RU2580324C2 - Distributed input and distributed output communication system and method - Google Patents

Distributed input and distributed output communication system and method Download PDF

Info

Publication number
RU2580324C2
RU2580324C2 RU2011131821/07A RU2011131821A RU2580324C2 RU 2580324 C2 RU2580324 C2 RU 2580324C2 RU 2011131821/07 A RU2011131821/07 A RU 2011131821/07A RU 2011131821 A RU2011131821 A RU 2011131821A RU 2580324 C2 RU2580324 C2 RU 2580324C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dido
channel
antennas
base station
systems
Prior art date
Application number
RU2011131821/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011131821A (en
Inventor
Антонио ФОРЕНЦА
Роберт В. Младший ХИТ
Стивен Дж. ПЕРЛМАН
ДЕР ЛАН Рогер ВАН
Джон СПЕК
Original Assignee
Риарден, Ллк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US11/894,362 external-priority patent/US7633994B2/en
Priority claimed from US11/894,394 external-priority patent/US7599420B2/en
Priority claimed from US11/894,540 external-priority patent/US7636381B2/en
Application filed by Риарден, Ллк filed Critical Риарден, Ллк
Publication of RU2011131821A publication Critical patent/RU2011131821A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2580324C2 publication Critical patent/RU2580324C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413MIMO systems
    • H04B7/0452Multi-user MIMO systems
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0621Feedback content
    • H04B7/0632Channel quality parameters, e.g. channel quality indicator [CQI]
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0684Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission using different training sequences per antenna
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0686Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0689Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using different transmission schemes, at least one of them being a diversity transmission scheme
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842Weighted combining
    • H04B7/0848Joint weighting
    • H04B7/0854Joint weighting using error minimizing algorithms, e.g. minimum mean squared error [MMSE], "cross-correlation" or matrix inversion
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J11/00Orthogonal multiplex systems, e.g. using WALSH codes
    • H04J11/0023Interference mitigation or co-ordination
    • H04J11/0026Interference mitigation or co-ordination of multi-user interference
    • H04J11/003Interference mitigation or co-ordination of multi-user interference at the transmitter
    • H04J11/0033Interference mitigation or co-ordination of multi-user interference at the transmitter by pre-cancellation of known interference, e.g. using a matched filter, dirty paper coder or Thomlinson-Harashima precoder
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202Channel estimation
    • H04L25/0224Channel estimation using sounding signals
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03006Arrangements for removing intersymbol interference
    • H04L25/03343Arrangements at the transmitter end

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method for dynamic adaptation of communication characteristics of a multiple-antenna system (MAS) with multi-user (MU) transmissions (MU-MAS) includes the following steps: transmitting a training signal from each antenna of a base station to each of a plurality of wireless client devices; generating channel characteristic data; receiving the channel characteristic data at the base station; determining instantaneous and statistical channel quality using the channel characteristic data; determining a subset of users and a MU-MAS transmission mode based on the channel quality; computing a plurality of MU-MAS precoder weights based on the channel characteristic data; precoding data using the MU-MAS precoder weights; and transmitting the precoded data signals through each antenna of the base station to each respective client device in the selected subset.
EFFECT: high throughput.
5 cl, 52 dwg

Description

Заявление приоритетаPriority Statement

Данная заявка является частичным продолжением заявки №10/902.978, поданной 30 июля 2004 года.This application is a partial continuation of application No. 10 / 902.978, filed July 30, 2004.

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Данное изобретение относится в целом к области систем связи. Конкретнее, изобретение относится к системе и способу беспроводной связи с распределенными входами и распределенными выходами, в которых используют методы пространственно-временного кодирования.This invention relates generally to the field of communication systems. More specifically, the invention relates to a system and method for wireless communication with distributed inputs and distributed outputs, which use methods of space-time coding.

Уровень техникиState of the art

Пространственно-временное кодирование сигналов связиSpace-time coding of communication signals

Известна относительно новая разработка в беспроводной технологии, называемая пространственное мультиплексирование и пространственно-временное кодирование. Один конкретный тип пространственно-временного кодирования называется MIMO (со множеством входов и множеством выходов), потому что несколько антенн используются на каждом конце. Благодаря использованию множества антенн для отправки и приема множество независимых радиоволн может быть передано в одно и то же время в одном и том же частотном диапазоне. Нижеследующие статьи дают обзор MIMO.A relatively new development in wireless technology known as spatial multiplexing and space-time coding is known. One particular type of space-time coding is called MIMO (with multiple inputs and multiple outputs), because several antennas are used at each end. By using multiple antennas for sending and receiving, multiple independent radio waves can be transmitted at the same time in the same frequency range. The following articles give an overview of MIMO.

IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 21, NO. 3, APRIL 2003: "From Theory to Practice: An Overview of MIMO Space-Time Coded Wireless Systems" (От теории к практике: Обзор беспроводных систем MIMO с пространственно-временным кодированием), by David Gesbert, Member, IEEE, Mansoor Shafi, Fellow, IEEE, Dashan Shiu, Member, IEEE, Peter J. Smith, Member, IEEE, and Ayman Naguib, Senior Member, IEEE.IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 21, NO. 3, APRIL 2003: "From Theory to Practice: An Overview of MIMO Space-Time Coded Wireless Systems", by David Gesbert, Member, IEEE, Mansoor Shafi, Fellow, IEEE, Dashan Shiu, Member, IEEE, Peter J. Smith, Member, IEEE, and Ayman Naguib, Senior Member, IEEE.

IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL. 50, NO. 12, DECEMBER 2002: "Outdoor MIMO Wireless Channels: Models and Performance Prediction" (Наружные беспроводные каналы MIMO: Модели и прогнозирование рабочих характеристик), David Gesbert, Member, IEEE, Helmut Bolcskei, Member, IEEE, Dhananjay A. Gore, and Arogyaswami J. Paulraj, Fellow, IEEE.IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL. 50, NO. 12, DECEMBER 2002: "Outdoor MIMO Wireless Channels: Models and Performance Prediction", David Gesbert, Member, IEEE, Helmut Bolcskei, Member, IEEE, Dhananjay A. Gore, and Arogyaswami J. Paulraj, Fellow, IEEE.

По существу дела, технология MIMO основана на использовании пространственно распределенных антенн для создания параллельных пространственных потоков данных в общем частотном диапазоне. Радиоволны передаются так, что отдельные сигналы можно разделять в приемнике и демодулировать несмотря на то, что они передаются в одном и том же частотном диапазоне, что может привести к множеству статистически независимых (т.е. эффективно разделенных) каналов связи. Таким образом, в противоположность стандартным беспроводным системам связи, которые пытаются подавлять многолучевые сигналы (т.е. множество сигналов на одной и той же частоте, задержанных во времени и видоизмененных по амплитуде и фазе), MIMO может основываться на некоррелированных или слабо коррелированных многолучевых сигналах для достижения более высокой пропускной способности и улучшенного отношения сигнал/шум в заданном частотном диапазоне. В качестве примера, технология MIMO достигает намного более высокой пропускной способности при сравнимых условиях по мощности и отношению сигнал/шум (С/Ш) (SNR), когда традиционная система не-MIMO может достигать лишь более низкой пропускной способности. Эта способность описана на вебсайте Qualcomm Incorporated (Qualcomm является одним из крупнейших поставщиков беспроводной технологии) на странице, озаглавленной "What MIMO Delivers" (Что представляет MIMO) по адресу http://www.cdmatech.com/products/what_mimo_delivers.jsp: «MIMO представляет собой единственный многоантенный метод, который увеличивает спектральную емкость путем предоставления в два или более раз большей пиковой скорости передачи данных в системе на канал или на МГц спектра. Конкретнее, для беспроводных приложений LAN или Wi-Fi® технология MIMO четвертого поколения QUALCOMM дает скорости 315 Мбит/сек в спектре 36 МГц или 8,8 Мбит/МГц. Сравните это с пиковой пропускной способностью по стандарту 802.11a/g (даже с методами формирования луча или разнесения), который обеспечивает только 54 Мбит/сек в спектре 17 МГц или 3,18 Мбит/МГц».Essentially, MIMO technology is based on the use of spatially distributed antennas to create parallel spatial data streams in a common frequency range. Radio waves are transmitted so that individual signals can be separated at the receiver and demodulated despite the fact that they are transmitted in the same frequency range, which can lead to many statistically independent (i.e. effectively separated) communication channels. Thus, in contrast to standard wireless communication systems that attempt to suppress multipath signals (i.e., multiple signals at the same frequency, delayed in time and modified in amplitude and phase), MIMO can be based on uncorrelated or weakly correlated multipath signals to achieve higher bandwidth and improved signal to noise ratio in a given frequency range. As an example, MIMO technology achieves a much higher throughput under comparable conditions in terms of power and signal to noise ratio (S / N) (SNR), when a traditional non-MIMO system can only achieve lower throughput. This ability is described on the Qualcomm Incorporated website (Qualcomm is one of the largest wireless technology providers) on the page entitled "What MIMO Delivers" at http://www.cdmatech.com/products/what_mimo_delivers.jsp: MIMO is the only multi-antenna technique that increases spectral capacity by providing two or more times the peak data rate in the system per channel or per MHz spectrum. More specifically, for wireless LAN or Wi-Fi® applications, the fourth-generation QUALCOMM MIMO technology delivers 315 Mbps in the 36 MHz or 8.8 Mbps spectrum. Compare this to the peak bandwidth of the 802.11a / g standard (even with beamforming or diversity), which provides only 54 Mbps in the 17 MHz or 3.18 Mbps spectrum. ”

Системы MIMO, как правило, сталкиваются с практическим ограничением менее 10 антенн на устройство (а потому и менее, чем 10х улучшение пропускной способности в сети) по нескольким причинам:MIMO systems, as a rule, face a practical limitation of less than 10 antennas per device (and therefore less than 10x improvement in network bandwidth) for several reasons:

1. Физические ограничения: антенны MIMO на заданном устройстве должны иметь достаточное разнесение между собой, чтобы каждая принимала статистически независимый сигнал. Хотя улучшения пропускной способности MIMO можно видеть и при разнесении антенн на несколько долей длины волны, эффективность быстро ухудшается по мере приближения антенн, что приводит к более низким коэффициентам увеличения пропускной способности MIMO.1. Physical limitations: MIMO antennas on a given device must be sufficiently spaced apart so that each receives a statistically independent signal. Although improvements in MIMO bandwidth can be seen even when the antennas are separated by a few fractions of the wavelength, the efficiency quickly deteriorates as the antennas approach, which leads to lower coefficients of increased MIMO bandwidth.

См., например, следующие ссылки:See, for example, the following links:

[1] D.-S. Shiu, G.J.Foschini, M.J.Gans, and J.M.Kahn, "Fading correlation and its effect on the capacity of multielement antenna systems," (Корреляция затухания и ее воздействие на пропускную способность многоэлементных антенных систем) IEEE Trans. Соmm., vol.48, no. 3, pp.502-513, Mar. 2000.[1] D.-S. Shiu, G.J. Foschini, M.J. Gans, and J.M. Kahn, "Fading correlation and its effect on the capacity of multielement antenna systems," IEEE Trans. Comm., Vol. 48, no. 3, pp. 502-513, Mar. 2000.

[2] V. Pohl, V. Jungnickel, T. Haustein, and С. von Helmolt, "Antenna spacing in MIMO indoor channels," (Разнесение антенн во внутренних каналах MIMO) Proc. IEEE Veh. Technol. Conf., vol.2, pp.749-753, May 2002.[2] V. Pohl, V. Jungnickel, T. Haustein, and C. von Helmolt, "Antenna spacing in MIMO indoor channels," Proc. IEEE Veh. Technol. Conf., Vol. 2, pp. 749-753, May 2002.

[3] M. Stoytchev, H. Safar, A.L.Moustakas, and S. Simon, "Compact antenna arrays for MIMO applications," (Компактные антенные решетки для приложений MIMO) Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., vol.3, pp.708-711, July 2001.[3] M. Stoytchev, H. Safar, A. L. Moustakas, and S. Simon, "Compact antenna arrays for MIMO applications," Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., Vol. 3, pp. 708-711, July 2001.

[4] A. Forenza and R.W.Heath Jr., "Impact of antenna geometry on MIMO communication in indoor clustered channels," (Воздействие антенной геометрии на связь MIMO во внутренних кластерных каналах) Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., vol.2, pp.1700-1703, June 2004.[4] A. Forenza and R.W. Heath Jr., "Impact of antenna geometry on MIMO communication in indoor clustered channels," Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., Vol. 2, pp. 1700-1703, June 2004.

Кроме того, для малого разнесения антенн эффекты взаимной связи могут ухудшать характеристики систем MIMO.In addition, for small antenna spacing, the mutual coupling effects may degrade the performance of MIMO systems.

См., например, следующие ссылки:See, for example, the following links:

[5] M.J. Fakhereddin and K.R. Dandekar, "Combined effect of polarization diversity and mutual coupling on MIMO capacity," (Комбинированный эффект поляризационного разнесения и взаимной связи на пропускную способность MIMO) Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., vol.2, pp.495-498, June 2003.[5] M.J. Fakhereddin and K.R. Dandekar, "Combined effect of polarization diversity and mutual coupling on MIMO capacity," Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., Vol. 2, pp. 495-498, June 2003.

[7] P.N.Fletcher, M. Dean, and A.R.Nix, "Mutual coupling in multielement array antennas and its influence on MIMO channel capacity," (Взаимная связь в многоэлементных антенных решетках и ее влияние на пропускную способность каналов MIMO) IEEE Electronics Letters, vol.39, pp.342-344, Feb. 2003.[7] PNFletcher, M. Dean, and ARNix, "Mutual coupling in multielement array antennas and its influence on MIMO channel capacity," (IEEE Electronics Letters, IEE Electronics Letters, vol. 39, pp. 342-344, Feb. 2003.

[8] V. Jungnickel, V. Pohl, and С. Von Helmolt, "Capacity of MIMO systems with closely spaced antennas," (Пропускная способность систем MIMO с тесно разнесенными антеннами) IEEE Comm. Lett., vol.7, pp.361- 363, Aug. 2003.[8] V. Jungnickel, V. Pohl, and C. Von Helmolt, "Capacity of MIMO systems with closely spaced antennas," IEEE Comm. Lett., Vol. 7, pp. 361-363, Aug. 2003.

