RU2425456C2 - Системы и способы для улучшенной оценки канала в системах беспроводной связи - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области мультиплексированной связи. Техническим результатом является улучшение (оптимизация) оценки отклика канала в системе беспроводной связи. Для этого устройство связи включает в себя приемную антенну; приемник, выполненный с возможностью приема сигнала из приемной антенны; исходный модуль оценщика канала, выполненный с возможностью выбора выбранного канала среди одного или больше каналов в системе связи и для определения для выбранного канала исходной оценки канала на основе принятого сигнала; модуль преобразования, выполненный с возможностью преобразования исходной оценки канала в исходную оценку импульсного отклика, содержащую последовательность выборок; модуль фильтрации, выполненный с возможностью выбора подпоследовательности выборок из последовательности выборок и генерации усеченной исходной оценки импульсного отклика путем установки в ноль выборок в исходной оценке импульсного отклика, которые не находятся в выбранной подпоследовательности выборок; и модуль оценки канала максимального правдоподобия, выполненный с возможностью расчета взвешенной оценки импульсного отклика во временной области с использованием усеченной оценки импульсного отклика во временной области для выбранного канала и для расчета оценки канала максимального правдоподобия для выбранного канала путем преобразования в частотную область взвешенной оценки импульсного отклика во временной области. Также предусмотрен способ, реализуемый вышеуказанным устройством. 6 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Заявление приоритета

Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет согласно Предварительной заявке № 60/883090 под названием "Method for Enhanced Channel Estimation in Wireless Communication Systems," поданной 2 января 2007 г., переуступленной правопреемнику настоящей заявки и включенной в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное раскрытие относится к области мультиплексированной связи и более конкретно к системам и способам, предназначенным для улучшения рабочих характеристик систем с множеством входов и множеством выходов (MIMO) путем улучшения оценки канала.

Описание предшествующего уровня техники

Стандарт IEEE 802.11n беспроводной связи, который, как ожидается, будет закончен в конце 2008 г., включает в себя мультиплексирование с множеством входов и множеством выходов (MIMO) в технологии мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM), принятой предыдущей версией стандарта 802.11. Системы MIMO имеют преимущество существенно улучшенной пропускной способности и/или повышенной надежности по сравнению с не мультиплексированными системами.

Вместо передачи одиночного преобразованного в последовательную форму потока данных из одной передающей антенны в одну приемную антенну система MIMO разделяет поток данных на множество потоков данных, которые модулируют и передают параллельно и одновременно в одном и том же частотном канале, например, используя множество передающих антенн. На конце приема одна или больше цепочек приемных антенн MIMO принимают линейную комбинацию множества передаваемых потоков данных, определенных по множеству путей, по которым может осуществляться каждая отдельная передача. Потоки данных затем обрабатывают, как более подробно описано ниже.

Обычно в системах MIMO используется множество передающих антенн и множество приемных антенн для передачи данных. Канал MIMO, сформированный из N_T передающих и N_R приемных антенн, может поддерживать вплоть до NS потоков данных, где Ns≤min {N_T, N_R}.

В системе беспроводной связи данные, предназначенные для передачи, вначале модулируют на несущие сигналы радиочастоты (RF) для генерации RF модулированного сигнала, который больше подходит для передачи по беспроводному каналу передачи данных. Обычно в системах MIMO может быть сгенерировано вплоть до N_T RF модулированных сигналов и передано одновременно из N_T передающих антенн. Переданные RF модулированные сигналы могут поступать в N_R приемных антенн через множество путей распространения в канале беспроводной передачи данных. Взаимозависимость между принимаемыми сигналами и передаваемыми сигналами может быть описана следующим образом:

yk=HkT[sk]+nk, k=0, 1,..., Nf-1

(Уравнение 1)

где индекс k идентифицирует поднесущую, и N _f представляет количество поднесущих; y_k представляет комплексный вектор N _R компонентов, соответствующих сигналам, принятым каждой из N _R приемных антенн; s_k представляет вектор символа, представляющий поток данных источника; H _k представляет матрицу N _R×N _T, компоненты которой представляют комплексный коэффициент усиления канала; и n _k представляет вектор, представляющий шумы, принимаемые каждой приемной антенной. T[s _k] представляет пространственную обработку передатчика, которая отображает вектор s _k символа на N _T передающих антенн. (В представленных здесь описаниях используются следующие условные обозначения, если только не указано другое: жирными заглавными буквами обозначены матрицы; жирными строчными буквами обозначены векторы; и буквы, представленные курсивом, представляют скалярные величины).

Характеристики путей распространения обычно изменяются с течением времени из-за множества факторов, таких как, например, затухание, многолучевое распространение и внешние помехи. Вследствие этого, на передаваемые RF модулированные сигналы могут воздействовать различные условия канала (например, различная степень влияния затухания и многолучевого распространения), и они могут быть ассоциированы с различными комплексными коэффициентами усиления и значениями отношения сигнал-шум (SNR). В уравнении (1) эти характеристики кодированы в матрице H _k отклика канала.

Для получения хороших рабочих характеристик часто необходимо характеризовать отклик H _k беспроводного канала. Отклик канала может быть описан с помощью таких параметров, как спектральный шум, отношение сигнал-шум, скорость передачи битов или другие параметры рабочих характеристик. Для передатчика может потребоваться знать отклик канала, например, для того, чтобы выполнить пространственную обработку для передачи данных для приемника, как описано ниже. Аналогично, в приемнике может потребоваться знать отклик канала для выполнения пространственной обработки принимаемых сигналов для восстановления передаваемых данных.

Раскрытие изобретения

Здесь раскрыты способы и устройство для увеличения оценки отклика канала в системе беспроводной связи. В одном варианте осуществления способ оптимизированной оценки канала в системе связи включает в себя: выбирают выбранный канал среди одного или больше каналов в системе связи; определяют для выбранного канала исходную оценку канала; преобразуют исходную оценку канала в исходную оценку импульсного отклика во временной области, содержащую последовательность выборок; выбирают последовательность выборок из последовательности выборок; генерируют усеченную оценку импульсного отклика во временной области путем установления в ноль выборок в исходной оценке импульсного отклика во временной области, которые не находятся среди выбранной последовательностью выборок; рассчитывают взвешенную оценку импульсного отклика во временной области, используя усеченную оценку импульсного отклика во временной области для выбранного канала; и рассчитывают оценку канала максимального правдоподобия для выбранного канала путем преобразования в частотную область взвешенной оценки импульсного отклика во временной области. В варианте, выбор подпоследовательности выборок дополнительно включает в себя: определяют длительность отклика канала; выбирают в качестве последовательности выборок оптимизированную последовательность выборок из исходной оценки импульсного отклика во временной области, в котором оптимизированная последовательность выборок имеет длительность, равную длительности отклика канала, и ее выбирают для максимизации энергии в оптимизированной последовательности выборок. В дополнительном варианте, определение длительности отклика канала дополнительно включает в себя: принимают длительность отклика канала в качестве входных данных. В еще одном дополнительном варианте определение длительности отклика канала дополнительно включает в себя: выбирают длительность отклика канала из набора предварительно заданных значений. В еще одном дополнительном варианте выбор длительности отклика канала из набора предварительно заданных значений длительности дополнительно включает в себя для каждого значения в наборе предварительно заданных значений оптимизированную подпоследовательность, в котором оптимизированная подпоследовательность представляет собой подпоследовательность длительностью, равной этому значению, причем оптимизированную подпоследовательность выбирают для максимизации суммы энергий всех выборок в пределах этой подпоследовательности, энергия которых превышает пороговое значение; и выбирают в качестве длительности отклика канала значение из набора предварительно заданных значений, соответствующая оптимизированная подпоследовательность которого имеет наибольшую энергию. В еще одном дополнительном варианте выбранное значение представляет собой наименьшее значение, соответствующая оптимизированная подпоследовательность которого имеет наибольшую энергию. В еще одном дополнительном варианте способ дополнительно включает в себя: применяют циклический сдвиг к оценке канала максимального правдоподобия. В еще одном варианте, система связи дополнительно включает в себя одну или больше передающих антенн. В еще одном дополнительном варианте система связи включает в себя одну или больше приемных антенн. В еще одном дополнительном варианте каждый канал в системе связи соответствует паре передачи-приема одной из передающих антенн и одной из приемных антенн, способ, дополнительно содержащий: повторяют для каждого канала в системе связи все этапы от выбора выбранного канала до расчета оценки канала максимального правдоподобия для выбранного канала. В еще одном дополнительном варианте каждый канал в системе связи соответствует паре потока-приема одного из множества потоков данных и одной из приемных антенн, причем способ дополнительно содержит: повторяют для каждого канала в системе связи, все этапы от выбора выбранного канала до расчета оценки канала максимального правдоподобия для выбранного канала.

