eigenschaften des V-Spirographen.
Die vorhergehende Beschreibung legt zahlreiche spezifische Details dar, wie etwa Beispiele spezifischer Systeme, Komponenten, Verfahren und so weiter, um ein gründliches Verständnis diverser Beispiele in der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es wird einem Fachmann jedoch klar sein, dass mindestens einige Beispiele der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden können. In anderen Fällen werden hinlänglich bekannte Komponenten oder Verfahren nicht im Detail beschrieben oder werden in einer einfachen Blockdiagrammform präsentiert, um ein unnötiges Verschleiern der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden. Die dargelegten spezifischen Details sind daher lediglich beispielhaft. Bestimmte Beispiele können von diesen beispielhaften Details abweichen und trotzdem als im Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen werden.
Eine Bezugnahme in dieser gesamten Patentbeschreibung auf „ein Beispiel“ bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die in Verbindung mit den Beispielen beschrieben wird, in mindestens einem Beispiel eingeschlossen ist. Das Auftreten des Ausdrucks „in einem Beispiel“ an verschiedenen Stellen in dieser gesamten Patentbeschreibung bezieht sich deshalb nicht notwendigerweise jedes Mal auf das gleiche Beispiel.
Obwohl die Vorgänge der Verfahren hierin in einer bestimmten Reihenfolge gezeigt und beschrieben sind, kann die Reihenfolge der Vorgänge jedes Verfahrens verändert werden, sodass gewisse Vorgänge in einer umgekehrten Reihenfolge durchgeführt werden können oder sodass ein gewisser Vorgang zumindest teilweise gleichzeitig mit anderen Vorgängen durchgeführt werden kann. Anweisungen oder untergeordnete Vorgänge individueller Vorgänge können in einer intermittierenden oder alternierenden Weise durchgeführt werden.
Die oben stehende Beschreibung illustrierter Beispiele der Erfindung, umfassend die Beschreibung in der Zusammenfassung, soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die exakten offenbarten Formen begrenzen. Während spezifische Implementierungen und Beispiele der Erfindung hierin zu illustrativen Zwecken beschrieben sind, sind innerhalb des Umfangs der Erfindung verschiedene äquivalente Modifizierungen möglich, wie es Fachleute anerkennen werden. Die Wörter „Beispiel“ oder „beispielhaft“ werden hierin verwendet, um als ein Beispiel, Fall oder eine Illustration dienend zu bedeuten. Hierin als „Beispiel“ oder „beispielhaft“ beschriebene Aspekte oder Ausgestaltungen sind nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Ausgestaltungen aufzufassen. Vielmehr ist die Verwendung der Wörter „Beispiel“ oder „beispielhaft“ dazu gedacht, Konzepte auf konkrete Weise zu präsentieren. So wie er in dieser Patentanmeldung benutzt wird, soll der Begriff „oder“ ein inklusives „oder“ anstatt eines exklusiven „oder“ bedeuten. Das heißt, dass, sofern nicht anderweitig spezifiziert oder aus dem Zusammenhang klar ersichtlich, „X umfasst A oder B“ irgendeine der natürlichen inklusiven Permutationen bedeuten soll. Das heißt, dass, wenn X A umfasst, X B umfasst oder X sowohl A als auch B umfasst, dann in allen vorgenannten Fällen „X umfasst A oder B“ erfüllt ist. Zusätzlich sollten die Artikel „ein“ und „eine“, wie sie in dieser Patentanmeldung und den angehängten Ansprüchen verwendet werden, allgemein als „ein(e) oder mehrere“ bedeutend aufgefasst werden, sofern nicht anderweitig spezifiziert oder aus dem Zusammenhang klar ersichtlich auf eine Singularform hingeleitet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 16/585400 [0001]
US 62/874079 [0001]

Claims

Ein System, das Folgendes beinhaltet: einen Sendeempfänger, der konfiguriert ist, um frequenzabhängige Kanalschätzungen oder frequenzabhängiges Beamforming-Feedback in einem Mehrträger-Mehrantennenkommunikationssystem zu empfangen; und eine Komponente eines vorwärtsgekoppelten neuronalen Netzes (FFNN, Feed Forward Neural Network) vom Typ mehrlagiges Perzeptron, die mit dem Sendeempfänger gekoppelt ist und konfiguriert ist, um Parameter von Mehrwegereflexionen unter Verwendung von Darstellungen der Kanalschätzungen oder des Beamforming-Feedbacks zu schätzen und Übertragungskorrekturfaktoren für den Sendeempfänger zu generieren.