[10] J.W.Wallace and M.A.Jensen, "Termination-dependent diversity performance of coupled antennas: Network theory analysis," (Зависящая от оконечного устройства характеристика разнесения связанных антенн: Теоретический анализ сетей) IEEE Trans. Antennas Propagat, vol.52, pp.98-105, Jan. 2004.[10] J.W. Wallace and M.A. Jensen, "Termination-dependent diversity performance of coupled antennas: Network theory analysis," (Terminal-dependent coupled antenna diversity characteristic: Theoretical network analysis) IEEE Trans. Antennas Propagat, vol. 52, pp. 98-105, Jan. 2004.

[13] С. Waldschmidt, S. Schulteis, and W. Wiesbeck, "Complete RF system model for analysis of compact MIMO arrays," (Полная модель ВЧ системы для анализа компактных решеток MIMO) IEEE Trans. on Veh. TechnoL, vol.53, pp.579-586, May 2004.[13] S. Waldschmidt, S. Schulteis, and W. Wiesbeck, "Complete RF system model for analysis of compact MIMO arrays," IEEE Trans. on Veh. TechnoL, vol. 53, pp. 579-586, May 2004.

[14] M.L.Morris and M.A.Jensen, "Network model for MIMO systems with coupled antennas and noisy amplifiers," (Сетевая модель для систем MIMO со связанными антеннами и шумящими усилителями) IEEE Trans. Antennas Propagat., vol.53, pp.545-552, Jan.2005.[14] M.L. Morris and M.A. Jensen, "Network model for MIMO systems with coupled antennas and noisy amplifiers," (Network model for MIMO systems with coupled antennas and noise amplifiers) IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 53, pp. 545-552, Jan. 2005.

Кроме того, по мере сближения антенн эти антенны, как правило, должны становиться меньше, что может также повлиять на эффективность антенн.In addition, as the antennas get closer, these antennas should generally become smaller, which can also affect the performance of the antennas.

См., например, нижеследующие ссылки:See, for example, the following links:

[15] Н.A.Wheeler, "Small antennas," (Малые антенны) IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-23, n.4, pp.462-469, July 1975.[15] N. A. Wheeler, "Small antennas," (Small antennas) IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-23, n.4, pp. 462-469, July 1975.

[16] J.S. McLean, "A re-examination of the fundamental limits on the radiation Q of electrically small antennas," (Пересмотр фундаментальных ограничений на излучательную добротность электрически малых антенн) IEEE Trans. Antennas Propagat., vol.44, n.5, pp.672-676, May 1996.[16] J.S. McLean, "A re-examination of the fundamental limits on the radiation Q of electrically small antennas," (Review of the fundamental restrictions on the emissivity of an electrically small antenna) IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 44, n.5, pp. 672-676, May 1996.

Наконец, при более низких частотах и больших длинах волн физический размер единственного устройства MIMO может стать громоздким. Предельный случай может быть в диапазоне ВЧ, где может оказаться необходимым отделять антенны устройств MIMO друг от друга на 10 метров и более.Finally, at lower frequencies and longer wavelengths, the physical size of a single MIMO device can become cumbersome. The limiting case may be in the HF range, where it may be necessary to separate the antennas of MIMO devices from each other by 10 meters or more.

2. Ограничения, накладываемые шумами. Каждая подсистема приемника-передатчика MIMO создает некоторый уровень шумов. По мере того как все больше подсистем помещаются в тесной близости друг к другу, уровень шума возрастает. При этом требуется все более низкий уровень шума, так как все больше число различных сигналов необходимо различать один от другого в многоантенной системе MIMO.2. Limitations imposed by noise. Each subsystem of the transmitter-receiver MIMO creates a certain level of noise. As more and more subsystems are placed in close proximity to each other, the noise level increases. This requires an increasingly lower noise level, as an increasing number of different signals must be distinguished from one another in a multi-antenna MIMO system.

3. Ограничения по стоимости и мощности. Хотя имеются приложения MIMO, в которых стоимость и потребление энергии не являются проблемой, в обычном беспроводном изделии как стоимостные, так и энергетические затраты являются критическими ограничениями при разработке успешного изделия. Для каждой антенны MIMO требуется отдельная ВЧ подсистема, в том числе аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи (АЦП и ЦАП). В отличие от многих аспектов цифровых систем, масштаб которых изменяется по закону Мура (эмпирическое наблюдение, которое сделал соучредитель фирмы Интел Гордон Мур, согласно которому число транзисторов в интегральной схеме для минимальной стоимости компонентов удваивается примерно каждые 24 месяца; см. http://www.intel.com/technology/mooreslaw/), такие насыщенные аналоговыми компонентами подсистемы, как правило, имеют конкретные требования к физическому конструктивному размеру и мощности и линейную зависимость стоимости и мощности от масштаба. Таким образом, многоантенное устройство MIMO стало бы чрезмерно дорогим и энергоемким по сравнению с одноантенным устройством.3. Limitations on cost and power. Although there are MIMO applications in which cost and energy consumption are not a problem, in a conventional wireless product, both cost and energy costs are critical constraints in developing a successful product. Each MIMO antenna requires a separate RF subsystem, including analog-to-digital and digital-to-analog converters (ADC and DAC). Unlike many aspects of digital systems, the scale of which varies according to Moore's law (an empirical observation made by Intel co-founder Gordon Moore, according to which the number of transistors in an integrated circuit for a minimum cost of components doubles approximately every 24 months; see http: // www .intel.com / technology / mooreslaw /), such subsystems saturated with analog components, as a rule, have specific requirements for physical design size and power and linear dependence of cost and power on scale. Thus, a multi-antenna MIMO device would become excessively expensive and energy intensive compared to a single-antenna device.

В результате вышеизложенного большинство проектируемых в настоящее время систем MIMO имеют порядка 2-4 антенн, что приводит к от двух- до четырехкратного увеличения пропускной способности и к некоторому увеличению отношения С/Ш вследствие преимуществ от разнесения многоантенной системы. Разработаны системы MIMO, имеющие до 10 антенн (в особенности на более высоких микроволновых частотах вследствие более коротких длин волн и меньшего расстояния между антеннами), но дальнейшее увеличение числа антенн непрактично, кроме весьма специализированных и дорогостоящих применений.As a result of the above, the majority of currently designed MIMO systems have about 2-4 antennas, which leads to a two to four-fold increase in throughput and to some increase in the S / N ratio due to the benefits of diversity multi-antenna system. MIMO systems have been developed with up to 10 antennas (especially at higher microwave frequencies due to shorter wavelengths and shorter distance between antennas), but a further increase in the number of antennas is impractical, except for very specialized and expensive applications.

Виртуальные антенные решеткиVirtual antenna arrays

Одним частным применением технологии типа MIMO является виртуальная антенная решетка. Такая система предложена в исследовательском отчете, представленном в Европейской организации в области научных и технических исследований EURO-COST, Barcelona, Spain, Jan 15-17, 2003: Center for Telecommunications Research, King's College London, UK: "A step towards MIMO: Virtual Antenna Arrays" (Шаг к MIMO: виртуальная антенная решетка), Mischa Dohler & Hamid Aghvami.One particular application of technology such as MIMO is a virtual antenna array. Such a system was proposed in a research report presented at the European Organization for Scientific and Technical Research EURO-COST, Barcelona, Spain, Jan 15-17, 2003: Center for Telecommunications Research, King's College London, UK: "A step towards MIMO: Virtual Antenna Arrays "(Step to MIMO: Virtual Antenna Array), Mischa Dohler & Hamid Aghvami.

Виртуальные антенные решетки, как представлено в этом документе, представляют собой системы совместно работающих беспроводных устройств (таких как сотовые телефоны), которые осуществляют связь друг с другом (если и когда они находятся достаточно близко друг к другу) на выделенном канале связи ином, нежели их первичный канал связи с их базовой станцией, чтобы работать совместно (к примеру, если они являются сотовыми телефонами GSM в диапазоне ультравысоких частот (УВЧ) (UHF), это может быть промышленный, научный и медицинский (ISM) беспроводной диапазон на частоте 5 МГц). Это обеспечивает MIMO-подобное увеличение пропускной способности устройств с одной антенной посредством трансляции информации между несколькими устройствами в зоне действия друг друга (в дополнение к нахождению в зоне действия базовой станции), так что они работают так, как если бы они были физически одним устройством с множеством антенн.Virtual antenna arrays, as presented in this document, are systems of collaborative wireless devices (such as cell phones) that communicate with each other (if and when they are close enough to each other) on a dedicated communication channel other than their the primary communication channel with their base station in order to work together (for example, if they are GSM cell phones in the ultra-high frequency range (UHF) (UHF), it can be industrial, scientific and medical (ISM) wireless apazone at 5 MHz). This provides a MIMO-like increase in the bandwidth of single-antenna devices by transmitting information between several devices in each other's coverage area (in addition to being in the coverage area of the base station), so that they work as if they were physically one device with many antennas.

На практике, однако, такую систему чрезвычайно трудно реализовать, и она имеет ограниченную применимость. Прежде всего, теперь имеется как минимум два раздельных тракта связи для каждого устройства, которые должны поддерживаться для достижения улучшенной пропускной способности, причем вторая транслирующая линия зачастую имеет неустойчивый доступ. Кроме того, эти устройства являются более дорогими, более крупными физически и потребляют больше мощности, поскольку они имеют по меньшей мере вторую подсистему связи и более высокие вычислительные потребности. Помимо этого, данная система в большей степени зависит от очень усложненной координации всех устройство в реальном времени, потенциально через множество разнообразных линий связи. Наконец, по мере роста одновременного использования каналов (к примеру, передачи одновременных телефонных вызовов, использующих методы MIMO), возрастает вычислительная нагрузка на каждое устройство (потенциально экспоненциально, когда использование канала растет линейно), что может быть весьма непрактично для переносных устройств с жесткими ограничениями на мощность и размер.In practice, however, such a system is extremely difficult to implement, and it has limited applicability. First of all, now there are at least two separate communication paths for each device, which must be supported in order to achieve improved throughput, and the second broadcast line often has unstable access. In addition, these devices are more expensive, physically larger, and consume more power because they have at least a second communication subsystem and higher computing needs. In addition, this system is more dependent on the very complicated coordination of all devices in real time, potentially through many different communication lines. Finally, as the simultaneous use of channels increases (for example, the transmission of simultaneous telephone calls using MIMO methods), the computational load on each device increases (potentially exponentially when channel use grows linearly), which can be very impractical for portable devices with severe restrictions on power and size.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Описаны система и способ для компенсации частотного и фазового сдвигов в многоантенной системе (MAC) (MAS) с многопользовательскими (МП) (MU) передачами («МП-МАС») ("MU-MAS"). Например, способ согласно одному варианту осуществления изобретения содержит этапы, на которых: передают обучающий сигнал от каждой антенны базовой станции к одному или к каждому из множества беспроводных клиентских устройств, причем одно или каждое из клиентских устройств анализирует каждый обучающий сигнал для выработки данных компенсации частотного сдвига, и принимают данные компенсации частотного сдвига на базовой станции; вычисляют веса предварительного кодера МП-МАС на основе данных компенсации частотного сдвига для предварительной компенсации частотного сдвига в передатчике; предварительно кодируют обучающий сигнал с помощью весов предварительного кодера МП-МАС для генерирования предварительно кодированных обучающих сигналов для каждой антенны базовой станции; передают предварительно кодированный обучающий сигнал от каждой антенны базовой станции к каждому из множества беспроводных клиентских устройств, причем каждое из клиентских устройств анализирует каждый обучающий сигнал для выработки характеристических данных канала, и принимают характеристические данные канала на базовой станции; вычисляют множество весов предварительного кодера МП-МАС на основе характеристических данных канала, причем эти веса предварительного кодера МП-МАС вычисляют для предварительно скомпенсированного частотного и фазового сдвига и/или межпользовательских помех; предварительно кодируют данные с помощью этих весов предварительного кодера МП-МАС для генерирования сигналов предварительно кодированных данных для каждой антенны базовой станции; и передают сигналы предварительно кодированных данных через каждую антенну базовой станции к каждому соответствующему клиентскому устройству.A system and method are described for compensating frequency and phase shifts in a multi-antenna system (MAC) (MAS) with multi-user (MP) (MU) transmissions ("MP-MAC") ("MU-MAS"). For example, the method according to one embodiment of the invention comprises the steps of: transmitting a training signal from each antenna of the base station to one or to each of a plurality of wireless client devices, wherein one or each of the client devices analyzes each training signal to generate frequency shift compensation data , and receive frequency shift compensation data at the base station; calculating the weights of the MP-MAC preliminary encoder based on the frequency shift compensation data to pre-compensate the frequency shift in the transmitter; pre-encode the training signal using the weights of the pre-encoder MP-MAC to generate pre-encoded training signals for each antenna of the base station; transmitting a precoded training signal from each antenna of the base station to each of a plurality of wireless client devices, each client device analyzing each training signal to generate channel characteristic data, and receiving channel characteristic data at the base station; calculating a plurality of weights of the MP-MAC preliminary encoder based on the channel characteristic data, wherein these weights of the MP-MAC preliminary encoder are calculated for the pre-compensated frequency and phase shift and / or inter-user interference; pre-encode data using these weights of the pre-encoder MP-MAC to generate signals of pre-encoded data for each antenna of the base station; and transmitting precoded data signals through each antenna of the base station to each corresponding client device.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Нижеследующее описание вместе с чертежами предназначено для лучшего понимания настоящего изобретения.The following description, together with the drawings, is for a better understanding of the present invention.

Фиг.1 иллюстрирует существующую систему MIMO.1 illustrates an existing MIMO system.

Фиг.2 иллюстрирует N-антенную базовую станцию, осуществляющую связь со множеством одноантенных клиентских устройств.2 illustrates an N-antenna base station communicating with a plurality of single-antenna client devices.

Фиг.3 иллюстрирует трехантенную базовую станцию, осуществляющую связь со множеством одноантенных клиентских устройств.Figure 3 illustrates a three-antenna base station that communicates with multiple single-antenna client devices.

Фиг.4 иллюстрирует методы обучающего сигнала, примененные в одном варианте осуществления изобретения.4 illustrates training signal techniques applied in one embodiment of the invention.

Фиг.5 иллюстрирует характеристические данные канала, передаваемые от клиентского устройства к базовой станции, согласно одному варианту осуществления изобретения.5 illustrates channel characteristic data transmitted from a client device to a base station, according to one embodiment of the invention.