В дополнительном варианте осуществления устройство для оптимизации оценки канала в системе связи включает в себя приемную антенну; приемник, выполненный с возможностью принимать сигнал из приемной антенны; модуль исходного оценщика канала, выполненный с возможностью выбора выбранного канала среди одного или больше каналов в системе связи и определения для выбранного канала исходной оценки канала на основе принятого сигнала; модуль преобразования, выполненный с возможностью преобразования исходной оценки канала в исходную оценку импульсного отклика, содержащую последовательность выборок; модуль фильтрации, выполненный с возможностью выбора подпоследовательности выборок из последовательности выборок и генерации усеченной оценки исходного импульсного отклика путем установки в ноль выборок в исходной оценке импульсного отклика, которые не находятся среди выбранной последовательностью выборок; и модуль оценки канала максимального правдоподобия, выполненный с возможностью расчета взвешенной оценки импульсного отклика во временной области с использованием усеченной оценки импульсного отклика во временной области для выбранного канала и для расчета оценки канала максимального правдоподобия для выбранного канала путем преобразования взвешенной оценки импульсного отклика в частотную область. В варианте модуль фильтрации дополнительно выполнен с возможностью определения длительности отклика канала и выбора в качестве подпоследовательности выборок оптимизированной последовательности выборок из исходной оценки импульсного отклика во временной области, в котором оптимизированная последовательность выборок имеет длительность, равную длительности отклика канала, и ее выбирают для максимизации энергии в оптимизированной последовательности выборок. В дополнительном варианте модуль фильтрации дополнительно выполнен с возможностью приема длительности отклика канала в качестве входных данных. В еще одном дополнительном варианте модуль фильтрации дополнительно выполнен с возможностью выбора длительности отклика канала из набора предварительно заданных значений. В еще одном дополнительном варианте модуль фильтрации выполнен с возможностью поиска для каждого значения в наборе предварительно заданных значений оптимизированной подпоследовательности, в котором оптимизированная подпоследовательность представляет собой подпоследовательность с длительностью, равной этому значению, оптимизированную подпоследовательность выбирают для максимизации суммы энергий всех выборок в пределах этой последовательности, энергия которых превышает пороговое значение; и для выбора в качестве длительности отклика канала значения из набора предварительно заданных значений, соответствующая оптимизированная подпоследовательность которого имеет наибольшую энергию. В еще одном дополнительном варианте выбранное значение представляет собой наименьшее значение, соответствующая оптимизированная последовательность которого имеет наибольшую энергию. В еще одном дополнительном варианте приемная антенна представляет собой одну из множества приемных антенн. В еще одном дополнительном варианте каждый канал в системе связи соответствует паре передачи-приема из передающей антенны и приемной антенны. В еще одном дополнительном варианте каждый канал в системе связи соответствует паре потока-приема из потока данных и приемной антенны.

В еще одном дополнительном варианте осуществления машиночитаемый носитель, содержащий инструкции для выполнения способа оптимизации оценки канала в системе связи, включает в себя: выбирают выбранный канал среди одного или больше каналов в системе связи; определяют для выбранного канала исходную оценку канала; преобразуют исходную оценку канала в исходную оценку импульсного отклика во временной области, которая содержит последовательность выборок; выбирают подпоследовательности выборок из последовательности выборок; генерируют усеченную оценку импульсного отклика во временной области путем установки в ноль выборок в исходной оценке импульсного отклика во временной области, которые не находятся в выбранной подпоследовательности выборок; рассчитывают взвешенную оценку импульсного отклика во временной области, используя усеченную оценку импульсного отклика во временной области для выбранного канала; и рассчитывают оценку канала максимального правдоподобия для выбранного канала путем преобразования в частотную область взвешенной оценки импульсного отклика во временной области. В варианте, выбор подпоследовательности выборок дополнительно включает в себя: определяют длительность отклика канала; выбирают в качестве подпоследовательности выборок оптимизированную последовательность выборок из исходной оценки импульсного отклика во временной области, в котором оптимизированная последовательность выборок имеет длительность, равную длительности отклика канала, и ее выбирают для максимизации энергии в оптимизированной последовательности выборок. В дополнительном варианте определение длительности отклика канала дополнительно включает в себя: принимают длительность отклика канала в качестве входных данных. В еще одном дополнительном варианте, определение длительности отклика канала дополнительно включает в себя: выбирают длительность отклика канала из набора предварительно заданных значений. В еще одном дополнительном варианте выбор длительности отклика канала из набора предварительно заданных значений длительности дополнительно включает в себя: для каждого значения в наборе предварительно заданных значений выполняют поиск оптимизированной подпоследовательности, в котором оптимизированная подпоследовательность представляет собой подпоследовательность с длительностью, равной этому значению, оптимизированную последовательность выбирают для максимизации суммы энергий всех выборок в пределах этой подпоследовательности, энергия которых превышает пороговое значение; и выбирают в качестве длительности отклика канала значение из набора предварительно заданных значений, соответствующая оптимизированная подпоследовательность которых имеет наибольшую энергию. В еще одном дополнительном варианте выбранное значение представляет собой наименьшее значение, соответствующая оптимизированная последовательность которого имеет наибольшую энергию. В еще одном варианте способ дополнительно включает в себя: применяют циклический сдвиг к оценке канала максимального правдоподобия. В еще одном дополнительном варианте система связи включает в себя одну или больше передающих антенн. В еще одном дополнительном варианте система связи включает в себя одну или больше приемных антенн. В еще одном дополнительном варианте каждый канал в системе связи соответствует паре передачи-приема одной из передающих антенн и одной из приемных антенн, и способ дополнительно содержит: повторяют для каждого канала в системе связи все этапы от выбора выбранного канала до расчета оценки канала максимального правдоподобия для выбранного канала. В еще одном дополнительном варианте каждый канал в системе связи соответствует паре потока-приема для одного из множества потоков данных и одной из приемных антенн, и в котором способ дополнительно содержит: повторяют, для каждого канала в системе связи все этапы от выбора выбранного канала до расчета оценки канала максимального правдоподобия для выбранного канала.

В еще одном варианте выполнения способ улучшенной оценки канала в системе связи включает в себя: выбирают выбранный канал среди одного или больше каналов в системе связи; определяют для выбранного канала исходную оценку канала, содержащую последовательность выборок в частотной области; определяют наклон фазы исходной оценки канала; генерируют оценку канала с плоской фазой путем удаления наклона фазы из исходной оценки канала и генерируют улучшенную оценку канала для выбранного канала путем применения функции сглаживания для оценки канала с плоской фазой. В варианте определения наклон фазы исходной оценки канала включают в себя: определяют средний наклон фазы по последовательности выборок в частотной области в исходной оценке канала. В другом варианте определение наклона фазы исходной оценки канала включает в себя: определяют средний наклон фазы для каждого канала в системе связи, причем каждый канал содержит пару из одной из, по меньшей мере, одной из передающих антенн и одной из, по меньшей мере, одной приемных антенн. В еще одном варианте применение функции сглаживания для оценки канала с плоской фазой дополнительно включает в себя: рассчитывают взвешенное среднее значение заданного количества расположенных рядом друг с другом выборок из последовательности выборок в частотной области. В еще одном варианте взвешенное среднее значение рассчитывают в соответствии с формулами:

где H _φ (k) представляет собой k-ю выборку из последовательности выборок в частотной области в оценке канала с плоской фазой, H _sm,φ (k) представляет собой взвешенное среднее значение, соответствующее k-й выборке, N представляет собой заданное количество выборок во взвешенном среднем значении, N _f представляет собой общее количество выборок в оценке канала с плоской фазой, и A _i представляет весовые коэффициенты. В еще одном дополнительном варианте, N=3, A _-1=0,25, A ₀=0,5 и А ₁=0,25. В еще одном дополнительном варианте генерация улучшенной оценки канала дополнительно включает в себя: восстанавливают наклон фазы для улучшенной оценки канала. В еще одном варианте генерация улучшенной оценки канала дополнительно включает в себя: вставляют циклический сдвиг в улучшенную оценку канала. В еще одном варианте способ включает в себя: применяют циклический сдвиг в оценке канала максимального правдоподобия. В еще одном варианте система связи включает в себя одну или больше передающих антенн. В еще одном другом варианте система связи включает в себя одну или больше приемных антенн. В еще одном другом варианте каждый канал в системе связи соответствует паре передачи-приема одной из передающих антенн и одной из приемных антенн, способ дополнительно содержит: повторяют для каждого канала в системе связи все этапы от выбора выбранного канала до генерации улучшенной оценки канала для выбранного канала. В еще одном другом варианте каждый канал в системе связи соответствует паре потока-приема для одного из множества потоков данных и одной из приемных антенн, способ дополнительно содержит: повторяют для каждого канала в системе связи все этапы от выбора выбранного канала до генерации улучшенной оценки канала для выбранного канала.