System gemäß Anspruch 1, das ferner Folgendes beinhaltet: einen Prozessor, der mit dem Sendeempfänger und dem FFNN gekoppelt ist und konfiguriert ist, um aus den Kanalschätzungen frequenzabhängige Amplituden- und Phasendaten einer n x m-H-Matrix für eine Vielzahl von Trägerfrequenzen zu extrahieren oder aus dem Beamforming-Feedback frequenzabhängige Amplituden- und Phasendaten einer n x m-V-Matrix für die Vielzahl von Trägerfrequenzen zu extrahieren, wobei n eine Anzahl von Übertragungsantennen in dem Kommunikationssystem ist, m eine Anzahl von Empfangsantennen in dem Kommunikationssystem ist und das Produkt aus m und n eine Anzahl von Kanälen in dem Kommunikationssystem ist; und einen Speicher, der mit dem Prozessor und dem FFNN gekoppelt ist, um Gewichte, Biaswerte und Aktivierungsfunktionen für das FFNN zu speichern und die geschätzten Parameter von Mehrwegereflexionen zu speichern, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, um eine Phase und eine Amplitude von Übertragungskanälen basierend auf den geschätzten Parametern von Mehrwegereflexionen anzupassen.
System gemäß Anspruch 2, wobei der Prozessor, das FFNN, der Speicher und der Kommunikationsbus ein System-on-a-Chip (SOC) beinhalten.
System gemäß Anspruch 2, wobei der Sendeempfänger, der Prozessor, das FFNN und der Speicher einen mit IEEE 802 kompatiblen Wi-Fi^® Zugangspunkt beinhalten.
System gemäß Anspruch 2, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, um die H-Matrixdaten basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der H-Matrixdaten in einen frequenzabhängigen H-Spirographen in einer I/Q-Ebene umzuwandeln oder die V-Matrixdaten basierend auf Inphase(l)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der V-Matrixdaten in einen frequenzabhängigen V-Spirographen in der I/Q-Ebene umzuwandeln.
System gemäß Anspruch 5, wobei: das FFNN konfiguriert ist, um die H-Spirograph-Inphase- und -Quadraturphasedaten bei jeder Trägerfrequenz als Eingabevektoren zu empfangen und basierend auf Eigenschaften des H-Spirographen einen effektiven Ausbreitungswinkel, eine effektive Kanaldämpfung jedes Kanals und eine effektive Kanalverzögerung jedes Kanals auszugeben, und wobei das FFNN konfiguriert ist, um die V-Spirograph-Inphase- und -Quadraturphasedaten bei jeder Trägerfrequenz als Eingabevektoren zu empfangen und basierend auf Eigenschaften des V-Spirographen einen effektiven Ausbreitungswinkel und eine relative Verzögerung und eine relative Dämpfung jedes Kanals mit Bezug auf einen ausgewählten Referenzkanal auszugeben.
System gemäß Anspruch 5, wobei der H-Spirograph für einen Kanal mit keinen Mehrwegereflexionen einen einzelnen Punkt in der I/Q-Ebene mit einem Ort beinhaltet, welcher durch Fehlübereinstimmungen der analogen Kette in einem Front-End des Sendeempfängers und einen Sichtlinien(LOS, Line of Sight)-Ausbreitungswinkel des Kanals bestimmt wird.
System gemäß Anspruch 5, wobei der H-Spirograph für einen Kanal mit genau einer Mehrwegereflexion einen Kreisbogen in der I/Q-Ebene beinhaltet, welcher einen Mittelpunkt, einen Radius und einen Bogenwinkel mit regelmäßig beabstandeten Trägerfrequenzpunkten aufweist, wobei: der Ort des Mittelpunkts des Kreisbogens durch Fehlübereinstimmungen der analogen Kette in einem Front-End des Sendeempfängers und einen Sichtlinien(LOS)-Ausbreitungswinkel bestimmt wird; der Radius des Kreisbogens durch eine Größe der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal bestimmt wird; und der Winkel des Kreisbogens durch eine Phase der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal und durch den Ausbreitungswinkel der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal bestimmt wird.
System gemäß Anspruch 8, wobei die H-Spirographen für alle Kanäle mit genau einer Mehrwegereflexion durch eine Drehung und eine Translation kongruent sind.
System gemäß Anspruch 5, wobei der V-Spirograph für einen Kanal mit keinen Mehrwegereflexionen einen einzelnen Punkt in der I/Q-Ebene mit einem Ort beinhaltet, welcher durch Fehlübereinstimmungen der analogen Kette in einem Front-End des Sendeempfängers und einen Sichtlinien(LOS)-Ausbreitungswinkel bestimmt wird.