Фиг.6 иллюстрирует нисходящую передачу с множеством входов и распределенным выходом («MIDO») согласно одному варианту осуществления изобретения.6 illustrates a multi-input, distributed output (“MIDO”) downstream transmission according to one embodiment of the invention.

Фиг.7 иллюстрирует восходящую передачу с множеством входов и множеством выходов («MIMO») согласно одному варианту осуществления изобретения.7 illustrates an upstream transmission with multiple inputs and multiple outputs ("MIMO") according to one embodiment of the invention.

Фиг.8 иллюстрирует базовую станцию, циклически работающую по разным группам клиентов для распределения пропускной способности согласно одному варианту осуществления изобретения.FIG. 8 illustrates a base station cyclically operating across different groups of clients for bandwidth allocation according to one embodiment of the invention.

Фиг.9 иллюстрирует группирование клиентов на основе близости согласно одному варианту осуществления изобретения.FIG. 9 illustrates proximity grouping of customers according to one embodiment of the invention.

Фиг.10 иллюстрирует вариант осуществления изобретения, примененный в системе с близкой к вертикальной пространственной волной (NVIS).10 illustrates an embodiment of the invention applied to a near vertical spatial wave (NVIS) system.

Фиг.11 иллюстрирует вариант осуществления передатчика DIDO с функциональными узлами компенсации дисбаланса I/Q.11 illustrates an embodiment of a DIDO transmitter with I / Q imbalance compensation functional units.

Фиг.12 иллюстрирует вариант осуществления приемника DIDO с функциональными узлами компенсации дисбаланса I/Q.12 illustrates an embodiment of a DIDO receiver with I / Q imbalance compensation functional units.

Фиг.13 иллюстрирует один вариант осуществления систем DIDO-OFDM с компенсацией дисбаланса I/Q.13 illustrates one embodiment of an I / Q imbalance compensated DIDO-OFDM system.

Фиг.14 иллюстрирует один вариант осуществления режима DIDO 2×2 с компенсацией дисбаланса I/Q и без нее.Fig. 14 illustrates one embodiment of a 2 × 2 DIDO mode with and without I / Q imbalance compensation.

Фиг.15 иллюстрирует один вариант осуществления режима DIDO 2×2 с компенсацией дисбаланса I/Q и без нее.15 illustrates one embodiment of a 2 × 2 DIDO mode with and without I / Q imbalance compensation.

Фиг.16 иллюстрирует один вариант осуществления частоты появления ошибочных символов (SER) с компенсацией дисбаланса I/Q и без нее для разных созвездий КАМ.Fig. 16 illustrates one embodiment of an error symbol occurrence rate (SER) with and without I / Q imbalance compensation for different QAM constellations.

Фиг.17 иллюстрирует один вариант осуществления режимов DIDO 2×2 с компенсацией дисбаланса I/Q и без нее в различных местоположениях пользовательских устройств.17 illustrates one embodiment of 2 × 2 DIDO modes with and without I / Q imbalance compensation at various locations of user devices.

Фиг.18 иллюстрирует один вариант осуществления SER с компенсацией дисбаланса I/Q и без нее в идеальных (независимых и идентично распределенных (i.i.d.)) каналах.FIG. 18 illustrates one embodiment of a SER with and without I / Q imbalance compensation in ideal (independent and identically distributed (i.i.d.)) channels.

Фиг.19 иллюстрирует один вариант осуществления блок-схемы передатчика в адаптивных системах DIDO.FIG. 19 illustrates one embodiment of a transmitter block diagram in adaptive DIDO systems.

Фиг.20 иллюстрирует один вариант осуществления блок-схемы приемника в адаптивных системах DIDO.20 illustrates one embodiment of a receiver block diagram in adaptive DIDO systems.

Фиг.21 иллюстрирует один вариант осуществления способа адаптивного DIDO-OFDM.21 illustrates one embodiment of an adaptive DIDO-OFDM method.

Фиг.22 иллюстрирует один вариант осуществления компоновки антенны для измерений DIDO.FIG. 22 illustrates one embodiment of an antenna arrangement for DIDO measurements.

Фиг.23 иллюстрирует один вариант осуществления конфигураций решетки для систем DIDO разного порядка.23 illustrates one embodiment of lattice configurations for DIDO systems of different orders.

Фиг.24 иллюстрирует режим работы систем DIDO разного порядка.Fig.24 illustrates the mode of operation of DIDO systems of different orders.

Фиг.25 иллюстрирует один вариант осуществления компоновки антенны для измерений DIDO.25 illustrates one embodiment of an antenna arrangement for DIDO measurements.

Фиг.26 иллюстрирует один вариант осуществления режимов DIDO 2×2 с 4-КАМ и скоростью 1/2 упреждающей коррекции ошибок как функции от местоположения пользовательского устройства.FIG. 26 illustrates one embodiment of 2 × 2 DIDO modes with 4-QAM and 1/2 forward error correction rate as a function of user device location.

Фиг.27 иллюстрирует один вариант осуществления компоновки антенны для измерений DIDO.27 illustrates one embodiment of an antenna arrangement for DIDO measurements.

Фиг.28 иллюстрирует то, как в одном варианте осуществления DIDO 8х8 дает больше SE, чем DIDO 2×2 для требования более низкой мощности передатчика.FIG. 28 illustrates how in one embodiment, an 8x8 DIDO provides more SE than a 2 × 2 DIDO to require lower transmitter power.

Фиг.29 иллюстрирует один вариант осуществления режима DIDO 2×2 с выбором антенн.Fig. 29 illustrates one embodiment of a DIDO 2 × 2 antenna selection mode.

Фиг.30 иллюстрирует режим средней скорости появления битовой ошибки (BER) разных схем предварительного кодирования DIDO в i.i.d. каналах.30 illustrates an average bit error rate (BER) mode of different DIDO precoding schemes in i.i.d. channels.

Фиг.31 иллюстрирует выигрыш в отношении сигнал-шум (SNR) для ASel как функцию от числа добавочных передающих антенн в i.i.d. каналах.31 illustrates a signal-to-noise (SNR) gain for ASel as a function of the number of additional transmit antennas in i.i.d. channels.

Фиг.32 иллюстрирует пороги отношения сигнал-шум (SNR) как функцию от числа (М) пользователей для блоковой диагонализации (BD) и ASel с 1 и 2 добавочными антеннами в i.i.d. каналах.32 illustrates signal-to-noise (SNR) thresholds as a function of the number (M) of users for block diagonalization (BD) and ASel with 1 and 2 additional antennas in i.i.d. channels.

Фиг.33 иллюстрирует зависимость BER от среднего для пользователей SNR для двух пользователей, расположенных в одном и том же угловом направлении с различными значениями углового расстояния (AS).Fig.33 illustrates the dependence of BER on the average for SNR users for two users located in the same angular direction with different values of the angular distance (AS).

Фиг.34 иллюстрирует результаты, аналогичные фиг.33, но при большем угловом разнесении между пользователями.Fig. 34 illustrates results similar to Fig. 33, but with a greater angular separation between users.

Фиг.35 является графиком порогов SNR как функции от AS для различных значений средних углов прихода (АОА) пользователей.Fig. 35 is a graph of SNR thresholds as a function of AS for various values of average angles of arrival (AOA) of users.

Фиг.36 иллюстрирует порог SNR для примерного случая пяти пользователей.Fig. 36 illustrates an SNR threshold for an exemplary case of five users.

Фиг.37 предоставляет сравнение порога SNR для BD и ASel с 1 и 2 добавочными антеннами для случая двух пользователей.Fig. 37 provides a comparison of the SNR threshold for BD and ASel with 1 and 2 additional antennas for the case of two users.

Фиг.38 иллюстрирует результаты, аналогичные фиг.37, но для случая пяти пользователей.Fig. 38 illustrates results similar to Fig. 37, but for the case of five users.

Фиг.39 иллюстрирует пороги SNR для схемы BD с различными значениями AS.Fig. 39 illustrates SNR thresholds for a BD scheme with different AS values.

Фиг.40 иллюстрирует пороги SNR в пространственно скоррелированных каналах при AS=0,1° для BD и ASel с 1 и 2 добавочными антеннами.40 illustrates SNR thresholds in spatially correlated channels at AS = 0.1 ° for BD and ASel with 1 and 2 additional antennas.

Фиг.41 иллюстрирует вычисление порогов SNR для двух сценариев большего числа каналов при AS=5°.Fig. 41 illustrates the calculation of SNR thresholds for two scenarios of a larger number of channels at AS = 5 °.

Фиг.42 иллюстрирует вычисление порогов SNR для двух сценариев большего числа каналов при AS=10°.Fig. 42 illustrates the calculation of SNR thresholds for two scenarios of a larger number of channels at AS = 10 °.

Фиг.43-44 иллюстрируют пороги отношения сигнал-шум (SNR) как функцию от числа (М) пользователей и углового расстояния (AS) для схем BD и ASel соответственно с 1 и 2 добавочными антеннами.Figures 43-44 illustrate signal-to-noise (SNR) thresholds as a function of the number (M) of users and angular distance (AS) for BD and ASel circuits with 1 and 2 additional antennas, respectively.

Фиг.45 иллюстрирует приемник, снабженный блоком оценки/компенсации частотного сдвига.Fig. 45 illustrates a receiver provided with a frequency shift estimator / compensation unit.

Фиг.46 иллюстрирует модель системы DIDO 2×2 согласно одному варианту осуществления изобретения.Fig. 46 illustrates a model of a 2 × 2 DIDO system according to one embodiment of the invention.

Фиг.47 иллюстрирует способ согласно одному варианту осуществления изобретения.47 illustrates a method according to one embodiment of the invention.

Фиг.48 иллюстрирует результаты SER в системах DIDO 2×2 с частотным сдвигом и без него.Fig. 48 illustrates SER results in 2 × 2 DIDO systems with and without frequency shift.

Фиг.49 сравнивает эффективность работы разных схем DIDO с точки зрения порогов SNR.49 compares the performance of different DIDO schemes in terms of SNR thresholds.

Фиг.50 сравнивает величину издержки, требуемую для различных вариантов осуществления способов.Fig. 50 compares the amount of overhead required for various embodiments of the methods.

Фиг.51 иллюстрирует моделирование с малым сдвигом по частоте fmax=2 Гц и без какой-либо коррекции сдвига.Fig. 51 illustrates a simulation with a small frequency shift, f max = 2 Hz, and without any shift correction.

Фиг.52 иллюстрирует результаты, когда выключен блок оценки целочисленного сдвига.Fig. 52 illustrates the results when the integer shift estimator is turned off.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of Preferred Embodiments

В нижеследующем описании для целей пояснения многочисленные конкретные детали изложены для обеспечения полного понимания настоящего изобретения. Однако для специалиста ясно, что настоящее изобретение может осуществляться на практике без некоторых из этих конкретных подробностей. В других случаях общеизвестные структуры и устройства показаны в форме блок-схемы, чтобы избежать затемнения принципов, лежащих в основе изобретения.In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without some of these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to avoid obscuring the principles underlying the invention.

Фиг.1 показывает известную систему MIMO с передающими антеннами 104 и приемными антеннами 106. Такие системы могут обеспечивать до трехкратной пропускной способности, которая обычно достижима в доступном канале. Имеется несколько подходов, в которых реализуются подробности такой системы MIMO, описанных в опубликованной литературе на эту тему, и нижеследующее пояснение описывает один такой подход.Figure 1 shows a known MIMO system with transmit antennas 104 and receive antennas 106. Such systems can provide up to three times the bandwidth that is usually achievable on an available channel. There are several approaches in which the details of such a MIMO system are described in the published literature on this subject, and the following explanation describes one such approach.

Перед тем как вести передачу в системе MIMO по фиг.1, канал «характеризуется». Это достигается первоначальной передачей обучающего сигнала от каждой из передающих антенн 104 к каждому из приемников 105. Обучающий сигнал генерируется подсистемой 102 кодирования и модуляции, преобразуется в аналоговую форму цифроаналоговым преобразователем (не показан), а затем преобразуется из основной полосы частот к высокой частоте (ВЧ) каждым передатчиком 103 по очереди. Каждая приемная антенна 105, связанная со своим ВЧ приемником 106, принимает каждый обучающий сигнал и преобразует его к основной полосе частот. Сигнал основной полосы частот преобразуется к цифровому виду аналого-цифровым преобразователем (не показан), и обрабатывающая сигналы подсистема 107 охарактеризовывает обучающий сигнал. Характеристические данные каждого сигнала могут включать в себя много факторов, в том числе, например, фазу и амплитуду по отношению к опорному сигналу, встроенному в приемник, абсолютному опорному сигналу, относительному опорному сигналу, характерный шум или иные факторы. Характеристические данные каждого сигнала, как правило, определяются в виде вектора, который характеризует изменения фазы и амплитуды нескольких аспектов сигнала, когда он передается по каналу. Например, в сигнале с квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ) (QAM) характеристические данные могут быть вектором сдвигов по фазе и амплитуде для нескольких многолучевых образов сигнала. В качестве другого примера, в сигнале, модулированном мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов («OFDM») это может быть вектор сдвигов по фазе и амплитуде для нескольких или всех отдельных подканалов в спектре OFDM.Before transmitting in the MIMO system of FIG. 1, the channel is “characterized”. This is achieved by initially transmitting the training signal from each of the transmitting antennas 104 to each of the receivers 105. The training signal is generated by the coding and modulation subsystem 102, converted into analog form by a digital-to-analog converter (not shown), and then converted from the main frequency band to a high frequency (HF) ) by each transmitter 103 in turn. Each receive antenna 105, coupled to its RF receiver 106, receives each training signal and converts it to the main frequency band. The baseband signal is converted to digital form by an analog-to-digital converter (not shown), and the signal processing subsystem 107 characterizes the training signal. The characteristic data of each signal can include many factors, including, for example, phase and amplitude with respect to the reference signal integrated in the receiver, the absolute reference signal, relative reference signal, characteristic noise, or other factors. The characteristic data of each signal is typically defined as a vector that characterizes changes in phase and amplitude of several aspects of the signal when it is transmitted over a channel. For example, in a signal with quadrature amplitude modulation (QAM) (QAM), the characteristic data can be a vector of phase and amplitude shifts for several multipath signal patterns. As another example, in a signal modulated by orthogonal frequency division multiplexing (“OFDM”), this may be a phase and amplitude shift vector for several or all of the individual subchannels in the OFDM spectrum.