В еще одном варианте осуществления устройство для улучшения оценки канала системы связи включает в себя приемную антенну; приемник, выполненный с возможностью приема сигнала из приемной антенны; модуль исходной оценки канала, выполненный с возможностью выбора канала, соответствующего приемной антенне, и одной из, по меньшей мере, одной из передающих антенн и определения для выбранного канала исходной оценки канала на основе принятого сигнала, причем исходная оценка канала содержит последовательность выборок в частотной области; модуль модификации фазы, выполненный с возможностью определения наклона фазы исходной оценки канала и генерации оценки канала с плоской фазой путем удаления наклона фазы из исходной оценки канала; и модуль сглаживания, выполненный с возможностью генерации улучшенной оценки канала для выбранного канала путем применения функции сглаживания к оценке канала с плоской фазой. В варианте модуль модификации фазы дополнительно выполнен с возможностью определения наклона фазы исходной оценки канала путем определения среднего наклона фазы по последовательности выборок в частотной области в исходной оценке канала. В другом варианте модуль модификации фазы дополнительно выполнен с возможностью определения наклона фазы исходной оценки канала путем определения среднего наклона фазы для каждого канала в системе связи, причем каждый канал содержит пару из одной из, по меньшей мере, одной из передающих антенн и одной из, по меньшей мере, одной приемных антенн. В еще одном другом варианте модуль сглаживания дополнительно выполнен с возможностью расчета взвешенного среднего значения заданного количества расположенных рядом друг с другом выборок из последовательности выборок в частотной области. В еще одном дополнительном варианте взвешенное среднее значение рассчитывают в соответствии с формулами:

где H _φ (k) представляет собой k-ю выборку последовательности выборок в частотной области в оценке канала с плоской фазой, H _sm,φ (k) представляет собой взвешенное среднее значение, соответствующее k-й выборке, N представляет собой заданное количество выборок во взвешенном среднем, N _f представляет собой общее количество выборок в оценке канала с плоской фазой, и A _i представляет собой весовые коэффициенты. В еще одном варианте, N=3, A _-1=0,25, A ₀=0,5 и А ₁=0,25. В еще одном варианте устройство дополнительно включает в себя модуль восстановления фазы, выполненный с возможностью восстановления наклона фазы для улучшенной оценки канала. В еще одном варианте устройство дополнительно включает в себя модуль сдвига, выполненный с возможностью вставки циклического сдвига в оценку канала. В еще одном дополнительном варианте приемная антенна представляет собой одну из множества приемных антенн. В еще одном варианте каждый канал в системе связи соответствует паре передачи-приема для передающей антенны и приемной антенны. В еще одном варианте каждый канал в системе связи соответствует паре потока-приема для потока данных и приемной антенны.

В еще одном варианте осуществления машиночитаемый носитель, содержащий инструкции для выполнения способа улучшенной оценки канала в системе связи, причем способ включает в себя: выбирают выбранный канал среди одного или больше каналов в системе связи; определяют для выбранного канала исходную оценку канала, содержащую последовательность из выборок в частотной области; определяют наклон фазы исходной оценки канала; генерируют оценку канала с плоской фазой путем удаления наклона фазы из исходной оценки канала и генерируют улучшенную оценку канала для выбранного канала путем применения функции сглаживания к оценке канала с плоской фазой. В варианте определение наклона фазы исходной оценки канала содержит: определяют средний наклон фазы для последовательности выборок в частотной области в исходной оценке канала. В другом варианте определение наклона фазы исходной оценки канала включает в себя: определяют средний наклон фазы для каждого канала в системе связи, причем каждый канал содержит пару из одной из, по меньшей мере, одной передающей антенны и одной из, по меньшей мере, одной приемной антенны. В еще одном варианте применение функции сглаживания к оценке канала с плоской фазой дополнительно включает в себя: рассчитывают взвешенное среднее значение заданного количества расположенных рядом друг с другом выборок для последовательности выборок. В еще одном дополнительном варианте взвешенное среднее значение рассчитывают в соответствии с формулами

где H _φ (k) представляет собой k-ю выборку последовательности выборок в частотной области в оценке канала с плоской фазой, H _sm , _φ (k) представляет собой среднее взвешенное значение, соответствующее k-й выборке, N представляет собой заданное количество выборок в среднем взвешенном значении, N _f представляет собой общее количество выборок в оценке канала плоской фазой и A _i представляет собой весовые коэффициенты. В еще одном дополнительном варианте N=3, A _-1=0,25, A ₀=0,5 и А ₁=0,25. В еще одном варианте генерация улучшенной оценки канала дополнительно включает в себя: восстанавливают наклон фазы для улучшенной оценки канала. В еще одном варианте генерация улучшенной оценки канала дополнительно включает в себя: вставляют циклический сдвиг в оценку канала. В еще другом варианте система связи включает в себя одну или больше передающих антенн. В еще одном дополнительном варианте система связи включает в себя одну или больше приемных антенн. В еще одном дополнительном варианте каждый канал в системе связи соответствует паре передачи-приема одной из передающих антенн и одной из приемных антенн, и способ дополнительно включает в себя: повторяют для каждого канала в системе связи все этапы от выбора выбранного канала до генерации улучшенной оценки канала для выбранного канала. В еще одном дополнительном варианте каждый канал в системе связи соответствует паре потока-приема одного из множества потоков данных и одной из приемных антенн, и способ дополнительно включает в себя: повторяют для каждого канала в системе связи все этапы от выбора выбранного канала до генерации улучшенной оценки канала для выбранного канала.

Краткое описание чертежей

Примерные варианты осуществления систем и способов в соответствии с настоящим изобретением будут понятны со ссылкой на приложенные чертежи, которые вычерчены без сохранения масштаба. На чертежах каждый идентичный или почти идентичный компонент, который представлен на различных чертежах, обозначен одинаковыми номерами ссылочных позиций. Для ясности не каждый компонент может быть помечен на каждом чертеже. На чертежах:

свойства и суть настоящего изобретения будут более понятны из подробного описания изобретения, представленного ниже, которое следует рассматривать совместно с чертежами, на которых одинаковыми номерами ссылочных позиций обозначены соответствующие одинаковые детали на всех чертежах.

На фиг. 1 показана схема примерной беспроводной сети.

На фиг. 2 показана блок-схема примерной передающей станции и приемной станции.

На фиг. 3 показана блок-схема последовательности операций примерного способа расчета оценки канала максимального правдоподобия.

На фиг. 4 показана блок-схема последовательности операций примерного способа выбора длительности N_h импульсного отклика.

На фиг. 5 показана блок-схема примерной системы, предназначенной для расчета оценки канала максимального правдоподобия.

На фиг. 6 показана блок-схема последовательности операций примерного способа расчета сглаженной оценки канала.

На фиг. 7 показана блок-схема примерной системы, предназначенной для расчета сглаженной оценки канала.

Осуществление изобретения

Данное изобретение не ограничено его применением с деталями конструкции и компоновками компонентов, представленными в следующем описании или показанными на чертежах. Изобретение может быть выполнено в других вариантах воплощения и может использоваться на практике или осуществляться различными способами. Кроме того, формулировки и терминология используются здесь с целью описания, и их не следует рассматривать как ограничение. Использование выражений "включающий в себя", "содержащий" или "имеющий", "заключающий в себя", "вовлекающий" и их вариации здесь означают, как охватывающие пункты, перечисленные после них и их эквиваленты, так и дополнительные элементы. Слово "примерный" используется здесь для обозначения "используемый в качестве примера, случая или иллюстрации". Любой вариант воплощения или конструкция, описанные здесь как "примерные", не обязательно следует рассматривать как предпочтительные или преимущественные по сравнению с другими вариантами воплощения или конструкциями.