System gemäß Anspruch 5, wobei der V-Spirograph für einen Kanal mit genau einer Mehrwegereflexion einen Kreisbogen in der I/Q-Ebene beinhaltet, welcher einen Mittelpunkt, einen Radius und einen Bogenwinkel mit unregelmäßig beabstandeten Trägerfrequenzen aufweist, wobei: der Ort des Mittelpunkts des Kreisbogens, der Radius des Kreisbogens und der Winkel des Kreisbogens durch Fehlübereinstimmungen der analogen Kette in einem Front-End des Sendeempfängers, einen Sichtlinien(LOS)-Ausbreitungswinkel des Kanals, eine Größe der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal, eine Phase der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal und durch den Ausbreitungswinkel der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal bestimmt werden.
System gemäß Anspruch 11, wobei die V-Spirographen für alle Kanäle mit genau einer Mehrwegereflexion relativ zu dem ausgewählten Referenzkanal durch eine Translation, eine Drehung und eine radiale Skalierung ähnlich sind.
System gemäß Anspruch 5, wobei der H-Spirograph für einen Kanal mit zwei oder mehr Mehrwegereflexionen eine kombinierte Hypozykloide in der I/Q-Ebene beinhaltet.
System gemäß Anspruch 13, wobei die H-Spirographen für alle Kanäle mit zwei Mehrwegereflexionen durch eine Translation und eine Drehung kongruent sind.
System gemäß Anspruch 5, wobei der V-Spirograph für einen Kanal mit zwei Mehrwegereflexionen eine nicht symmetrische Spur in der I/Q-Ebene beinhaltet und wobei die V-Spirographen für alle Kanäle mit zwei Mehrwegereflexionen relativ zu dem ausgewählten Referenzkanal durch eine Skalierung, eine Drehung und eine Neuabtastung ähnlich sind.
Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Empfangen, an einem Sendeempfänger in einem Mehrträger-Mehrantennenkommunikationssystem, eines von Kanalschätzungen und Beamforming-Schätzungen für eine Vielzahl von Trägerfrequenzen; Schätzen, mit einem vorwärtsgekoppelten neuronalen Netz (FFNN) vom Typ mehrlagiges Perzeptron, von Parametern von Mehrwegereflexionen unter Verwendung von Darstellungen der Kanalschätzungen oder des Beamforming-Feedbacks; und Anpassen von Phasen und Amplituden von Kanalübertragungen basierend auf den geschätzten Parametern von Mehrwegereflexionen.
Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner Folgendes beinhaltet: Extrahieren, aus den Kanalschätzungen, in einem Prozessor, von frequenzabhängigen Amplituden- und Phasendaten einer n x m-H-Matrix für eine Vielzahl von Trägerfrequenzen oder Extrahieren, aus dem Beamforming-Feedback, von frequenzabhängigen Amplituden- und Phasendaten einer n x m-V-Matrix für die Vielzahl von Trägerfrequenzen, wobei n eine Anzahl von Übertragungsantennen in dem Kommunikationssystem ist, m eine Anzahl von Empfangsantennen in dem Kommunikationssystem ist und das Produkt aus m und n eine Anzahl von Kanälen in dem Kommunikationssystem ist; und in einem Speicher, der mit dem Prozessor und dem FFNN gekoppelt ist, Speichern von Gewichten, Biaswerten und Aktivierungsfunktionen für das FFNN und Speichern der geschätzten Parameter von Mehrwegereflexionen.