Обрабатывающая сигналы подсистема 107 сохраняет характеристические данные каналов, принятые каждой приемной антенной 105 и соответствующим приемником 106. После того, как все три передающие антенны 104 завершили свои передачи обучающих сигналов, обрабатывающая сигналы подсистема 107 будет хранить три набора характеристических данных каналов для каждой из трех приемных антенн 105, что дает матрицу 108 размером 3×3, обозначенную как характеристическая матрица каналов «Н». Каждый отдельный элемент Hi,j матрицы представляет собой характеристические данные канала (которые обычно являются вектором, как описано выше) при передаче обучающего сигнала передающей антенны 104 i, принятого приемной антенной 105 j.The signal processing subsystem 107 stores the channel characteristic data received by each receiving antenna 105 and the corresponding receiver 106. After all three transmit antennas 104 have completed their training signal transmissions, the signal processing subsystem 107 will store three sets of channel characteristic data for each of the three receiving antennas 105, which gives a matrix 108 of size 3 × 3, designated as a characteristic matrix of channels "H". Each individual matrix element H i, j represents channel characteristic data (which is usually a vector, as described above) when transmitting the training signal of the transmit antenna 104 i received by the receive antenna 105 j.

Здесь обрабатывающая сигналы подсистема 107 инвертирует матрицу Н 108 с получением матрицы Н-1, и ожидает передачи реальных данных от передающих антенн 104. Отметим, что можно использовать разнообразные известные методы MIMO, описанные в доступной литературе, для обеспечения инверсии матрицы Н 108.Here, the signal processing subsystem 107 inverts the matrix H 108 to obtain the matrix H -1 , and expects the transmission of real data from the transmitting antennas 104. Note that a variety of known MIMO methods described in the available literature can be used to provide inversion of the matrix H 108.

В процессе работы подлежащие передаче полезные данные поступают в подсистему 100 ввода данных. Затем они разделяются на три части делителем 101 перед тем, как поступить в подсистему 102 кодирования и модуляции. Например, если полезная информация представляет собой биты в коде ASCII для «abcdef», она может быть разделена делителем 101 на три подгруппы битов ASCII для «ad», «be» и «cf». Затем каждая из этих трех подгрупп подается по отдельности в подсистему 102 кодирования и модуляции.In the process, the payable data to be transmitted is supplied to the data input subsystem 100. Then they are divided into three parts by a divider 101 before entering the coding and modulation subsystem 102. For example, if the useful information is ASCII bits for “abcdef”, it can be divided by a divisor 101 into three subgroups of ASCII bits for “ad”, “be”, and “cf”. Then, each of these three subgroups is supplied separately to the coding and modulation subsystem 102.

Каждая из подгрупп полезной информации кодируется по отдельности с помощью кодирующей системы, обеспечивающей как статистическую независимость каждого сигнала, так и возможность коррекции ошибок. Кодирование включает в себя, в частности, кодирование кодами Рида-Соломона, кодирование Витерби и турбокоды. Наконец, каждая из трех подгрупп полезной информации моделируется с помощью подходящей для канала схемы модуляции. Примерами схем модуляции являются относительная фазовая модуляция («DPSK»), модуляция 64-КАМ и OFDM. Следует отметить, что коэффициент усиления при приеме на разнесенные антенны, получаемый от MIMO, обеспечивает созвездия модуляции более высокого порядка, чем в ином случае было бы осуществимо в системе с единственным входом и единственным выходом (SISO), использующей тот же самый канал. Каждый кодированный и модулированный сигнал затем передается через свою собственную антенну 104 после узла цифроаналогового преобразования (не показан) и генерирования ВЧ каждым передатчиком 103.Each of the subgroups of useful information is encoded individually using an encoding system that provides both statistical independence of each signal and the possibility of error correction. The coding includes, in particular, Reed-Solomon coding, Viterbi coding and turbo codes. Finally, each of the three subgroups of useful information is modeled using a modulation scheme suitable for the channel. Examples of modulation schemes are relative phase modulation (“DPSK”), 64-QAM modulation, and OFDM. It should be noted that the diversity gain obtained from MIMO provides modulation constellations of a higher order than would otherwise be possible in a single input and single output (SISO) system using the same channel. Each encoded and modulated signal is then transmitted through its own antenna 104 after the digital-to-analog conversion unit (not shown) and the generation of an RF by each transmitter 103.

Предположим, что между передающими и приемными антеннами имеется достаточное пространственное разнесение, причем каждая из приемных антенн 105 принимает отличную комбинацию из трех передаваемых сигналов от антенн 104. Каждый сигнал принимается и преобразуется с понижением частоты к основной полосе частот каждым ВЧ приемником 106 и оцифровывается аналого-цифровым преобразователем (не показан). Если yn есть сигнал, принятый n-й приемной антенной 105, а xn есть сигнал, переданный n-й передающей антенной 104, и N есть шум, это можно описать следующими тремя уравнениями:Assume that there is sufficient spatial diversity between the transmitting and receiving antennas, with each of the receiving antennas 105 receiving an excellent combination of the three transmitted signals from the antennas 104. Each signal is received and downconverted to the main frequency band by each RF receiver 106 and digitized by analog a digital converter (not shown). If y n is the signal received by the nth receiving antenna 105, and x n is the signal transmitted by the nth transmitting antenna 104, and N is noise, this can be described by the following three equations:

y1=x1H11+x2H12+x3H13+Ny 1 = x 1 H 11 + x 2 H 12 + x 3 H 13 + N

y2=x1H21+x2H22+x3H23+Ny 2 = x 1 H 21 + x 2 H 22 + x 3 H 23 + N

y3=x1H31+x2H32+x3H33+Ny 3 = x 1 H 31 + x 2 H 32 + x 3 H 33 + N

Если это система из трех уравнений с тремя неизвестными, то обрабатывающая сигналы подсистема 107 с помощью линейной алгебры получает х1, x2 и x3 (в предположении, что N находится на достаточно низком уровне, чтобы разрешить декодирование сигналов):If this is a system of three equations with three unknowns, then the signal-processing subsystem 107 uses x 1 , x 2 and x 3 using linear algebra (assuming that N is low enough to allow decoding of the signals):

x 1 = y 1 H 11 1 + y 2 H 12 1 + y 3 H 13 1

Figure 00000001
x one = y one H eleven - one + y 2 H 12 - one + y 3 H 13 - one
Figure 00000001

x 2 = y 1 H 21 1 + y 2 H 22 1 + y 3 H 23 1

Figure 00000002
x 2 = y one H 21 - one + y 2 H 22 - one + y 3 H 23 - one
Figure 00000002

x 3 = y 1 H 31 1 + y 2 H 32 1 + y 3 H 33 1

Figure 00000003
x 3 = y one H 31 - one + y 2 H 32 - one + y 3 H 33 - one
Figure 00000003

Когда три переданных сигнала xn получены таким образом, их затем демодулируют, декодируют и исправляют ошибки в обрабатывающей сигналы системе 107 для восстановления трех битовых потоков, которые изначально были разделены делителем 101. Эти битовые потоки объединяются в объединителе 108 и выводятся в качестве единого потока данных с выхода 109 данных. В предположении, что защищенность системы такова, что она способна преодолевать шумовые искажения выход 109 данных будет выдавать тот же самый поток данных, который вводился на входе 100 данных.When the three transmitted signals x n are obtained in this way, they are then demodulated, decoded, and corrected for errors in the signal processing system 107 to recover the three bit streams that were originally separated by the divider 101. These bit streams are combined in combiner 108 and output as a single data stream output 109 data. Under the assumption that the security of the system is such that it is able to overcome noise distortion, the data output 109 will produce the same data stream that was input at the data input 100.

Хотя только что описанная известная система обычно осуществима в конфигурации до четырех антенн, а может быть и до 10, но по причинам, описанным в разделе «Уровень техники» данного описания, она становится непрактичной при большом числе антенн (к примеру, 25, 100 или 1000).Although the well-known system just described is usually feasible in the configuration of up to four antennas, and maybe even up to 10, but for the reasons described in the "Background" section of this description, it becomes impractical with a large number of antennas (for example, 25, 100 or 1000).

Как правило, такая известная система является двунаправленной, и обратный тракт реализуется точно таким же образом, но в обратную сторону, при этом каждая сторона каналов связи имеет как передающую, так и приемную подсистемы.Typically, such a known system is bidirectional, and the return path is implemented in exactly the same way, but in the opposite direction, with each side of the communication channels having both a transmitting and a receiving subsystem.

Фиг.2 иллюстрирует один вариант осуществления изобретения, в котором базовая станция 200 выполнена с интерфейсом сети 201 широкого охвата (WAN) (к примеру, к Интернету через Т1 или иное высокоскоростное соединение) и снабжена несколькими (N) антеннами 202. Пока что мы используем выражение «базовая станция» для обозначения любой беспроводной станции, которая осуществляет беспроводную связь с набором клиентов из фиксированного местоположения. Примерами базовых станций являются точки доступа в беспроводных локальных сетях (WLAN) или антенная башня или антенная решетка WAN. Имеется несколько клиентских устройств 203-207, каждое с единственной антенной, которые обслуживаются в беспроводном режиме из базовой станции 200. Хотя для целей данного примера о такой базовой станции прежде всего думают как о расположенной в офисе, где она обслуживает клиентские устройства 203-207, которые представляют собой снабженные беспроводной сетью персональные компьютеры, данная архитектура может быть применима к большому числу приложений, как находящихся в помещении, так и находящихся вне помещения, в которых базовая станция обслуживает беспроводных клиентов. Например, базовая станция может базироваться в башне сотовой телефонии или в башне телевизионного вещания. В одном варианте осуществления базовая станция 200 расположена на земле и выполнена с возможностью передавать вверх на высоких частотах (к примеру, на частотах до 24 МГц) для доставки сигналов за ионосферу, как описано в совместно рассматриваемой заявке, озаглавленной «СИСТЕМА И СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ СВЯЗИ БЛИЗКОЙ К ВЕРТИКАЛИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ВОЛНОЙ (NVIS) С ПОМОЩЬЮ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО КОДИРОВАНИЯ», №10/817,731, поданной 20 апреля 2004 года, права на которую принадлежат тому же заявителю, что и по данной заявке, и которая включена сюда посредством ссылки.Figure 2 illustrates one embodiment of the invention in which the base station 200 is configured with a wide area network (WAN) network 201 (for example, to the Internet via T1 or another high-speed connection) and is equipped with multiple (N) antennas 202. So far, we are using the term “base station” to mean any wireless station that wirelessly communicates with a set of clients from a fixed location. Examples of base stations are access points in wireless local area networks (WLANs) or an antenna tower or WAN antenna array. There are several client devices 203-207, each with a single antenna, which are served wirelessly from base station 200. Although for the purposes of this example, such a base station is primarily thought of as being located in the office where it serves client devices 203-207, which are personal computers equipped with a wireless network, this architecture can be applied to a large number of applications, both indoors and outdoors, in which the base station is serving Vaeth wireless clients. For example, a base station may be based in a cell phone tower or in a television broadcast tower. In one embodiment, the base station 200 is located on the ground and is configured to transmit upward at high frequencies (for example, at frequencies up to 24 MHz) for delivering signals for the ionosphere, as described in the jointly pending application entitled “SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING COMMUNICATION NEAR CLOSE TO A VERTICAL SPATIAL WAVE (NVIS) BY SPATIAL-TEMPORARY CODING ”, No. 10/817,731, filed on April 20, 2004, the rights to which belong to the same applicant as in this application and which is incorporated here by Shortcuts.

Некоторые подробности, связанные с изложенными выше базовой станцией 200 и клиентскими устройствами 203-207, приведены только для целей иллюстрации и не требуются для реализации основополагающих принципов данного изобретения. Например, базовая станция может подключаться ко множеству разных типов сетей широкого охвата через интерфейс 201 WAN, включая такие специализированные к применению сети широкого охвата как используемые для распределения цифрового видео. Аналогично, клиентские устройства могут быть любой номенклатурой беспроводных устройств обработки данных и (или) передачи данных, в том числе - но не ограничиваясь ими - сотовыми телефонами, персональными цифровыми ассистентами («PDA»), приемниками и беспроводными камерами.Some of the details associated with the above base station 200 and client devices 203-207 are provided for illustrative purposes only and are not required to implement the fundamental principles of this invention. For example, a base station can connect to many different types of wide area networks through the 201 WAN interface, including application-specific wide area networks such as those used for digital video distribution. Similarly, client devices can be any range of wireless data processing and / or data transfer devices, including but not limited to cell phones, personal digital assistants (“PDAs”), receivers, and wireless cameras.

В одном варианте осуществления антенны 202 базовой станции пространственно разнесены так, что каждая передает и принимает сигналы, которые не имеют пространственной корреляции, как если бы базовая станция была известным из уровня техники приемопередатчиком MIMO. Как описано в разделе «Уровень техники», были проведены эксперименты, в которых антенны, помещенные с разнесением на λ/6 (т.е. 1/6 длины волны), успешно обеспечивали увеличение в пропускной способности от MIMO, но, вообще говоря, чем дальше друг от друга размещены эти антенны базовой станции, тем лучше характеристики системы, и желательным минимумом является λ/2. Разумеется, основополагающие принципы изобретения не ограничиваются каким-либо конкретным разнесением между антеннами.In one embodiment, the base station antennas 202 are spatially spaced so that each transmits and receives signals that do not have spatial correlation, as if the base station were a MIMO transceiver known in the art. As described in the BACKGROUND section, experiments were conducted in which antennas placed at λ / 6 spacing (i.e., 1/6 wavelength) successfully provided an increase in throughput from MIMO, but, generally speaking, the farther apart these antennas are from the base station, the better the system performance, and λ / 2 is a desirable minimum. Of course, the fundamental principles of the invention are not limited to any particular spacing between antennas.

Отметим, что единственная базовая станция 200 вполне может иметь свои антенны расположенными очень далеко друг от друга. Например, в ВЧ спектре антенны могут быть разнесены на 10 метров или более (к примеру, в упомянутой выше реализации NVIS). Если используется 100 таких антенн, антенная решетка базовой станции вполне может занимать несколько квадратных километров.Note that a single base station 200 may well have its own antennas located very far from each other. For example, in the RF spectrum, antennas can be spaced 10 meters or more (for example, in the NVIS implementation mentioned above). If 100 such antennas are used, the antenna array of the base station may well occupy several square kilometers.