Примерная система MIMO

На фиг. 1 показана примерная беспроводная сеть 100 с точкой 110 доступа (AP) и одной или больше станциями (STA) 120. Точка 110 доступа обычно представляет собой станцию, например, стационарную станцию, которая связана со станциями, такими как базовая станция или базовая подсистема приемопередатчика (BTS), узел или другая точка доступа. Точка 110 доступа может соединяться с сетью 130 передачи данных и может связываться с другими устройствами через сеть 130 передачи данных.

Станции 120 могут представлять собой любое устройство, которое может связываться с другой станцией через беспроводную среду. Станцию также можно вызывать терминалом доступа, терминалом пользователя, мобильной станцией, мобильным устройством, удаленной станцией, оборудованием пользователя, устройством пользователя, агентом пользователя, станцией абонента, модулем абонента или другими аналогичными устройствами, и она может содержать некоторые или все функции терминала. В примерных вариантах воплощения станция представляет собой один или больше из сотового телефона, беспроводного телефона, телефона Протокола инициирования сеанса (SIP), станции с беспроводным локальным шлейфом (WLL), портативного устройства, беспроводного устройства, карманного персонального компьютера (PDA), переносного компьютера, вычислительного устройства, карты беспроводного модема, мультимедийного устройства (например, HDTV (телевизор высокой четкости), плеер DVD (универсальный цифровой диск), беспроводный громкоговоритель, камера, записывающая видеокамера, веб-камера и т.д.) или другое устройство пользователя. Станции 120 могут связываться с точкой 110 доступа. В качестве альтернативы, станция 120 также может осуществлять обмен данными с другой станцией 120 как с равнозначным узлом. В любом случае, любая станция 120 может включать в себя или может выполнять функции передатчика, приемника или обоих этих устройств.

В примерном варианте осуществления точка 110 доступа представляет собой коммутатор беспроводной сети, и станция 120 представляет собой один или больше компьютеров, оборудованных адаптерами беспроводной сети. В альтернативном примерном варианте осуществления точка 110 доступа представляет собой станцию сотовой связи, и станция 120 представляет собой один или больше из сотовых телефонов, пейджеров или других устройств связи. Для специалиста в данной области техники будут понятны другие системы, которые могут быть представлены, в общем, как показано на фиг. 1.

Точка 110 доступа может быть оборудована одной антенной 112 или множеством антенн 112 для передачи и приема данных. Аналогично, каждая станция 120 также может быть оборудована одной антенной 112 или множеством антенн 112 для передачи и приема данных. В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, точка 110 доступа оборудована множеством (например, двумя или четырьмя) антенн 112, каждая станция 120a и 120b оборудована одной антенной 112, и станция 120c оборудована множеством антенн 112. В общем, можно использовать любое количество антенн 112; при этом нет необходимости, чтобы станции 120 имели одинаковое количество антенн 112, такое же, как и в других станциях, или, чтобы они имели такое же количество антенн 112, как и в точке 110 доступа.

На фиг. 2 показана блок-схема станций 120 и 122 (станция 120 на фиг. 1). Станция 120 оборудована N _T антеннами 920a...t, и станция 122 оборудована N _R антеннами 952a....r. Каждая антенна может представлять собой либо физическую антенну, или антенную решетку.

В примерном варианте осуществления в станции 120 процессор 914 данных передачи (TX) принимает данные трафика из источника 912 данных и другие данные из контроллера 930. Принятые данные могут включать в себя кодированные исходные данные любого типа, такие как голосовые данные, видеоданные или любые другие данные, которые могут быть переданы через беспроводную сеть. Процессор 914 данных TX обрабатывает (например, форматирует, кодирует, выполняет перемежение и отображение символов) данные и генерирует символы данных. Пространственный процессор 916 передачи мультиплексирует пилотные символы с символами данных, выполняет пространственную обработку передатчика по мультиплексированным символам данных и пилотным символам и обеспечивает вплоть до N _T выходных потоков символов, вплоть до t передатчиков (TMTR) 918a...t. Каждый передатчик 918 обрабатывает (например, модулирует, преобразует в аналоговую форму, фильтрует, усиливает и преобразует с повышением частоты) свой выходной поток символов и генерирует модулированный сигнал. Вплоть до N _T модулированных сигналов передатчиков 918a....t передают через антенны 920a...t, соответственно.

В примерном варианте осуществления, в станции 122 N _R антенн 952a...r принимают модулированные сигналы из станции 120, и каждая антенна 952 передает принятый сигнал в соответствующий приемник (RCVR) 954a...r. Каждый приемник 954 обрабатывает (например, фильтрует, усиливает, преобразует с понижением частоты, преобразует в цифровую форму и демодулирует) свой принятый сигнал и предоставляет принятые символы. Пространственный процессор 956 приема (RX) выполняет детектирование принятых символов и предоставляет оценки символов данных. Процессор 958 данных RX дополнительно обрабатывает (например, устраняет перемежение и декодирует) оценки символов данных и предоставляет декодированные данные в потребитель 960 данных.

Для передачи в другом направлении (из станции 122 в станцию 120) в станции 122 данные трафика из источника 962 данных и другие данные из контроллера 970 обрабатывают с помощью процессора 964 данных TX, мультиплексируют с пилотными символами и выполняют пространственную обработку с помощью пространственного процессора 966 TX, и дополнительно обрабатывают с использованием, вплоть до N _R передатчиков 954a...r для генерации, вплоть до N _R модулированных сигналов, которые передают через антенны 952a...r. В станции 120 модулированные сигналы из станции 122 принимают с помощью N _T антенн 920a...t, обрабатывают с помощью, вплоть до N _T приемников 918a...t, пространственно обрабатывают с помощью пространственного процессора 922 RX и дополнительно обрабатывают с помощью процессора 924 данных RX для восстановления данных, переданных станцией 122.

Контроллеры/процессоры 930 и 970 управляют работой в станциях 120 и 122, соответственно. Запоминающие устройства 932 и 972 сохраняют данные и программные коды для станций 120 и 122, соответственно.

Сигналы MIMO-OFDM

Как отмечено выше, в системе MIMO-OFDM с N _T передающими антеннами и N _R приемными антеннами принимаемый сигнал с эквивалентной полосой пропускания может быть представлен (в поднесущей k) с помощью:

(Уравнение 1)

где y _k представляет собой вектор приема N _R-го элемента, H _k представляет собой матрицу N _R ×N _T канала MIMO, n _k представляет собой N _R-й элемент вектора аддитивного белого гауссова шума (AWGN), и T[s _k] представляет собой преобразование N _S элемента вектора переданного символа модуляции, представляющего пространственную обработку передатчика (то есть, отображение на N _T передающих антенн). N _S представляет собой количество параллельных пространственных потоков, где N _S<=min {N _T, N _R}, и N _f представляет собой количество используемых поднесущих.

В общем, можно использовать одну или больше технологий пространственной обработки в системе связи MIMO-OFDM. Различные технологии пространственной обработки соответствуют различным отображениям T[s _k] символа сигнала на передающие антенны. Пространственную обработку можно использовать для улучшения связи, например, для улучшения отношения сигнал-шум канала или пропускной способности канала. Примеры этого включают в себя:

прямое отображение (DM): когда используют DM, обработка передатчика T[s _k], представляет собой просто Is _k, где I представляет собой единичную матрицу N _T ×N _T. В этом случае N _S идентично N _T и N _R>=N _T. При использовании такого подхода каждая поднесущая (каждый элемент вектора s _k переданного символа передачи) отображают на его собственную передающую антенну.

Управление собственным вектором (ES): когда используют ES, обработка передатчика определяется как T[s _k]=

, где матрицу управления передачи

для поднесущей k выводят из разложения единичного значения (SVD) H _k. Таким образом, в подходе ES, H _k=U _k S _k V _k ^H, где U _k и V _k представляют собой унитарные матрицы, и Sk представляет собой положительную диагональную матрицу действительного значения, содержащую квадратный корень собственных значений H _k в порядке уменьшения. В частности,

состоит из первых N _S колонок V _k.