Verfahren gemäß Anspruch 17, das ferner das Umwandeln, in dem Prozessor, der H-Matrixdaten in einen frequenzabhängigen H-Spirographen in einer I/Q-Ebene basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der H-Matrixdaten oder das Umwandeln der V-Matrixdaten in einen frequenzabhängigen V-Spirographen in der I/Q-Ebene basierend auf Inphase(I)- und Quadraturphase(Q)-Komponenten der V-Matrixdaten beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 18, das ferner Folgendes beinhaltet: Empfangen, an dem FFNN, der H-Spirograph-Inphase- und -Quadraturphasedaten bei jeder Trägerfrequenz als Eingabevektoren und Ausgeben eines effektiven Ausbreitungswinkels, einer effektiven Kanaldämpfung und einer effektiven Kanalverzögerung jedes Kanals basierend auf Eigenschaften des H-Spirographen; oder Empfangen, an dem FFNN, der V-Spirograph-Inphase- und -Quadraturphasedaten bei jeder Frequenz als Eingabevektoren und Ausgeben eines effektiven Ausbreitungswinkels und einer relativen Verzögerung und einer relativen Dämpfung jedes Kanals mit Bezug auf einen ausgewählten Referenzkanal basierend auf Eigenschaften des V-Spirographen.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der H-Spirograph für einen Kanal mit keinen Mehrwegereflexionen einen einzelnen Punkt in der I/Q-Ebene mit einem Ort beinhaltet, welcher durch Fehlübereinstimmungen der analogen Kette in einem Front-End des Sendeempfängers und einen Sichtlinien(LOS)-Ausbreitungswinkel des Kanals bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der H-Spirograph für einen Kanal mit genau einer Mehrwegereflexion einen Kreisbogen in der I/Q-Ebene beinhaltet, welcher einen Mittelpunkt, einen Radius und einen Bogenwinkel mit regelmäßig beabstandeten Trägerfrequenzpunkten aufweist, wobei: der Ort des Mittelpunkts des Kreisbogens durch Fehlübereinstimmungen der analogen Kette in einem Front-End des Sendeempfängers und einen Sichtlinien(LOS)-Ausbreitungswinkel bestimmt wird; der Radius des Kreisbogens durch eine Stärke der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal bestimmt wird; und der Winkel des Kreisbogens durch eine Phase der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal und durch den Ausbreitungswinkel der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei die H-Spirographen für alle Kanäle mit genau einer Mehrwegereflexion durch eine Drehung und eine Translation kongruent sind.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der V-Spirograph für einen Kanal mit keinen Mehrwegereflexionen einen einzelnen Punkt in der I/Q-Ebene mit einem Ort beinhaltet, welcher durch Fehlübereinstimmungen der analogen Kette in einem Front-End des Sendeempfängers und einen Sichtlinien(LOS)-Ausbreitungswinkel bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der V-Spirograph für einen Kanal mit genau einer Mehrwegereflexion einen Kreisbogen in der I/Q-Ebene beinhaltet, welcher einen Mittelpunkt, einen Radius und einen Bogenwinkel mit unregelmäßig beabstandeten Trägerfrequenzen aufweist, wobei: der Ort des Mittelpunkts des Kreisbogens, der Radius des Kreisbogens und der Winkel des Kreisbogens durch Fehlübereinstimmungen der analogen Kette in einem Front-End des Sendeempfängers, einen Sichtlinien(LOS)-Ausbreitungswinkel des Kanals, eine Stärke der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal, eine Phase der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal und durch den Ausbreitungswinkel der Mehrwegereflexion relativ zu dem LOS-Signal bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei die V-Spirographen für alle Kanäle mit genau einer Mehrwegereflexion relativ zu dem ausgewählten Referenzkanal durch eine Translation, eine Drehung und eine radiale Skalierung ähnlich sind.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der H-Spirograph für einen Kanal mit zwei Mehrwegereflexionen eine kombinierte Hypozykloide in der I/Q-Ebene beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei die H-Matrix-Spirographen für alle Kanäle mit zwei Mehrwegereflexionen durch eine Translation und eine Drehung kongruent sind.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der V-Spirograph für einen Kanal mit zwei Mehrwegereflexionen eine nicht symmetrische Spur in der I/Q-Ebene beinhaltet und wobei die V-Spirographen für alle Kanäle mit zwei Mehrwegereflexionen relativ zu dem ausgewählten Referenzkanal durch eine Skalierung, eine Drehung und eine Neuabtastung ähnlich sind.
Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Bereitstellen von Trainingsdaten, die Simulationen von Kanalschätzungen und Beamforming-Feedback in einem Mehrkanal-Mehrträgerkommunikationssystem beinhalten, für eine Vielzahl von Mehrwegeszenarien; Trainieren eines vorwärtsgekoppelten neuronalen Netzes (FFNN) vom Typ mehrlagiges Perzeptron mit Inphase- und Quadraturphasedarstellungen der Kanalschätzungen und des Beamforming-Feedbacks darauf, Parameter von Mehrwegereflexionen zu schätzen; und Speichern von Gewichten, Biaswerten und Aktivierungsfunktionen des trainierten FFNN in einem Speicher.
Verfahren gemäß Anspruch 29, wobei das Trainieren des FFNN Folgendes beinhaltet: Generieren von Sätzen spirographischer Merkmale aus den Inphase- und Quadraturdarstellungen der Kanalschätzungen und des Beamforming-Feedbacks für jedes der Vielzahl von Mehrwegeszenarien, für jeden Kanal bei jeder Trägerfrequenz; schubweises Anwenden der Sätze Merkmale auf das FFNN mittels einer Vorwärtsrechnung, um eine Verlustfunktion zu generieren, die eine Darstellung der Trainingsdaten beinhaltet; und Ausbreiten der Verlustfunktion mittels einer Rückwärtsrechnung durch das neuronale Netz, um Gewichte und Biaswerte des neuronalen Netzes zu aktualisieren, um die Verlustfunktion zu minimieren.