В дополнение к методам пространственного разнесения один вариант осуществления изобретения придает сигналу поляризацию, чтобы увеличить эффективную пропускную способность системы. Увеличение пропускной способности канала посредством поляризации является общеизвестным методом, который многие годы применяется поставщиками спутникового телевидения. С помощью поляризации можно иметь множество (к примеру, три) антенн базовой станции или пользовательских антенн очень близко друг к другу и все же не иметь пространственной корреляции. Хотя традиционные ВЧ-системы обычно используют только от разнесения в двух измерениях (к примеру, х и y) поляризации, описанная здесь архитектура может дать дальнейший выигрыш от трех измерений поляризации (х, y и z).In addition to spatial diversity techniques, one embodiment of the invention imparts polarization to the signal to increase the effective system throughput. Increasing channel capacity through polarization is a well-known method that has been used by satellite television providers for many years. Using polarization, you can have many (for example, three) antennas of a base station or user antennas very close to each other and still not have spatial correlation. Although conventional RF systems are usually used only for diversity in two dimensions (for example, x and y) of polarization, the architecture described here can provide further benefits from three measurements of polarization (x, y and z).

В дополнение в разнесению в пространстве и по поляризации один вариант осуществления данного изобретения предусматривают антенны с почти ортогональными диаграммами излучения для улучшения характеристик линии связи через разнесение диаграмм направленности. Разнесение диаграмм направленности может улучшить пропускную способность и помехоустойчивость систем MIMO и их выигрыш над другими методами разнесения антенн, показанных в следующих документах:In addition to spatial and polarization diversity, one embodiment of the present invention provides antennas with almost orthogonal radiation patterns to improve link performance through beam diversity. Diversity diversity can improve the throughput and noise immunity of MIMO systems and their advantage over other antenna diversity methods shown in the following documents:

[17] L. Dong, H. Ling, and R.W.Heath Jr., "Multiple-input multiple-output wireless communication systems using antenna pattern diversity," (Беспроводные системы связи со множеством входом и множеством выходов, использующие разнесение диаграмм направленности антенн) Proc. IEEE Glob. Telecom. Conf., vol.1, pp.997-1001, Nov.2002.[17] L. Dong, H. Ling, and RWHeath Jr., "Multiple-input multiple-output wireless communication systems using antenna pattern diversity," (Multi-input and multiple-output wireless communication systems using antenna diversity) Proc. IEEE Glob. Telecom Conf., Vol. 1, pp. 997-1001, Nov. 2002.

[18] R. Vaughan, "Switched parasitic elements for antenna diversity," (Переключаемые паразитные элементы для разнесения антенн) IEEE Trans. Antennas Propagat., vol.47, pp.399-405. Feb. 1999.[18] R. Vaughan, "Switched parasitic elements for antenna diversity," IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 47, pp. 379-405. Feb. 1999.

[19] P. Mattheijssen, M. H. A. J. Herben, G. Dolmans, and L. Leyten, "Antenna-pattern diversity versus space diversity for use at handhelds," (Разнесение диаграмм направленности антенн против пространственного разнесения для использования в портативных устройствах) IEEE Trans. on Veh. Technol., vol.53, pp.1035-1042, July 2004.[19] P. Mattheijssen, M. H. A. J. Herben, G. Dolmans, and L. Leyten, "Antenna-pattern diversity versus space diversity for use at handhelds," IEEE Trans. on Veh. Technol., Vol. 53, pp. 1035-1042, July 2004.

[20] С.В.Dietrich Jr, К.Dietze, J.R.Nealy, and W.L.Stutzman, "Spatial, polarization, and pattern diversity for wireless handheld terminals," (Разнесение по пространству, поляризации и диаграмме направленности для беспроводных портативных терминалов) Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., vol.49, pp.1271-1281, Sep.2001.[20] C. B. Dietrich Jr, K. Dietze, JRNealy, and WLStutzman, "Spatial, polarization, and pattern diversity for wireless handheld terminals," Proc . IEEE Antennas and Prop. Symp., Vol. 49, pp. 1271-1281, Sep.2001.

[21] A.Forenza and R.W.Heath, Jr., "Benefit of Pattern Diversity Via 2-element Array of Circular Patch Antennas in Indoor Clustered MIMO Channels" (Выгодность разнесения диаграмм направленности посредством двухэлементной решетки антенн с круговой вставкой в кластерных каналах MIMO внутри помещений), IEEE Trans. on Communications, vol.54, no. 5, pp.943-954, May 2006.[21] A. Forenza and RWHeath, Jr., "Benefit of Pattern Diversity Via 2-element Array of Circular Patch Antennas in Indoor Clustered MIMO Channels" premises), IEEE Trans. on Communications, vol. 54, no. 5, pp. 943-954, May 2006.

С помощью разнесения диаграмм направленности можно иметь множество антенн базовой станции или пользовательских антенн очень близко друг к другу и все же не иметь пространственной корреляции.By using beam diversity, one can have many base station antennas or user antennas very close to each other and still not have spatial correlation.

Фиг.3 предоставляет дополнительные подробности одного варианта осуществления базовой станции 200 и клиентских устройств 203-207, показанных на фиг.2. Для простоты базовая станция 300 показана только с тремя антеннами 305 и только тремя клиентскими устройствами 306-308. Отметим, однако, что описанные здесь варианты осуществления изобретения могут быть реализованы с фактически неограниченным числом антенн 305 (т.е. ограниченными только доступным пространством и шумами) и клиентских устройств 306-308.FIG. 3 provides further details of one embodiment of a base station 200 and client devices 203-207 shown in FIG. 2. For simplicity, the base station 300 is shown with only three antennas 305 and only three client devices 306-308. Note, however, that the embodiments described herein can be implemented with a virtually unlimited number of antennas 305 (i.e., limited only by available space and noise) and client devices 306-308.

Фиг.3 аналогична известной архитектуре MIMO, показанной на фиг.1, в том, что обе имеют три антенны на каждой из сторон канала связи. Существенное различие состоит в том, что в известной системе MIMO три антенны 105 на правой стороне фиг.1 находятся все на фиксированном расстоянии одна от другой (к примеру, встроены в одно устройство), и принятые сигналы от каждой из антенн 105 обрабатываются вместе в обрабатывающей сигналы подсистеме 107. В противоположность этому, на фиг.3 три антенны 309 на правой стороне схемы соединены каждая с отличным клиентским устройством 306-308, каждое из которых может быть распределено где угодно в диапазоне базовой станции 305. Фактически, сигнал, который принимает каждое клиентское устройство, обрабатывается независимо от двух других принятых сигналов в своей кодирующей, модулирующей и обрабатывающей сигналы подсистеме 311. Таким образом, а противоположность системе MIMO со множеством входом (т.е. антенны 105) и множеством выходом (т.е. антенны 104), фиг.3 иллюстрирует систему со множеством входов (т.е. антенны 305) и распределенными выходами (т.е. антенны 305), обозначаемая далее как система «MIDO».Figure 3 is similar to the known MIMO architecture shown in figure 1, in that both have three antennas on each side of the communication channel. A significant difference is that in the known MIMO system, the three antennas 105 on the right side of FIG. 1 are all at a fixed distance from each other (for example, integrated in one device), and the received signals from each of the antennas 105 are processed together in the processing signals to subsystem 107. In contrast, in FIG. 3, three antennas 309 on the right side of the circuit are each connected to an excellent client device 306-308, each of which can be distributed anywhere in the range of base station 305. In fact, the signal that it accepts each client device, is processed independently of the two other received signals in its coding, modulating and signal processing subsystem 311. Thus, the opposite is the case of a MIMO system with multiple inputs (i.e., antenna 105) and multiple outputs (i.e., antenna 104), FIG. 3 illustrates a system with multiple inputs (ie, antennas 305) and distributed outputs (ie, antennas 305), hereinafter referred to as the “MIDO” system.

Отметим, что данная заявка использует отличную терминологию, нежели предыдущие заявки, чтобы в большей степени соответствовать принятой в научных промышленных кругах. В ранее цитированной совместно рассматриваемой заявке «СИСТЕМА И СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ СВЯЗИ БЛИЗКОЙ К ВЕРТИКАЛИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ВОЛНОЙ (NVIS) С ПОМОЩЬЮ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО КОДИРОВАНИЯ», №10/817,731, поданной 20 апреля 2004 года, и заявке №10/902,978, поданной 30 июля 2004 года, для которой данная заявка является частичным продолжением, значение «вход» и «вывод» (в контексте SIMO, MISO, DIMO и MIDO) обратны по отношению к тому, как эти выражения используются в данной заявке. В этих предшествующих заявках «входом» называются беспроводные сигналы, когда они поступают в приемные антенны (к примеру, антенны 309 на фиг.3), а «выходом» называются беспроводные сигналы, когда они выводятся передающими антеннами (к примеру, антеннами 305). В науке и беспроводной промышленности обычно используется обратное значение «входа» и «выхода», в котором «входом» обозначаются беспроводные сигналы, когда они вводятся в канал (т.е. переданные беспроводные сигналы от антенн 305), а «выходом» обозначаются беспроводные сигналы, когда они выводятся из канала (т.е. беспроводные сигналы, принимаемые антеннами 309). Данная заявка принимает эту терминологию, которая обратна заявкам, указанным ранее в данном абзаце. Таким образом, между заявками нужно учитывать следующие терминологические эквиваленты:Note that this application uses excellent terminology than previous applications in order to more closely match those accepted in scientific industrial circles. In the previously cited co-parsed application, “SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING A SPACE-VERTICAL WAVE (NVIS) RELATED TO VERTICAL CIRCUIT”, No. 10/817,731, filed April 20, 2004, and application No. 10/30,90978 years, for which this application is a partial continuation, the meaning of "input" and "output" (in the context of SIMO, MISO, DIMO and MIDO) are inverse with respect to how these expressions are used in this application. In these previous applications, “input” refers to wireless signals when they arrive at receive antennas (e.g., antennas 309 in FIG. 3), and “output” refers to wireless signals when they are output from transmit antennas (eg, antennas 305). In science and the wireless industry, the inverse of “input” and “output” is usually used, in which “input” refers to wireless signals when they are inserted into a channel (i.e., transmitted wireless signals from antennas 305), and “output” refers to wireless signals when they are output from the channel (i.e., wireless signals received by antennas 309). This application accepts this terminology, which is the reverse of the applications mentioned earlier in this paragraph. Thus, between applications, the following terminological equivalents should be considered:

10/817.731 и 10/90297810 / 817.731 and 10/902978 Текущая заявкаCurrent application SIMOSIMO == MISOMiso MISOMiso == SIMOSIMO DIMODIMO == MIDOMIDO MIDOMIDO == DIMODIMO

Архитектура MIDO, показанная на фиг.3, достигает такого же увеличения пропускной способности, как и MIMO, над системой SISO для заданного числа передающих антенн. Однако одно различие между MIMO и частным вариантом осуществления MIDO, проиллюстрированным на фиг.3, состоит в том, что для достижения увеличения пропускной способности, обеспечиваемого множеством антенн базовой станции, каждое клиентское устройство 306-308 требует лишь одной приемной антенны, тогда как в MIMO каждое клиентское устройство требует по меньшей мере столько же приемных антенн, во сколько раз желательно достичь увеличения пропускной способности. При условии, что обычно имеется практический предел на то, сколько антенн можно поместить на клиентское устройство (как пояснено в разделе «Уровень техники»), это, как правило, ограничивает системы MIMO до величин между четырьмя и десятью антеннами (и от четырех- до десятикратной пропускной способности). Поскольку базовая станция 300 обычно обслуживает много клиентских устройств из фиксированного и запитываемого энергией местоположения, практично расширить ее до гораздо большего числа антенн, нежели десять, и разделить антенны подходящими расстояниями для достижения пространственного разнесения. Как проиллюстрировано, каждая антенна снабжена приемопередатчиком 304 и частью секции 303 кодирования, модулирования и обработки сигналов. В данном варианте осуществления существенно, что независимо от расширения базовой станции 300, каждое клиентское устройство 306-308 требует только одну антенну 309, так что расходы на отдельное пользовательское клиентское устройство 306-308 будут низкими, а расходы на базовую станцию 300 можно разделить среди большого числа пользователей.The MIDO architecture shown in FIG. 3 achieves the same increase in throughput as MIMO over the SISO system for a given number of transmit antennas. However, one difference between MIMO and the private MIDO embodiment illustrated in FIG. 3 is that to achieve the increase in throughput provided by the multiple antennas of the base station, each client device 306-308 requires only one receive antenna, whereas in MIMO each client device requires at least as many receiving antennas as the number of times it is desirable to achieve an increase in throughput. Provided that there is usually a practical limit to how many antennas can be placed on a client device (as explained in the Background section), this typically limits MIMO systems to between four and ten antennas (and from four to ten times the bandwidth). Since base station 300 typically serves many client devices from a fixed and energized location, it is practical to expand it to a much larger number of antennas than ten and separate the antennas with suitable distances to achieve spatial diversity. As illustrated, each antenna is provided with a transceiver 304 and a portion of a coding, modulating, and signal processing section 303. In this embodiment, it is significant that regardless of the expansion of the base station 300, each client device 306-308 requires only one antenna 309, so that the cost of a separate user client device 306-308 will be low, and the cost of the base station 300 can be divided among large number of users.

Пример того, как может быть обеспечена передача MIDO от базовой станции 300 к клиентским устройствам 306-308, приведен на фиг.4-6.An example of how MIDO transmission from the base station 300 to the client devices 306-308 can be provided is shown in FIGS. 4-6.

В одном варианте осуществления изобретения, перед тем, как начнется передача MIDO, канал характеризуется. Как и в системе MIMO, передается обучающий сигнал (в описанном здесь варианте осуществления) каждой из антенн 405 одна за другой. Фиг.4 иллюстрирует только первую передачу обучающего сигнала, но при трех антеннах 405 имеется всего три отдельных передачи. Каждый обучающий сигнал генерируется подсистемой 403 кодирования, модулирования и обработки сигналов преобразуется к аналоговому виду посредством цифроаналогового преобразователя и передается как ВЧ-сигнал через каждый ВЧ приемопередатчик 404. Можно применять различные методы кодирования, модуляции и обработки сигналов, в том числе - но без ограничения ими - те, что описаны выше (к примеру, коды Рида-Соломона, кодирование Витерби; модуляция QAM, DPSK, QPSK, … и т.п.).In one embodiment of the invention, before the MIDO transmission begins, the channel is characterized. As in the MIMO system, a training signal (in the embodiment described here) is transmitted to each of the antennas 405 one after another. 4 illustrates only the first transmission of the training signal, but with three antennas 405 there are only three separate transmissions. Each training signal is generated by a signal encoding, modulating and processing subsystem 403, converted to analog form by means of a digital-to-analog converter and transmitted as an RF signal through each RF transceiver 404. Various methods of encoding, modulating and processing signals can be applied, including but not limited to - those described above (for example, Reed-Solomon codes, Viterbi coding; modulation of QAM, DPSK, QPSK, ... etc.).