Пространственное распределение (SS): с помощью пространственного распределения обработка в передатчике может быть представлена как T[s _k]=W _k s _k, где W _k представляет собой матрицу N _T xN _S распределения, столбцы которой являются ортогональными. Эта матрица может, например, представлять собой единичную матрицу независимой частоты, такую как матрицу Адамара или матрицу Фурье, в комбинации с циклическим разносом передачи, таким образом, что полученная в результате матрица распространения представляет собой

где

состоит из первых N _S столбцов матрицы Адамара или матрицы Фурье. Для того чтобы сделать W _k функцией частоты, каждой передающей антенне назначают циклическую задержку, представленную матрицей C _k, которая вносит линейный сдвиг фазы. Такое циклическое преобразование может быть представлено в частотной области с помощью диагональной матрицы N _T×N _T

(Уравнение 2)

где δ _iT представляет собой интервал задержки для передающей антенны i _T.

Кроме этого или в дополнение к описанным выше технологиям также могут использоваться другие подходы, включающие в себя формирование луча, блочное кодирование пространство-время или блочное кодирование пространство-частота.

Исходная оценка канала

Независимо от того, какие из описанных выше технологий используют, после приема сигнала приемник должен разделять и демодулировать N _S потоков данных, содержащихся в сигнале. В одном варианте осуществления это достигается путем применения пространственного выравнивания, хотя другие технологии можно использовать для разделения потоков данных. Веса выравнивателя рассчитывают на основе оценки эффективного канала, как его видно со стороны приемника. Для описанных выше технологий эффективный канал представляет собой просто H _k в случае DM,

в случае ES и H _k W _k в случае SS. Определение исходной оценки канала, используемой при пространственном выравнивании, может быть выполнено в частотной области, независимо для каждой поднесущей k.

В некоторых вариантах воплощения исходную оценку канала получают, используя обучающую последовательность. В таком варианте осуществления передатчик передает обучающую последовательность MIMO, в которой пространственные потоки были ортогонализированы, либо с применением ортогональной покрывающей матрицы (как в случае IEEE 802.11n), с использованием перемежения тонов (то есть, передачи всех обучающих символов по каждой поднесущей в одном пространственном потоке), или с использованием некоторого другого подхода. Приемник рассчитывает оценку коэффициентов матрицы канала MIMO (на поднесущую), путем коррелирования принятых символов с известной обучающей последовательностью, эффективно удаляя модуляцию. Когда используют обучающую последовательность, одно и то же пространственное отображение применяют для обучающей последовательности, которая будет применяться для передачи полезных данных, поэтому, эффективный канал, наблюдаемый со стороны приемника, будет одинаковым для обоих. Таким образом, оценку канала, рассчитанную с использованием обучающей последовательности, также можно применять для разделения и демодуляции сигналов данных.

Следует отметить, что в системах, таких как IEEE 802.11n, дополнительный циклический сдвиг на поток данных можно применять во всех схемах передачи DM, ES и SS, для исключения непреднамеренного эффекта формирования луча. Аналогично циклическим сдвигам для каждой антенны, отмеченным выше, такой циклический сдвиг может быть представлен в частотной области с помощью диагональной матрицы N _S×N _S,

(Уравнение 3)

где

представляет собой интервал задержки для потока i _S.

Обычно циклические сдвиги для каждой антенны и потока приводят к уменьшенной когерентности фазы между поднесущими. Однако, пока в приемнике имеется информация об этих циклических сдвигах, которые были применены в передатчике, их можно компенсировать при расчете эффективной оценки канала. В случае циклических сдвигов для потока это легко осуществляется в частотной области путем умножения исходной эффективной оценки канала на комплексно-сопряженную матрицу Θ _k. Для удаления циклических сдвигов для каждой антенны, приемник должен вначале компенсировать эффект матрицы

пространственного отображения, для отделения сигнала каждой передающей антенны. С этой целью приемник должен иметь точную информацию о том, какое пространственное отображение

использовали на конце передачи.

В некоторых вариантах воплощения, после того, как будет получена исходная оценка канала (либо используя обучающую последовательность, как описано выше, или с использованием любого другого способа), можно применять либо операцию сглаживания, или операцию фильтрации шумов к исходной оценке канала, улучшая, таким образом, качество исходной оценки канала. В типичном варианте осуществления приемник может выполнять циклические сдвиги в оценке канала после сглаживания или фильтрации шумов для поддержания одинаково эффективного канала, как для приема обучающей последовательности MIMO, так и для последующего приема полезных данных.

Фильтрация шумов максимального правдоподобия во временной области

На фиг. 3 показана блок-схема примерного способа улучшения исходной оценки канала, использующая фильтрацию шумов максимального правдоподобия. Процедуру, описанную в отношении фильтрации шумов, можно применять отдельно и независимо для каждого из каналов N _T N _R SISO (один вход, один выход) между каждой парой передающей и приемной антенн (или каналов N _S N _R, если любое используется пространственное отображение N _S потоков на N _T передающих антенн, такое как ES или SS).

В следующем описании, для упрощения обозначений, индекс k поднесущей опущен. Кроме того, жирные заглавные буквы обозначают векторы в частотной области и матрицы, в то время как жирные малые строчные буквы обозначают их эквиваленты во временной области.

Оценка H _LS канала в частотной области, для одиночного канала SISO (то есть, выбранного одного из каналов N _T N _R или N _S N _R в системе MIMO) может быть представлена как:

(Уравнение 4)

где F представляет собой матрицу Фурье N _T×N _T и h=[h₀ h₁...h_Nh-1] представляет собой импульсный отклик во временной области для выбранного канала. Импульсный отклик h во временной области имеет длительность N _h, где N _h <N _p, то есть, импульсный отклик содержится в циклическом префиксе OFDM длительностью N _p. 0 представляет собой вектор строки, состоящий из нулей, длиной N _f -N _h, соединенный вектор [h 0] представляет собой вектор h импульсного отклика во временной области, заполненный нулями до длины N _f. N представляет собой вектор N _f×1 аддитивного белого гауссова шума (AWGN). N представляет собой Гауссову случайную переменную с нулевым средним значением и ковариацией C _NN; таким образом, H _LS представляет собой гауссову случайную переменную со средним значением F[h 0]^T и ковариантностью C _NN.

Часть H _LS, которая соответствует импульсному отклику с ограниченной длительностью, может называться "частью сигнала" H _LS. Часть сигнала содержится в подпространстве, охваченном средним значением H _LS. Подпространства только сигнала и только шумов могут, поэтому, быть разделены следующим образом:

(Уравнение 5)

где F _h и F _n представляют собой матрицы дискретного преобразования Фурье (DFT), матрицы быстрого преобразования Фурье (FFT) или другие матрицы преобразования время - частота. F _h и F _n имеют размер N _f×N _h и N _f×(N _f -N _h), соответственно. Сигнал c уменьшенным пространством может быть представлен как

(Уравнение 6)

где

обозначает псевдоинверсное значение Моора-Пенроуза для F _h, заданного как

=(F _h ^H F _h)^-1 F _h ^H.

Случайная переменная v представляет собой Гауссову переменную с нулевыми средним значением и матрицей ковариантности.

C _vv=F _h ^H C _nn F _h. Следовательно, логарифмическая функция вероятности для сигнала с уменьшенным пространством будет представлена как:

(Уравнение 7)

Максимизация логарифмической функции вероятности в отношении h позволяет получить оценщик максимального правдоподобия (ML) для H:

(Уравнение 8)

Оценка канала c максимальной вероятностью для выбранного канала может быть определена путем отделения части сигнала H _LS от части шумов и отфильтровывания компонентов шумов. Как показано на фиг. 3, примерный способ достижения этого состоит в следующем.

После выбора (304) канала исходная оценка H _LS канала в частотной области может быть определена с помощью любого способа (308), такого как способ обучающей последовательности, описанный выше. В примерном варианте осуществления получение оценки канала в частотной области (этап 308) может включать в себя компенсацию H _LS для циклических сдвигов на поток и, в случае, когда используется любое пространственное отображение, компенсацию пространственного отображения и циклических сдвигов для каждой антенны.

В примерном варианте осуществления исходную оценку канала в частотной области преобразуют (310) в ее эквивалент во временной области (исходную оценку h _LS импульсного отклика во временной области) путем расчета с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT) H _LS:

(Уравнение 9)

В примерном варианте осуществления фильтрацию шумов выполняют путем определения (314) подпоследовательности N _h выборок, которая охватывает участок максимальной энергии исходной оценки h _LS импульсного отклика во временной области, где N _h представляет собой длительность импульсного отклика. Подпоследовательность максимальной энергии может быть определена для фиксированного N _h, путем установки положения окна длиной N _h в разных начальных точках в векторе h _LS и выбора положения окна, которое обеспечивает максимальную энергию в пределах окна. В качестве альтернативы, подпоследовательность максимальной энергии может быть определена путем выбора только тех выборок, энергия которых превышает пороговое значение. Кроме того, длительность N _h импульсного отклика не обязательно известна априори; в некоторых вариантах воплощения, значения N _h требуется выбирать или определять (312). Некоторые способы выбора или определения значения N _h описаны дополнительно ниже.

После того как будет определена (314) подпоследовательность N _h выборок, которая охватывает участок с максимальной энергией исходной оценки h _LS импульсного отклика во временной области, h _LS подвергают обрезке (318). В варианте осуществления исходную оценку h _LS импульсного отклика во временной области подвергают обрезке путем установки равными нулю тех выборок (N _f -N _h), которые не составляют часть подпоследовательности максимальной энергии, эффективно отфильтровывая шум. На этапах 308, 310, 312, 314 и 318 совместно выполняют умножение самой правой матрицы - вектора для оценщика максимального правдоподобия в уравнении 8,

(Уравнение 10)

Используя отфильтрованную (усеченную) исходную оценку h _max импульсного отклика, можно рассчитать (320) взвешенную оценку импульсного отклика во временной области в соответствии с

(Уравнение 11)

Преобразование h _ML обратно в частотную область (322) приводит к получению оценки H _ML канала максимального правдоподобия в частотной области для выбранного канала MIMO:

(Уравнение 12)

Эту процедуру можно повторять для всех пар передающих - приемных антенн N _T N _R (или каналов N _S N _R, если применяется любое пространственное отображение) для генерации полной оценки канала MIMO максимального правдоподобия для всех каналов (324).

Кроме того, как описано выше, в некоторых вариантах воплощения циклический сдвиг может быть внедрен в оценку канала для поддержания одинакового эффективного канала, как для принятой обучающей последовательности MIMO, так и для последующих полезных данных.

Как отмечено выше, в некоторых вариантах воплощения длительности N _h импульсного отклика назначают заданное значение. В идеальном случае заданное значение N _h представляет собой приемлемый компромисс между охватом большей части энергии импульсного отклика и фильтрацией шумов; если значение N _h слишком мало, тогда обработка фильтрации отбрасывает слишком много выборок сигнала. Если оно будет слишком велико, фильтрация шумов будет неэффективной.

В других вариантах воплощения N _h может быть определена (312) с использованием алгоритма. Примерный вариант воплощения способа 312 для выбора оптимального значения N _h из набора предварительно заданных значений показан в виде блок-схемы последовательности операций на фиг. 4. В способе, представленном на фиг. 4, процессор содержит в запоминающем устройстве набор М предварительно заданных значений, N _h ∈ {w ₀, w _1,..., w _M}.

Способ, показанный на фиг. 4, определяет лучший выбор для N _h из этого набора, а также местоположение окна с максимальной энергией размером N _h в пределах N _f выборок исходной оценки h _LS импульсного отклика во временной области, при заданной оценке нижнего уровня N ₀ шумов.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, если требуется использовать заданное значение N _h (402), способ выбора N _h можно обойти (420). В других случаях, выбирают первое значение - кандидат N _h, w ₀ (404). Затем подпоследовательность длиной w ₀, имеющую максимальную энергию, определяют следующим образом. Окно длиной w ₀ рассматривают как каждое исходное местоположение в исходной оценке h _LS импульсного отклика во временной области. Для каждого исходного положения суммируют энергию всех точек в окне длиной w ₀ (408, 412), исключая из суммы точки, энергия которых не превышает пороговое значение энергии (нижний уровень N ₀ шумов). Исходное положение, которое позволяет получить самую большую суммируемую энергию в пределах окна длиной w ₀, сохраняют вместе с соответствующей энергией (412). Этот подход повторяют для каждого значения - кандидата N _h в наборе. В конечном итоге, значение N _h, имеющее максимальную энергию, выбирают (418) для использования при расчетах оценки отклика канала максимального правдоподобия. Если более чем одно значение N _h - кандидат приведет к получению максимальной энергии (или, в качестве альтернативы, если более чем одно значение N _h превышает заданное максимальное пороговое значение энергии), выбирают самое короткое такое значение-кандидат N _h. Ассоциированное исходное положение определяет, которую из выборок (N _f -N _h) в пределах исходной оценки h _LS импульсного отклика во временной области требуется установить в ноль на этапе 318 на фиг. 3.

Описанные выше улучшенные технологии оценки канала можно воплотить различными способами. Например, такие технологии могут быть воплощены в аппаратных средствах, программных средствах или с использованием их комбинации. Для варианта осуществления в виде аппаратных средств модули обработки для этих технологий могут быть воплощены в пределах одной или больше специализированных интегральных схем (ASIC), цифровых процессоров сигналов (DSP), устройств цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройств (PLD), программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA), процессоров, контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров, других электронных модулей, разработанных для выполнения функций, описанных здесь, или их комбинации.

Для воплощения в виде программных средств описанные здесь технологии могут быть воплощены с помощью модулей (например, процедур, функций и так далее), которые включают в себя инструкции, которые могут быть воплощены одним или больше процессорами для выполнения описанных здесь функций. Инструкции могут быть сохранены в модулях запоминающих устройств, например, в запоминающем устройстве 972 на фиг. 2, на съемных носителях информации или тому подобное, которые могут быть считаны и выполнены с помощью одного или больше процессоров (например, контроллеров 970). Запоминающее устройство (устройства) могут быть воплощены внутри процессора или могут быть внешними для процессора, и в этом случае они могут быть соединены с возможностью обмена данными с процессором через различные средства, как известно в данной области техники.

На фиг. 5 показана блок-схема примерного варианта осуществления системы, разработанной для выполнения улучшенного способа оценки канала, описанного выше. Каждый элемент этой блок-схемы может быть воплощен в виде аппаратных средств, программных средств или их комбинаций, таких как компоненты аппаратных средств и программных средств, описанные в предыдущих параграфах. Кроме того, модули, показанные раздельно на фиг. 5, в некоторых вариантах воплощения, могут быть скомбинированы в многоцелевые модули; аналогично, каждый модуль на фиг. 5 сам содержит один или несколько подмодулей, которые выполняют части описанных функций.

В примерном варианте осуществления система включает в себя антенну 502, которая может представлять собой физическую антенну или антенную решетку и может представлять одну из множества антенн в системе MIMO. Антенна 502 соединена с модулем 504 приемника, который может усиливать принимаемый сигнал и выполнять любую требуемую предварительную обработку. Модуль 508 оценщика канала рассчитывает исходную оценку H _LS канала в частотной области для выбранного канала, например, с использованием способа обучающей последовательности, ссылка на который была сделана выше, или с помощью любого другого соответствующего способа. Модуль 510 преобразования преобразует исходную оценку H _LS канала в частотной области, в область времени для получения исходной оценки h _LS импульсного отклика во временной области. Модуль 512 фильтра выбирает части исходной оценки h _LS импульсного отклика во временной области, которые должны быть установлены равными нулю, как описано выше со ссылкой на фиг. 3 и 4, для генерации усеченной оценки импульсного отклика. В конечном итоге, модуль 514 оценщика канала максимального правдоподобия использует усеченную исходную оценку импульсного отклика, для расчета оценки H _ML канала максимального правдоподобия в частотной области для выбранного канала. Оценка H _ML канала максимального правдоподобия в частотной области может быть затем передана в другие модули процессора для использования при обработке входящих потоков данных.

Сглаживание в области частот

На фиг. 6 иллюстрируется блок-схема последовательности операций для примерного варианта осуществления сглаживания в частотной области, которое представляет собой альтернативный способ улучшения исходной оценки канала. Этот способ работает с выборками в частотной области. Как и в способе фильтрации шумов максимального правдоподобия во временной области, описанном выше, процедуру сглаживания в частотной области можно применять по отдельности и независимо для каждого из каналов SISO N _T N _R между каждой парой передающих и приемных антенн (или каналов N _S N _R, если используется любое пространственное отображение N _S потоков на N _T передающих антенн, такое как ES или SS).