Каждое клиентское устройство 406-408 принимает обучающий сигнал через свою антенну 409 и преобразует этот обучающий сигнал к основной полосе частот приемопередатчиком 410. Аналого-цифровой преобразователь (не показан) преобразует этот сигнал к цифровому виду, где он обрабатывается каждой подсистемой 411 кодирования, модулирования и обработки сигналов. Затем характеризующая сигнал логическая схема 420 характеризует результирующий сигнал (к примеру, идентифицируя фазовые и амплитудные искажения, как описано выше) и сохраняет эту характеристику в памяти. Данный процесс характеризации аналогичен тому, как это делается в известных системах MIMO, с существенным отличием, которое заключается в том, что каждое клиентское устройство вычисляет только характеристический вектор для своей одной антенны, а не для n антенн. Например, подсистема 420 кодирования, модулирования и обработки сигналов клиентского устройства 406 инициализируется известной последовательностью обучающего сигнала (либо во время изготовления путем приема ее в передаваемом сообщении, либо посредством другого процесса инициализации). Когда антенна 405 передает обучающий сигнал с этой известной последовательностью, подсистема 420 кодирования, модулирования и обработки сигналов использует корреляционные способы, чтобы найти наиболее сильную принятую последовательность обучающего сигнала, она сохраняет сдвиг по фазе и амплитуде, затем вычитает эту последовательность из принятого сигнала. Вслед за этим, она находит вторую наиболее сильную принятую последовательность, которая коррелирует с обучающим сигналом, она сохраняет сдвиг по фазе и амплитуде, затем вычитает эту вторую самую сильную последовательность из принятого сигнала. Этот процесс продолжается до тех пор, пока либо не будет запомнено некоторое фиксированное число сдвигов фазы и амплитуды (к примеру, восемь), либо обнаружимая последовательность обучающего сигнала не упадет ниже заданного шумового уровня. Этот вектор сдвигов по фазе и амплитуде становится элементом Н11 вектора 413. Аналогично, подсистемы кодирования, модулирования и обработки сигналов для клиентских устройств 407 и 408 реализуют ту же самую обработку, чтобы получить свои элементы F21 и H31 вектора.Each client device 406-408 receives a training signal through its antenna 409 and converts this training signal to the main frequency band by a transceiver 410. An analog-to-digital converter (not shown) converts this signal to digital form, where it is processed by each coding, modulation subsystem 411 and signal processing. Then, the signal characterizing logic 420 characterizes the resulting signal (for example, identifying phase and amplitude distortions as described above) and stores this characteristic in memory. This characterization process is similar to how it is done in the well-known MIMO systems, with the significant difference being that each client device calculates only the characteristic vector for its one antenna, and not for n antennas. For example, the coding, modulation, and signal processing subsystem 420 of the client device 406 is initialized by a known training signal sequence (either during manufacture by receiving it in a transmitted message, or through another initialization process). When the antenna 405 transmits a training signal with this known sequence, the coding, modulation and signal processing subsystem 420 uses correlation methods to find the strongest received sequence of the training signal, it stores a phase and amplitude shift, then subtracts this sequence from the received signal. Following this, she finds the second strongest received sequence that correlates with the training signal, she keeps the phase and amplitude shift, then subtracts this second strongest sequence from the received signal. This process continues until either a fixed number of phase and amplitude shifts (for example, eight) are memorized, or the detectable sequence of the training signal does not fall below a given noise level. This vector of phase and amplitude shifts becomes element H 11 of vector 413. Similarly, the coding, modulating and signal processing subsystems for client devices 407 and 408 implement the same processing to obtain their vector elements F 21 and H 31 .

Память, в которой сохраняется характеристика, может быть энергонезависимой памятью, такой как флэш-память или жесткий диск, и (или) энергозависимой памятью, такой как оперативное запоминающее устройство (к примеру, СДОЗУ, ДОЗУ (SDRAM, DRAM)). Кроме того, различные клиентские устройства могут одновременно использовать разные типы памяти для хранения характеристической информации (к примеру, ПЦА могут использовать флэш-память, тогда как компьютеры-ноутбуки могут использовать жесткие диски). Основополагающие принципы изобретения не ограничены каким-либо конкретным типом механизма хранения на различных клиентских устройствах или базовой станции.The memory in which the characteristic is stored may be non-volatile memory, such as flash memory or a hard disk, and / or non-volatile memory, such as random access memory (e.g., SDRAM, DOSE (SDRAM, DRAM)). In addition, different client devices can simultaneously use different types of memory to store characteristic information (for example, PCA can use flash memory, while laptop computers can use hard drives). The fundamental principles of the invention are not limited to any particular type of storage mechanism on various client devices or base stations.

Как упомянуто выше, в зависимости от применяемой схемы, поскольку каждое клиентское устройство 406-408 имеет лишь одну антенну, каждое сохраняет только 1×3 строки 413-415 из матрицы Н. Фиг.4 иллюстрирует стадию после первой передачи обучающего сигнала, где первый столбец из 1×3 строк 413-415 сохранен с канальной характеристической информацией трех антенн 405 базовой станции. Остальные два столбца сохраняются вслед за характеризацией канала следующих двух передач обучающего сигнала из остальных двух антенн базовой станции. Отметим, что ради иллюстрации три обучающего сигнала передаются в разное время. Если три последовательности обучающих сигналов выбраны так, чтобы они были не коррелированы друг с другом, их можно передавать одновременно, благодаря чему сокращается время обучения.As mentioned above, depending on the scheme used, since each client device 406-408 has only one antenna, each stores only 1 × 3 rows 413-415 from the matrix H. Figure 4 illustrates the stage after the first transmission of the training signal, where the first column of 1 × 3 lines 413-415 stored with channel characteristic information of three antennas 405 of the base station. The remaining two columns are stored after the channel characterization of the next two transmissions of the training signal from the other two antennas of the base station. Note that for the sake of illustration, three training signals are transmitted at different times. If three sequences of training signals are selected so that they are not correlated with each other, they can be transmitted simultaneously, thereby reducing training time.

Как указано на фиг.5, после того, как все три передачи обучающих сигналов завершены, каждое клиентское устройство 506-508 передает назад в базовую станцию 500 сохраненную строку 513-515 размером 1×3 матрицы Н. Ради простоты, только одно клиентское устройство 506 показано передающим свою характеристическую информацию на фиг.5. Можно использовать подходящую схему модуляции (к примеру, DPSK, 64QAM, OFDM) для канала, объединенную с соответствующим кодированием с исправлением ошибок (к примеру, коды Рида-Соломона, Витерби и (или) турбокоды), чтобы гарантировать, что базовая станция 500 примет эти данные в строках 513-515 точно.As indicated in FIG. 5, after all three training signal transmissions are completed, each client device 506-508 transmits back to the base station 500 a stored row 513-515 of size 1 × 3 of the matrix N. For the sake of simplicity, only one client device 506 shown transmitting its characteristic information in figure 5. A suitable modulation scheme (e.g., DPSK, 64QAM, OFDM) for the channel may be used combined with appropriate error correction coding (e.g., Reed-Solomon, Viterbi and / or turbo codes) to ensure that base station 500 receives this data in lines 513-515 for sure.

Хотя на фиг.5 все три антенны 505 показаны принимающими сигнал, достаточно, чтобы одна антенна и приемопередатчик базовой станции 500 принимали каждую передачу строк 513-515 размером 1×3. Однако в определенных условиях при использовании большего числа или всех антенн 505 и приемопередатчиков 504 для приема каждой передачи (т.е. при использовании известных методов обработки с единственным входом и множеством выходов (SIMO) в кодирующей, модулирующей и обрабатывающей сигналы подсистеме 503) можно получить лучшее отношение сигнал-шум («SNR»), нежели использование одной антенны 505 и одного приемопередатчика 504.Although in FIG. 5 all three antennas 505 are shown receiving a signal, it is sufficient that one antenna and a base station transceiver 500 receive each 1 × 3 transmission of lines 513-515. However, under certain conditions, using a larger number or all antennas 505 and transceivers 504 for receiving each transmission (i.e., using known processing methods with a single input and multiple outputs (SIMO) in the coding, modulating and signal processing subsystem 503), one can obtain better signal to noise ratio (“SNR”) than using one antenna 505 and one transceiver 504.

Когда подсистема 503 кодирования, модулирования и обработки сигналов принимает строку 513-515 размером 1 х 3 от каждого клиентского устройства 507-508, она сохраняет ее в матрице Н 516 размером 3х3. Как и в клиентских устройствах, базовая станция может применять различные технологии хранения данных, в том числе - но без ограничения ими - энергонезависимые запоминающие устройства большой емкости (к примеру, жесткие диски) и (или) энергозависимые устройства (к примеру, SDRAM) для хранения матрицы 516. Фиг.5 иллюстрирует стадию, на которой базовая станция 500 приняла и сохранило строку 513 размером 1×3 от клиентского устройства 509. Строки 514 и 515 размером 1×3 могут передаваться и сохраняться в матрице Н 516, когда они принимаются от остальных клиентских устройств, пока вся матрица Н 516 не будет сохранена.When the coding, modulating, and signal processing subsystem 503 receives a 1 x 3 row 513-515 from each client device 507-508, it stores it in a 3x3 matrix H 516. As with client devices, the base station can use various storage technologies, including - but not limited to - non-volatile mass storage devices (e.g. hard drives) and (or) non-volatile devices (e.g. SDRAM) for storage matrices 516. FIG. 5 illustrates the stage at which the base station 500 received and stored a 1 × 3 row 513 from a client device 509. 1 × 3 rows 514 and 515 can be transmitted and stored in an H 516 matrix when they are received from the rest client devices until the entire matrix H 516 is saved.

Один вариант осуществления передачи MIDO из базовой станции 600 в клиентские устройства 606-608 будет теперь описан со ссылкой на фиг.6. Поскольку клиентское устройство 606-608 является независимым устройством, обычно каждое устройство принимает отличную передачу данных. Фактически, один вариант осуществления базовой станции 600 включает в себя маршрутизатор 602, расположенный с точки зрения осуществления связи между интерфейсом 601 WAN и подсистемой 603 кодирования, модулирования и обработки сигналов, которая является источником множества потоков данных (отформатированных в битовые потоки) из интерфейса 601 WAN, и маршрутизирует их как раздельные битовые потоки u1-u3, предназначенные, соответственно, для каждого клиентского устройства 606-608. Для этой цели могут применяться различные известные методы маршрутизации посредством маршрутизатора 602.One embodiment of transmitting MIDO from base station 600 to client devices 606-608 will now be described with reference to FIG. 6. Since the client device 606-608 is an independent device, typically each device receives excellent data transmission. In fact, one embodiment of the base station 600 includes a router 602 located in terms of communicating between the WAN interface 601 and the coding, modulating, and signal processing subsystem 603 that is the source of a plurality of data streams (formatted into bit streams) from the WAN interface 601 , and routes them as separate bit streams u 1 -u 3 intended, respectively, for each client device 606-608. For this purpose, various known routing methods via router 602 can be applied.

Три битовых потока u1-u3, показанные на фиг.6, затем направляются в подсистему 603 кодирования, модулирования и обработки, кодируются в статистически различные потоки с исправлением ошибок (к примеру, с помощью кодов Рида-Соломона, Витерби или турбокодов) и модулируются с помощью подходящей для канала схемы модуляции (такой как DPSK, 64QAM или OFDM). Помимо того, вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг.6, включает в себя логическую схему 605 предварительного кодирования сигналов для однозначного кодирования сигналов, переданных от каждой из антенн 605, на основе сигнальной характеристической матрицы 616. Конкретнее, вместо того, чтобы маршрутизировать каждый из трех кодированных и модулированных битовых потоков в раздельные антенны (как это делается на фиг.1), в одном варианте осуществления логическая схема 630 предварительного кодирования перемножает эти три битовых потока u1-u3 на фиг.6 на матрицу, обратную матрице Н 616, получая три новых битовых потока u 1 ' u 3 '

Figure 00000004
. Эти три предварительно кодированных битовых потока преобразуются затем к аналоговому виду цифроаналоговыми преобразователями (не показаны) и передаются в качестве ВЧ-сигнала приемопередатчиками 604 и антеннами 605.The three bit streams u 1 -u 3 shown in FIG. 6 are then routed to a coding, modulation and processing subsystem 603, encoded into statistically different error-correcting streams (e.g., using Reed-Solomon, Viterbi or turbo codes) and modulated using a channel modulation scheme (such as DPSK, 64QAM or OFDM). In addition, the embodiment illustrated in FIG. 6 includes a signal pre-coding logic 605 for uniquely coding the signals transmitted from each of the antennas 605 based on the signal characteristic matrix 616. More specifically, instead of routing each of the three encoded and modulated bit streams to separate antennas (as is done in FIG. 1), in one embodiment, precoding logic 630 multiplies these three bit streams u 1 -u 3 in FIG. 6 per matrix inverse to matrix H 616, receiving three new bitstreams u one '' - u 3 ''
Figure 00000004
. These three precoded bitstreams are then converted to analog form by digital-to-analog converters (not shown) and transmitted as RF signals by transceivers 604 and antennas 605.

Прежде чем пояснить, как клиентскими устройствами 606-608 принимаются эти битовые потоки, будут описаны операция, выполняемые модулем 630 предварительного кодирования. Аналогично вышеприведенному примеру MIMO на фиг.1, кодированный и модулированный сигнал для каждого из трех исходных битовых потоков будет обозначаться un. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.6, каждый ui содержит данные из одного из трех битовых потоков, маршрутизированных маршрутизатором 602, и каждый такой битовый поток предназначен для одного из трех клиентских устройств 606-608.Before explaining how these bitstreams are received by client devices 606-608, the operations performed by the precoding unit 630 will be described. Similar to the above MIMO example in FIG. 1, the encoded and modulated signal for each of the three source bit streams will be denoted by u n . In the embodiment illustrated in FIG. 6, each u i contains data from one of three bitstreams routed by router 602, and each such bitstream is for one of three client devices 606-608.