После выбора канала (602), исходная оценка H _LS канала в частотной области для выбранного канала может быть определена с помощью любого способа (604), такого как способ обучающей последовательности, описанной выше. В примерном варианте осуществления получение исходной оценки H _LS канала в частотной области (этап 604) может включать в себя компенсацию циклических сдвигов для каждого потока и, в случае, когда используется любое пространственное отображение, компенсацию этого пространственного отображения и циклических сдвигов для каждой антенны.

После определения исходной оценки H _LS канала в частотной области, следующий этап (608) состоит в оценке усредненного наклона φ фазы по N _f выборкам в H _LS:

	(Уравнение 13)
	(Уравнение 14)

В альтернативном варианте осуществления вместо расчета среднего наклона фазы по исходной оценке H _LS канала для одиночного канала, наклон фазы может быть усреднен по всем каналам SISO N _T N _R (или N _S N _R).

После расчета среднего наклона фазы, его удаляют (610) из выборок N _f исходной оценки H _LS канала

(Уравнение 15)

После удаления среднего наклона фазы, сглаженная оценка канала может быть получена (612) путем получения взвешенного среднего значения некоторого количества расположенных рядом друг с другом N выборок; то есть, путем замены каждой выборки в исходной оценке H _LS канала на взвешенное среднее значение этой выборки с некоторым количеством выборок с обеих сторон от нее, что приводит к уменьшению эффективного шума в оценке канала. В одном варианте осуществления используют следующую функцию сглаживания:

	(Уравнение 16)
	(Уравнение 17)

где {A _i} обозначает коэффициенты взвешивания. В примерном варианте осуществления, N=3, A _-1=0,25, А ₀=0,5 и A ₁=0,25. Конечные точки (k=0,...(N-1)/2, и k=N _f-(N+1)/2,…N _f-1) требуют незначительной модификации приведенной выше формулы, поскольку отсутствуют выборки, которые включают в себя среднее значение перед (на нижнем конце) или после (на верхнем конце) центральной выборки взвешенного среднего значения. Это можно решить, путем, например, уменьшения количества выборок во взвешенном среднем при приближении к конечным точкам. В примерном варианте осуществления, когда центральная выборка находится ближе, чем на расстоянии (N-1)/2 от любой оконечной точки, взвешенное среднее можно регулировать для использования некоторого меньшего количества N' выборок, где N'<N. Например, в качестве одной из модификаций взвешенного среднего можно использовать

(Уравнение 18)

когда k<(N-1)/2, и

(Уравнение 19)

когда k>Nf-(N-1)/2-1. Когда количество N'<N выборок используют рядом с конечными точками оценки канала, N' взвешивающих коэффициентов A _i также требуется регулировать таким образом, чтобы их сумма оставалась равной 1.

В конечном итоге, когда сглаживание будет закончено, наклон фазы, удаленный на этапе 610, может быть снова умножен на этапе 614 для получения сглаженной оценки H _sm канала для выбранного канала:

(Уравнение 20)

В примерном варианте осуществления эту процедуру повторяют (618) для всех пар передающих-приемных антенн N _T N _R, генерируя полную сглаженную оценку канала MIMO.

В некоторых вариантах воплощения приемник также повторно вводит любые циклические сдвиги в оценку канала для поддержания того же эффективного канала, как для принятой обучающей последовательности MIMO, так и для последующих полезных данных.

При применении сглаживания в частотной области, как описано выше, для обучающей последовательности MIMO в вариантах воплощения, в которых используют управление собственного вектора, может быть желательно принудительно обеспечивать некоторый тип непрерывности фазы между поднесущими в передатчике путем модификации управляющей матрицы V _k передатчика. Это поддерживает когерентность частот управляемого канала (HV). Другими словами, это обеспечивает точность предположения в уравнениях 13 и 14, что вариация фазы от выборки к выборке происходит плавно и приблизительно линейно. Собственные вектора являются инвариантными для сдвига фазы, поэтому модифицированная матрица

остается собственной матрицей. Две примерные альтернативы принудительного обеспечения непрерывности фазы в передатчике представляют собой непрерывное управление фазой и положительное действительное управление первым элементом. Для непрерывного управления фазой матрица V _k управления передатчиком может быть модифицирована следующим образом:

(Уравнение 21)

Это позволяет рассчитать разность фаз в матрице V _k управления для пар соседних выборок и регулировать матрицу управления соответствующим образом, для получения модифицированной матрицы

управления, имеющей непрерывность фазы. В качестве альтернативы, можно применять следующую модификацию к V _k для получения положительного действительного управления первым элементом:

(Уравнение 22)

Как и в случае технологии оценки канала максимального правдоподобия, описанная здесь технология оценки канала со сглаживанием в частотной области аналогично может быть воплощена с использованием множества способов. Например, такая технология может быть воплощена в аппаратных средствах, программных средствах или их комбинации. При воплощении в виде аппаратных средств модули обработки для этих технологий могут быть воплощены с использованием одной или больше специализированных интегральных схем (ASIC), цифровых процессоров сигналов (DSP), устройств цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройств (PLD), программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA), процессоров, контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров, других электронных модулей, предназначенных для выполнения описанных здесь функций или их комбинации.

При выполнении в виде программных средств описанные здесь технологии могут быть воплощены с модулями (например, процедурами, функциями и так далее), которые включают в себя инструкции, которые могут быть воплощены с помощью одного или больше процессоров для выполнения описанных здесь функций. Инструкции могут быть сохранены в запоминающих устройствах, например, в запоминающем устройстве 972, показанном на фиг. 2, на съемных носителях записи или тому подобное, которые могут быть считаны и могут быть выполнены одним или больше процессорами (например, контроллерами 970). Запоминающее устройство (устройства) могут быть воплощены внутри процессора или могут быть внешними для процессора, и в этом случае они могут быть соединены с возможностью обмена данными с процессором, с использованием различных средств, известных в данной области техники.

На фиг. 7 показана блок-схема примерного варианта осуществления системы, разработанной для выполнения описанного выше улучшенного способа оценки канала. Каждый элемент этой блок-схемы может быть воплощен в виде аппаратных средств, программных средств или их комбинации, таких как аппаратные средства и программные компоненты, описанные в предыдущих параграфах. Кроме того, модули, показанные по отдельности на фиг. 7, в некоторых вариантах воплощения могут быть скомбинированы в многоцелевые модули; аналогично, каждый модуль на фиг. 7 сам может содержать один или больше подмодулей, которые выполняют части описанных функций.

В примерном варианте осуществления система включает в себя антенну 702, которая может представлять собой физическую антенну или антенную решетку, и может представлять собой одну из множества антенн в системе MIMO. Антенна 702 соединяет модуль 704 приемника, который может усиливать принимаемый сигнал и выполнять любую требуемую предварительную обработку.

Модуль 708 оценщика канала рассчитывает исходную оценку H _LS канала в частотной области для выбранного канала, например, с помощью способа обучающей последовательности, ссылка на который была сделана выше, или с помощью любого другого соответствующего способа.

Модуль 710 модификации фазы рассчитывает среднее значение фазы, как описано выше со ссылкой на фиг. 6, и удаляет ее из исходной оценки канала в частотной области. Модуль 712 сглаживания применяет функцию сглаживания к оценке канала, так же, как описано выше со ссылкой на фиг. 6. Модуль 714 восстановления фазы восстанавливает наклон фазы для оценки канала. В конечном итоге, модуль 718 сдвига восстанавливает любые циклические сдвиги в вариантах воплощения, в которых используются такие сдвиги. Сглаженную, сдвинутую оценку канала можно затем передавать в другие модули процессора для использования при обработке входящих потоков данных.

Предыдущее описание раскрытых вариантов осуществления представлено для обеспечения возможности для любого специалиста в данной области техники использовать настоящее изобретение. Различные модификации этих вариантов осуществления будут понятны для специалиста в данной области техники, и общие принципы, определенные здесь, можно применять к другим вариантам осуществления, без выхода за пределы объема изобретения. Предполагается, что настоящее изобретение соответствует раскрытым здесь принципам и новым свойствам.

Раскрытое выше, включает в себя примеры одного или больше вариантов осуществления. Естественно, нет возможности представить все возможные комбинации компонентов или методов с целью описания упомянутых выше вариантов осуществления, но для специалиста в данной области техники будет понятно, что возможно множество дополнительных комбинаций и перестановок различных вариантов осуществления. В соответствии с этим, предполагается, что описанные выше варианты осуществления будут охватывать все такие изменения, модификации и варианты, которые попадают в пределы объема приложенной формулы изобретения.

Claims (24)

1. Способ оптимизированной оценки канала в системе связи, содержащий этапы, на которых:
выбирают выбранный канал из одного или более каналов в системе связи (304);
определяют для выбранного канала исходную оценку канала в частотной области (308);
преобразуют исходную оценку канала в частотной области в исходную оценку импульсного отклика во временной области, содержащую последовательность выборок (310);
выбирают подпоследовательность выборок из последовательности выборок (314) на основе максимальной энергии исходной оценки импульсного отклика во временной области;
генерируют усеченную оценку импульсного отклика во временной области путем установки в ноль выборок в исходной оценке импульсного отклика во временной области, которые не находятся в выбранной подпоследовательности выборок (318);
отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:
рассчитывают взвешенную оценку импульсного отклика во временной области, используя усеченную оценку импульсного отклика во временной области для выбранного канала (320); и
рассчитывают оценку канала максимального правдоподобия в частотной области для выбранного канала путем преобразования в частотную область (322) взвешенной оценки импульсного отклика во временной области.

2. Способ по п.1, в котором выбор подпоследовательности выборок дополнительно содержит этапы, на которых:
определяют длительность отклика канала и
выбирают в качестве подпоследовательности выборок оптимизированную последовательность выборок из исходной оценки импульсного отклика во временной области, причем оптимизированная последовательность выборок имеет длительность, равную длительности отклика канала, и выбирается для максимизации энергии в оптимизированной последовательности выборок.

3. Способ по п.2, в котором определение длительности отклика канала дополнительно содержит прием длительности отклика канала в качестве ввода.

4. Способ по п,2, в котором определение длительности отклика канала дополнительно содержит выбор длительности отклика канала из набора предварительно заданных значений.

5. Способ по п.4, в котором выбор длительности отклика канала из набора предварительно заданных значений длительности дополнительно содержит этапы, на которых:
для каждого значения в наборе предварительно заданных значений находят оптимизированную подпоследовательность, причем оптимизированная подпоследовательность представляет собой подпоследовательность с длительностью, равной этому значению, причем оптимизированную подпоследовательность выбирают для максимизации суммы энергий всех выборок в пределах этой подпоследовательности, энергия которых превышает пороговое значение; и
выбирают в качестве длительности отклика канала значение из набора предварительно заданных значений, соответствующая оптимизированная подпоследовательность которого имеет наибольшую энергию.

6. Способ по п.5, в котором выбранное значение представляет собой наименьшее значение, для которого соответствующая оптимизированная подпоследовательность имеет наибольшую энергию.

7. Способ по п.1, дополнительно содержащий применение циклического сдвига к оценке канала максимального правдоподобия.

8. Способ по п.1, в котором система связи включает в себя одну или более передающих антенн.

9. Способ по п.8, в котором система связи включает в себя одну или более приемных антенн.

10. Способ по п.9, в котором каждый канал в системе связи соответствует паре передачи-приема одной из передающих антенн и одной из приемных антенн, причем способ дополнительно содержит повторение для каждого канала в системе связи всех этапов от выбора выбранного канала до расчета оценки канала максимального правдоподобия для выбранного канала.

11. Способ по п.9, в котором каждый канал в системе связи соответствует паре потока-приема одного из множества потоков данных и одной из приемных антенн, причем способ дополнительно содержит повторение для каждого канала в системе связи всех этапов от выбора выбранного канала до расчета оценки канала максимального правдоподобия для выбранного канала.

12. Устройство для оптимизации оценки канала в системе связи, причем устройство содержит:
приемную антенну (502);
приемник (504), выполненный с возможностью принимать сигнал из приемной антенны/модуль (508) исходного оценщика канала, выполненный с возможностью выбора выбранного канала среди одного или больше каналов в системе связи и определения для выбранного канала исходной оценки канала в частотной области на основе принятого сигнала;
модуль (510) преобразования, выполненный с возможностью преобразования исходной оценки канала в исходную оценку импульсного отклика во временной области, содержащую последовательность выборок;
модуль (512) фильтрации, выполненный с возможностью выбора подпоследовательности выборок из последовательности выборок, основываясь на максимальной энергии исходной оценки импульсного отклика во временной области, и генерации усеченной исходной оценки импульсного отклика во временной области путем установки в ноль выборок в исходной оценке импульсного отклика во временной области, которые не находятся в выбранной подпоследовательности выборок,
отличающееся тем, что содержит модуль (514) оценки канала максимального правдоподобия, выполненный с возможностью расчета взвешенной оценки импульсного отклика во временной области с использованием усеченной оценки импульсного отклика во временной области для выбранного канала и расчета оценки канала максимального правдоподобия в частотной области для выбранного канала путем преобразования в частотную область взвешенной оценки импульсного отклика во временной области.

13. Машиночитаемый носитель, содержащий машинно-исполняемые инструкции, обращение к которым побуждает процессор к выполнению способа оптимизации оценки канала в системе связи по пп.1-11.

14. Способ улучшенной оценки канала в системе связи, содержащий этапы, на которых:
выбирают выбранный канал среди одного или больше каналов в системе связи (602);
определяют для выбранного канала исходную оценку канала, содержащую последовательность выборок в частотной области (604);
определяют наклон фазы исходной оценки канала (608);
генерируют оценку канала с плоской фазой путем удаления наклона фазы из исходной оценки канала (610); и
генерируют улучшенную оценку канала для выбранного канала путем применения функции сглаживания к оценке канала с плоской фазой (612);
отличающийся тем, что применение функции сглаживания к оценке канала с плоской фазой дополнительно содержит вычисление взвешенного среднего значения для предварительно заданного количества расположенных рядом друг с другом выборок из последовательности выборок в частотной области.

15. Способ по п.14, в котором определение наклона фазы для исходной оценки канала содержит определение среднего наклона фазы по последовательности выборок в частотной области в исходной оценке канала.

16. Способ по п.14, в котором определение наклона фазы исходной оценки канала содержит определение среднего наклона фазы для каждого канала в системе связи, причем каждый канал содержит пару из одной из, по меньшей мере, одной передающей антенны и одной из, по меньшей мере, одной приемной антенны.

17. Способ по п.14, в котором взвешенное среднее значение рассчитывают в соответствии с формулами

где H_φ(k) представляет собой k-ю выборку из последовательности выборок в частотной области в оценке канала с плоской фазой, H_sm,φ(k) представляет собой взвешенное среднее значение, соответствующее k-й выборке, N представляет собой предварительно заданное количество выборок во взвешенном среднем значении, N_f представляет собой общее количество выборок в оценке канала с плоской фазой, и А_i представляют собой весовые коэффициенты.

18. Способ по п.17, в котором N=3, A_-1=0,25, A₀=0,5 и A₁=0,25.

19. Способ по п.14, в котором генерация улучшенной оценки канала дополнительно содержит восстановление наклона фазы для улучшенной оценки канала.

20. Способ по п.19, дополнительно содержащий введение циклического сдвига в улучшенную оценку канала.

21. Способ по п.14, дополнительно содержащий этап, на котором передают выбранный канал с использованием непрерывного фазового управления.

22. Способ по п.14, дополнительно содержащий этап, на котором передают выбранный канал с использованием положительного управления первым элементом.

23. Устройство для улучшенной оценки канала в системе связи, содержащее:
приемную антенну (702);
приемник (704), выполненный с возможностью приема сигнала из приемной антенны;
исходный модуль (708) оценщика канала, выполненный с возможностью выбора канала, соответствующего приемной антенне и одной из, по меньшей мере, одной передающей антенны, и для определения для выбранного канала исходной оценки канала на основе принятого сигнала, причем исходная оценка канала содержит последовательность выборок в частотной области;
модуль (710) модификации фазы, выполненный с возможностью определения наклона фазы исходной оценки канала, и генерации оценки канала с плоской фазой путем удаления наклона фазы из исходной оценки канала; и
модуль (712) сглаживания, выполненный с возможностью генерации улучшенной оценки канала для выбранного канала путем применения функции сглаживания к оценке канала с плоской фазой;
отличающееся тем, что применение функции сглаживания к оценке канала с плоской фазой дополнительно содержит вычисление взвешенного среднего значения для предварительно заданного количества расположенных рядом друг с другом выборок из последовательности выборок в частотной области.

24. Машиночитаемый носитель, содержащий машинно-исполняемые инструкции, обращение к которым побуждает процессор к выполнению способа улучшенной оценки канала в системе связи по пп.14-22.

Images