Однако в отличие от примера MIMO по фиг.1, где каждый хi передается каждой антенной 104, в варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на фиг.6, каждый ui принимается в антенне 609 каждого клиентского устройства (плюс шум N, имеющийся в канале). Для достижения этого результата выход каждой из трех антенн 605 (каждый из которых будет обозначаться как vi) является функцией от ui и матрицы Н, которая характеризует канал для каждого клиентского устройства. В одном варианте осуществления каждый vi вычисляется логической схемой 630 предварительного кодирования в подсистеме 630 кодирования, модулирования и обработки сигналов путем реализации следующих формул:However, unlike the MIMO example of FIG. 1, where each x i is transmitted by each antenna 104, in the embodiment of the invention illustrated in FIG. 6, each u i is received at the antenna 609 of each client device (plus the noise N present in the channel) . To achieve this result, the output of each of the three antennas 605 (each of which will be denoted as v i ) is a function of u i and matrix H, which characterizes the channel for each client device. In one embodiment, each v i is computed by precoding logic 630 in a coding, modulation and signal processing subsystem 630 by implementing the following formulas:

v 1 = u 1 H 11 1 + u 2 H 12 1 + u 3 H 13 1

Figure 00000005
v one = u one H eleven - one + u 2 H 12 - one + u 3 H 13 - one
Figure 00000005

v 2 = u 1 H 21 1 + u 2 H 22 1 + u 3 H 23 1

Figure 00000006
v 2 = u one H 21 - one + u 2 H 22 - one + u 3 H 23 - one
Figure 00000006

v 3 = u 1 H 31 1 + u 2 H 32 1 + u 3 H 33 1

Figure 00000007
. v 3 = u one H 31 - one + u 2 H 32 - one + u 3 H 33 - one
Figure 00000007
.

Таким образом, в отличие от MIMO, где каждый хi вычисляется в приемнике после того, как сигналы преобразованы каналом, описанные здесь варианты осуществления изобретения принимают решение для каждого vi в передатчике до того, как сигналы преобразованы каналом. Каждая антенна 609 принимает ui уже отделенным от других битовых потоков un-1 для других антенн 609. Каждый приемопередатчик 610 преобразует каждый принятый сигнал к основной полосе частот, где он оцифровывается аналого-цифровым преобразователем (не показан), и каждая подсистема 611 кодирования, модулирования и обработки сигналов демодулирует и декодирует битовый поток хi, предназначенный для нее, и посылает свой битовый поток к интерфейсу 612 данных для использования клиентским устройством (к примеру, приложением на клиентском устройстве).Thus, unlike MIMO, where each x i is computed at the receiver after the signals are converted by the channel, the embodiments described here decide for each v i in the transmitter before the signals are converted by the channel. Each antenna 609 receives u i already separated from other bit streams u n-1 for other antennas 609. Each transceiver 610 converts each received signal to the main frequency band, where it is digitized by an analog-to-digital converter (not shown), and each coding subsystem 611 modulating and processing the signals demodulates and decodes the bitstream x i intended for it and sends its bitstream to the data interface 612 for use by the client device (for example, an application on the client device).

Описанные здесь варианты осуществления изобретения могут быть реализованы с помощью различных кодирующих и модулирующих схем. Например, в воплощении OFDM, где частотный спектр разделяется на множество поддиапазонов, описанные здесь методы могут применяться для характеризации каждого отдельного поддиапазона. Как, однако, упомянуто выше, основополагающие принципы изобретения не ограничены какой-либо частной схемой модуляции.Embodiments of the invention described herein may be implemented using various coding and modulating schemes. For example, in an OFDM embodiment, where a frequency spectrum is divided into a plurality of subbands, the techniques described herein can be used to characterize each individual subband. As, however, mentioned above, the fundamental principles of the invention are not limited to any particular modulation scheme.

Если клиентские устройства 606-608 являются портативными устройствами обработки данных, такими как ПЦА, ноутбуки и (или) беспроводные телефоны, характеризация канала может часто меняться, т.к. клиентские устройства могут перемещаться из одного местоположения в другое. Фактически в одном варианте осуществления изобретения характеристическая матрица 616 каналов на базовой станции непрерывно обновляется. В одном варианте осуществления базовая станция 600 периодически (к примеру, каждые 250 миллисекунд) посылает новый обучающий сигнал к каждому клиентскому устройству, а каждое клиентское устройство непрерывно передает свой характеристический вектор канала назад на базовую станцию 600, чтобы обеспечить сохранение точности характеристики канала (к примеру, если меняется окружающая среда, так что это влияет на канал, или если клиентское устройство перемещается). В одном варианте осуществления обучающий сигнал перемежается в сигнале реальных данных, посылаемом каждому клиентскому устройству. Как правило, обучающие сигналы требуют гораздо меньше пропускной способности, нежели сигналы данных, так что это будет иметь небольшое влияние на пропускную способность системы в целом. Соответственно, в данном варианте осуществления характеристическая матрица 616 каналов может обновляться непрерывно по мере того, как базовая станция активно связывается с каждым клиентским устройством, благодаря чему поддерживается точная характеризация каналов, когда клиентские устройства перемещаются от одного местоположения к следующему или если окружающая среда изменяется так, что это влияет на канал.If client devices 606-608 are portable data processing devices, such as PDAs, laptops, and / or cordless phones, channel characterization can often change because client devices can move from one location to another. In fact, in one embodiment of the invention, the channel characteristic matrix 616 at the base station is continuously updated. In one embodiment, the base station 600 periodically (for example, every 250 milliseconds) sends a new training signal to each client device, and each client device continuously transmits its channel characteristic vector back to the base station 600 to maintain channel accuracy (for example if the environment changes, so that it affects the channel, or if the client device moves). In one embodiment, the training signal is interleaved in a real data signal sent to each client device. As a rule, training signals require much less bandwidth than data signals, so this will have little effect on the bandwidth of the system as a whole. Accordingly, in this embodiment, the channel characteristic matrix 616 can be updated continuously as the base station actively communicates with each client device, thereby maintaining accurate channel characterization when the client devices move from one location to the next or if the environment changes so that it affects the channel.

В одном варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на фиг.7, применяются методы MIMO для улучшения канала восходящей связи (т.е. канала от клиентских устройств 706-708 к базовой станции 700). В данном варианте осуществления канал от каждого из клиентских устройств непрерывно анализируется и характеризуется логической схемой 741 характеризации восходящего канала в базовой станции. Конкретнее, каждое из клиентских устройств 706-708 передает на базовую станцию 700 обучающий сигнал, который анализируется логической схемой 741 характеризации канала (к примеру, как в обычной системе MIMO) для выработки характеристической матрицы 741 каналов размером N×М, где N - это число клиентских устройств, а М - это число антенн, используемых базовой станцией. Проиллюстрированный на фиг.7 вариант осуществления использует три антенны 705 на базовой станции и три клиентских устройства 706-708, что дает характеристическую матрицу 741 каналов размером 3×3, хранящуюся в базовой станции 700. Проиллюстрированная на фиг.7 восходящая передача MIMO может использоваться клиентскими устройствами как для передачи данных обратно к базовой станции 700, так и для передачи характеристических векторов каналов обратно к базовой станции 700, как иллюстрируется на фиг.5. Но в отличие от варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.5, в котором характеристический вектор канала каждого клиентского устройства передается в отдельный момент времени, способ, показанный на фиг.7, позволяет одновременно передавать характеристические векторы каналов от множества клиентских устройств обратно к базовой станции 700, благодаря чему существенно снижается влияние характеристических векторов каналов на обратную пропускную способность каналов.In one embodiment of the invention illustrated in FIG. 7, MIMO methods are applied to improve the uplink channel (i.e., the channel from client devices 706-708 to base station 700). In this embodiment, the channel from each of the client devices is continuously analyzed and characterized by an uplink channel characterization logic 741 in the base station. More specifically, each of the client devices 706-708 transmits a training signal to the base station 700, which is analyzed by a channel characterization logic 741 (for example, as in a conventional MIMO system) to generate a characteristic matrix of 741 channels of size N × M, where N is the number client devices, and M is the number of antennas used by the base station. The embodiment illustrated in FIG. 7 uses three antennas 705 at the base station and three client devices 706-708, which gives a 3 × 3 channel characteristic matrix 741 stored in the base station 700. The uplink MIMO illustrated in FIG. 7 can be used by client devices both for transmitting data back to base station 700, and for transmitting characteristic channel vectors back to base station 700, as illustrated in FIG. But unlike the embodiment illustrated in FIG. 5, in which the channel characteristic vector of each client device is transmitted at a separate point in time, the method shown in FIG. 7 allows transmission of channel characteristic vectors from multiple client devices back to the base station 700 due to which the influence of the characteristic channel vectors on the reverse channel throughput is significantly reduced.

Как упомянуто выше, каждая характеризация сигнала может включать в себя много факторов, в том числе, например, фазу и амплитуду по отношению к опорному сигналу, внутреннему для приемника, абсолютному опорному сигналу, относительному опорному сигналу, характеристический шум или иные факторы. Например, в сигнале, модулированном квадратичной амплитудной модуляцией («QAM»), характеризацией может быть вектор сдвигов по фазе и амплитуде для нескольких многолучевых копий сигнала. В качестве другого примера, в сигнале, модулированном мультиплексированием с ортогональным разделением частот («OFDM»), это может быть вектор сдвигов по фазе и амплитуде для нескольких или всех отдельных подсигналов в спектре OFDM. Обучающий сигнал может генерироваться подсистемой 711 кодирования и модулирования каждого клиентского устройства, преобразовываться к аналоговому виду цифроаналоговым преобразователем (не показан), а затем преобразовываться из основной частотной полосы к ВЧ передатчиком 709 каждого клиентского устройства. В одном варианте осуществления для обеспечения синхронизации обучающих сигналов клиентские устройства передают обучающие сигналы по запросу базовой станции (к примеру, по круговой системе). Помимо этого, обучающие сигналы могут перемежаться в сигнале реальных данных или передаваться одновременно с этим сигналом, посылаемым от каждого клиентского устройства. Таким образом, даже если клиентские устройства 706-708 являются мобильными, обучающие сигналы могут непрерывно передаваться и анализироваться логической схемой 741 характеризации восходящего канала, благодаря чему обеспечивается актуальность характеристической матрицы 741 каналов.As mentioned above, each signal characterization can include many factors, including, for example, phase and amplitude with respect to a reference signal internal to the receiver, absolute reference signal, relative reference signal, characteristic noise, or other factors. For example, in a signal modulated by quadratic amplitude modulation (“QAM”), the characterization may be a phase and amplitude shift vector for several multipath copies of the signal. As another example, in a signal modulated by orthogonal frequency division multiplexing (“OFDM”), this may be a phase and amplitude shift vector for several or all of the individual sub-signals in the OFDM spectrum. The training signal can be generated by each client device's coding and modulation subsystem 711, converted to analog form by a digital-to-analog converter (not shown), and then converted from the main frequency band to the RF transmitter 709 of each client device. In one embodiment, to ensure synchronization of training signals, client devices transmit training signals at the request of the base station (e.g., in a circular system). In addition, training signals can be interleaved in a real data signal or transmitted simultaneously with this signal sent from each client device. Thus, even if the client devices 706-708 are mobile, training signals can be continuously transmitted and analyzed by the uplink channel characterization logic 741, thereby ensuring the relevance of the channel characteristic matrix 741.

Полная пропускная способность каналов, поддерживаемая вышеприведенными вариантами осуществления изобретения, может быть определена как min (N, М), где М - это число клиентских устройств, а N - это число антенн базовой станции. То есть, пропускная способность ограничивается числом антенн либо на стороне базовой станции либо на клиентской стороне. Фактически, в одном варианте осуществления изобретения используются методы синхронизации, чтобы обеспечить, что не более чем min (N, М) антенн передают/принимают в данное время.The total channel capacity supported by the above embodiments of the invention can be defined as min (N, M), where M is the number of client devices and N is the number of antennas of the base station. That is, throughput is limited by the number of antennas either on the base station side or on the client side. In fact, in one embodiment of the invention, synchronization techniques are used to ensure that no more than min (N, M) antennas are transmitted / received at a given time.

В типовом сценарии число антенн 705 на базовой станции 700 меньше числа клиентских устройств 706-708. Примерный сценарий иллюстрируется на фиг.8, где показано пять клиентских устройств 804-808, осуществляющих связь с базовой станцией, имеющей три антенны 802. В данном варианте осуществления после определения полного числа клиентских устройств 804-808 и сбора необходимой информации для характеризации каналов (к примеру, как описано выше) базовая станция 800 выбирает первую группу из трех клиентов 810, с которой будет осуществляться связь (три клиента в примере потому, что min (N, М)=3). После осуществления связи с первой группой клиентов 810 в течение заданного периода времени базовая станция затем выбирает другую группу из трех клиентов 811, с которыми будет осуществляться связь. Для равномерного распределения канала связи базовая станция 800 выбирает два клиентских устройства 807, 808, которые не были включены в первую группу. Помимо этого, поскольку доступна дополнительная антенна, базовая станция 800 выбирает дополнительное клиентское устройство 806, включенное в первую группу. В одном варианте осуществления базовая станция 800 циклически обходит группы клиентов таким образом, что каждому клиенту эффективно выделяется одна и та же величина пропускной способности во времени. Например, для равномерного выделения пропускной способности базовая станция может затем выбрать любую комбинацию из трех клиентских устройств, которая исключает клиентское устройство 806 (т.е. из-за того, что клиентское устройство 806 осуществляло связь с базовой станцией 806 в течение первых двух циклов).In a typical scenario, the number of antennas 705 at the base station 700 is less than the number of client devices 706-708. An exemplary scenario is illustrated in Fig. 8, which shows five client devices 804-808 communicating with a base station having three antennas 802. In this embodiment, after determining the total number of client devices 804-808 and collecting the necessary information to characterize the channels ( for example, as described above), base station 800 selects the first group of three clients 810 with which communication will be carried out (three clients in the example because min (N, M) = 3). After communicating with the first group of clients 810 for a predetermined period of time, the base station then selects another group of three clients 811 with which it will communicate. For uniform distribution of the communication channel, the base station 800 selects two client devices 807, 808, which were not included in the first group. In addition, since an additional antenna is available, base station 800 selects an additional client device 806 included in the first group. In one embodiment, base station 800 cycles through groups of clients in such a way that each client is effectively allocated the same amount of throughput over time. For example, to evenly allocate bandwidth, the base station can then select any combination of three client devices that excludes the client device 806 (i.e., because the client device 806 communicated with the base station 806 during the first two cycles) .

В одном варианте осуществления в дополнение к передаче стандартных данных базовая станция может использовать вышеописанные методы для передачи обучающих сигналов к каждому из клиентских устройств и принимать обучающие сигналы и характеристические данные сигналов от каждого из клиентских устройств.In one embodiment, in addition to transmitting standard data, the base station may use the methods described above to transmit training signals to each of the client devices and receive training signals and characteristic signal data from each of the client devices.

В одном варианте осуществления некоторым клиентским устройствам или группам клиентских устройств могут выделяться различные уровни пропускной способности. Например, клиентским устройствам могут присваиваться приоритеты, так что клиентским устройствам с относительно более высоким приоритетом может быть гарантировано больше циклов связи (т.е. больше пропускной способности), чем клиентским устройствам с относительно более низким приоритетом. «Приоритет» клиентского устройства может быть выбран на основе числа переменных, включающих в себя, например, назначенный уровень подписки пользователя на беспроводную услугу (к примеру, пользователь может пожелать уплатить больше за дополнительную пропускную способность) и (или) тип данных, которые передаются к клиентскому устройству или от него (к примеру, связь в реальном времени, такая как аудио- и видеотелефония может получить приоритет над связью не в реальном времени, такой как электронная почта).In one embodiment, various levels of bandwidth may be allocated to some client devices or groups of client devices. For example, priority may be assigned to client devices, so that client cycles with a relatively higher priority can be guaranteed more communication cycles (i.e., more bandwidth) than client devices with a relatively lower priority. The “priority” of the client device can be selected based on the number of variables, including, for example, the assigned subscription level of the user for the wireless service (for example, the user may wish to pay more for additional bandwidth) and (or) the type of data that is transmitted to to or from a client device (for example, real-time communications such as audio and video telephony can take precedence over non-real-time communications such as email).

В одном варианте осуществления изобретения базовая станция динамически выделяет пропускную способность на основе текущей загрузки, требуемой каждым клиентским устройством. Например, если клиентское устройство 804 передает потоковое видео в реальном масштабе времени, а прочие устройства 805-808 выполняют функции не в реальном масштабе времени, такие как электронная почта, тогда базовая станция 800 может выделить относительно больше пропускной способности этому клиенту 804. Следует отметить, однако, что основополагающие принципы изобретения не ограничиваются каким-либо частным методом выделения пропускной способности.In one embodiment of the invention, the base station dynamically allocates bandwidth based on the current load required by each client device. For example, if client device 804 transmits real-time streaming video, and other devices 805-808 perform non-real-time functions, such as email, then base station 800 may allocate relatively more bandwidth to this client 804. It should be noted however, that the fundamental principles of the invention are not limited to any particular method of bandwidth allocation.

Как иллюстрируется на фиг.9, два клиентских устройства 907, 908 могут находиться настолько близко друг к другу, что характеризация каналов для этих клиентов по сути одинаковая. В результате базовая станция принимает и сохраняет практически эквивалентные характеристические векторы каналов для двух клиентских устройств 907, 908 и поэтому не будет способна создать уникальные пространственно распределенные сигналы для каждого клиентского устройства. Соответственно, в одном варианте осуществления базовая станция обеспечивает, что любые два или более клиентских устройств, которые находятся в непосредственной близости, относятся к разным группам. На фиг.9, например, базовая станция 900 сначала осуществляет связь с первой группой 910 клиентских устройств 904, 905 и 908; а затем со второй группой 911 клиентских устройств 905, 906, 907, обеспечивая попадание клиентских устройств 907 и 908 в разные группы.As illustrated in FIG. 9, the two client devices 907, 908 can be so close to each other that the channel characterization for these clients is essentially the same. As a result, the base station receives and stores almost equivalent channel characteristic vectors for two client devices 907, 908 and therefore will not be able to create unique spatially distributed signals for each client device. Accordingly, in one embodiment, the base station ensures that any two or more client devices that are in close proximity belong to different groups. In FIG. 9, for example, base station 900 first communicates with a first group 910 of client devices 904, 905, and 908; and then with the second group of 911 client devices 905, 906, 907, ensuring that the client devices 907 and 908 fall into different groups.

Альтернативно, в одном варианте осуществления базовая станция 900 осуществляет связь с обоими клиентскими устройствами 907 и 908 одновременно, но мультиплексирует канал связи с помощью известных методов мультиплексирования канала. Например, базовая станция может применять методы мультиплексирования с разделением по времени («TDM»), мультиплексирования с разделением по частоте («FDM») или множественного доступа с кодовым разделением («CDMA») для разделения единственного пространственно коррелированного сигнала между клиентскими устройствами 907 и 908.Alternatively, in one embodiment, the base station 900 communicates with both client devices 907 and 908 simultaneously, but multiplexes the communication channel using known channel multiplexing techniques. For example, a base station may employ time division multiplexing (“TDM”), frequency division multiplexing (“FDM”), or code division multiple access (“CDMA”) techniques to split a single spatially correlated signal between client devices 907 and 908.

Хотя каждое клиентское устройство, описанное выше, снабжено единственной антенной, основополагающие принципы изобретения могут применяться и при использовании клиентских устройств со множеством антенн для увеличения пропускной способности. Например, при использовании описанных выше беспроводных систем клиент с 2 антеннами реализует двукратное увеличение в пропускной способности, клиент с 3 антеннами реализует трехкратное увеличение в пропускной способности, и т.д. (т.е. в предположении, что пространственное и угловое разделение между антеннами достаточно). Базовая станция может применять одни и те же общие правила при циклическом обходе клиентских устройств с множеством антенн. Например, каждая антенна может рассматриваться как отдельный клиент, и этому «клиенту» может выделяться пропускная способность, как это делалось бы любому другому клиенту (к примеру, обеспечение каждого клиента соответствующим или эквивалентным периодом связи).Although each client device described above is equipped with a single antenna, the fundamental principles of the invention can be applied when using client devices with multiple antennas to increase throughput. For example, when using the wireless systems described above, a client with 2 antennas realizes a two-fold increase in bandwidth, a client with 3 antennas realizes a three-fold increase in bandwidth, etc. (i.e. assuming that spatial and angular separation between the antennas is sufficient). A base station can apply the same general rules when cycling around client devices with multiple antennas. For example, each antenna can be considered as a separate client, and bandwidth can be allocated to this “client”, as would be done by any other client (for example, providing each client with an appropriate or equivalent communication period).

Как упомянуто выше, в одном варианте осуществления изобретения применяются описанные выше методы передачи сигналов MIDO и (или) MIMO для увеличения отношения сигнал-шум и пропускной способности в системе с близкой к вертикальной пространственной волной («NVIS»). На фиг.10 в одном варианте осуществления изобретения первая станция 1001 NVIS, снабженная матрицей из N антенн 1002, выполнена с возможностью связи с М клиентскими устройствами 1004. Антенны 1002 NVIS и антенны различных клиентских устройств 1004 передают сигналы вверх в пределах примерно 15 градусов от вертикали, чтобы достичь желаемой NVIS и минимизировать помеховые эффекты поверхностной волны. В одном варианте осуществления антенны 1002 и клиентские устройства 1004 поддерживают множество независимых потоков 1006 данных с помощью описанных выше различных методов MIDO и MIMO на выделенной частоте в спектре NVIS (к примеру, на несущей частоте на 23 МГц или ниже, но как правило, ниже 10 МГц), благодаря чему значительно увеличивается пропускная способность на выделенной частоте (т.е. с коэффициентом, пропорциональным числу статистически независимых потоков данных).As mentioned above, in one embodiment of the invention, the methods of transmitting MIDO and / or MIMO signals described above are used to increase the signal-to-noise ratio and throughput in a near vertical spatial wave ("NVIS") system. 10, in one embodiment of the invention, a first NVIS station 1001 provided with an array of N antennas 1002 is configured to communicate with M client devices 1004. NVIS antennas 1002 and antennas of various client devices 1004 transmit signals upwards of about 15 degrees from the vertical to achieve the desired NVIS and minimize the interference effects of the surface wave. In one embodiment, antennas 1002 and client devices 1004 support multiple independent data streams 1006 using the various MIDO and MIMO methods described above at a dedicated frequency in the NVIS spectrum (for example, at a carrier frequency of 23 MHz or lower, but typically below 10 MHz), due to which the throughput at the allocated frequency is significantly increased (i.e., with a coefficient proportional to the number of statistically independent data streams).

Антенны NVIS, обслуживающие данную станцию, могут быть физически очень удалены друг от друга. При условии больших длин волн ниже 10 МГц и больших расстояний, проходимых сигналами (таких как 300 миль туда и обратно), физическое разделение антенн в сотни ярдов и даже мили может обеспечить преимущества от разнесения. В таких ситуациях сигналы отдельных антенн могут приходить обратно с помощью традиционных проводных или беспроводных систем связи в централизованное местоположение для обработки. Альтернативно, каждая антенна может иметь локальное средство для обработки своих сигналов, а затем использовать традиционные проводные или беспроводные системы связи для передачи данных обратно в централизованное местоположение. В одном варианте осуществления изобретения станция 1001 NVIS имеет широкополосную линию 1015 связи с Интернетом 1010 (или иной сетью широкого охвата), благодаря чему обеспечивает клиентские устройства 1003 дистанционным высокоскоростным беспроводным сетевым доступом.The NVIS antennas serving this station can be physically very distant from each other. Given long wavelengths below 10 MHz and long distances traveled by signals (such as 300 miles round trip), physically separating the antennas hundreds of yards or even miles can provide the benefits of diversity. In such situations, the signals of individual antennas can be sent back using traditional wired or wireless communication systems to a central location for processing. Alternatively, each antenna may have local means for processing its signals, and then use traditional wired or wireless communication systems to transfer data back to a central location. In one embodiment, the NVIS station 1001 has a broadband line 1015 to the Internet 1010 (or other wide area network), thereby providing the client devices 1003 with remote high-speed wireless network access.

В одном варианте осуществления базовая станция и (или) пользователи могут применять описанные выше методы разнесения по поляризации или диаграмме направленности для уменьшения размера решетки и (или) расстояния между пользователями при обеспечении разнесения и увеличенной пропускной способности. В качестве примера, в системах MIMO с передачами на ВЧ пользователи могут находиться в одном и том местоположении, и все же их сигналы будут не коррелированы из-за разнесения по поляризации или диаграмме направленности. В частности, путем использования разнесения по диаграмме направленности один пользователь может связываться с базовой станцией посредством поверхностной волны, тогда как другой пользователь - посредством NVIS.In one embodiment, the base station and / or users can use the polarization or radiation pattern methods described above to reduce grating size and / or distance between users while providing diversity and increased throughput. As an example, in MIMO systems with RF transmissions, users can be in the same location, and yet their signals will not be correlated due to polarization or radiation pattern diversity. In particular, by using beam diversity, one user can communicate with a base station via a surface wave, while another user can communicate via NVIS.

Дополнительные варианты осуществления изобретенияAdditional embodiments of the invention

I. Предварительное кодирование DIDO-OFDM при нарушении баланса I/QI. DIDO-OFDM precoding for I / Q imbalance

В одном варианте осуществления изобретения применяется система и способ для компенсации нарушения баланса синфазной и квадратурной (I/Q) составляющих в системах с распределенными входами и распределенными выходами (DIDO) при мультиплексировании с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Вкратце, согласно данному варианту осуществления пользовательские устройства оценивают канал и возвращают эту информацию на базовую станцию; базовая же станция вычисляет матрицу предварительного кодирования для подавления помех между несущими и между пользователями, вызванных нарушением баланса I/Q; и параллельные потоки данных передаются множеству пользовательских устройств посредством предварительного кодирования DIDO; пользовательские устройства демодулируют данные посредством приемника с обращением в нуль незначащих коэффициентов (ZF), минимальной среднеквадратичной ошибкой (MMSE) или максимальным правдоподобием (ML) для подавления остаточной помехи.In one embodiment of the invention, a system and method is used to compensate for the imbalance in phase and quadrature (I / Q) components in systems with distributed inputs and distributed outputs (DIDO) when multiplexing with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). Briefly, according to this embodiment, user devices evaluate the channel and return this information to the base station; the base station, on the other hand, calculates a precoding matrix to suppress interference between carriers and between users caused by an imbalance in I / Q; and parallel data streams are transmitted to a plurality of user devices through DIDO precoding; user devices demodulate data through a receiver with vanishing negligible coefficients (ZF), minimum mean square error (MMSE) or maximum likelihood (ML) to suppress residual interference.

Как подробно описано ниже, некоторые из существенных признаков данного варианта осуществления включают в себя - но не ограничиваются ими:As described in detail below, some of the essential features of this embodiment include, but are not limited to:

Предварительное кодирование для подавления помехи между несущими (ICI) от зеркальных тонов (вследствие рассогласования I/Q) в системах OFDM;Pre-coding to suppress inter-carrier interference (ICI) from mirror tones (due to I / Q mismatch) in OFDM systems;

Предварительное кодирование для подавления помех между пользователями и ICI (вследствие рассогласования I/Q) в системах DIDO-OFDM;Pre-coding to suppress interference between users and ICI (due to I / Q mismatch) in DIDO-OFDM systems;

Методы для подавления ICI (вследствие рассогласования I/Q) посредством приемника ZF в системах DIDO-OFDM, применяющих предварительный кодер блоковой диагонализации (BD);Methods for suppressing ICI (due to I / Q mismatch) through a ZF receiver in DIDO-OFDM systems employing a block diagonalization pre-encoder (BD);

Методы для подавления помех между пользователями и ICI (вследствие рассогласования I/Q) посредством предварительного кодирования (в передатчике) и фильтра ZF или MMSE (в приемнике) в системах DIDO-OFDM;Methods for suppressing interference between users and ICI (due to I / Q mismatch) through precoding (at the transmitter) and ZF or MMSE filter (at the receiver) in DIDO-OFDM systems;

Методы для подавления помех между пользователями и ICI (вследствие рассогласования I/Q) посредством предварительного кодирования (в передатчике) и нелинейного детектора вроде детектора максимального правдоподобия (ML) (в приемнике) в системах DIDO-OFDM;Methods for suppressing interference between users and ICI (due to I / Q mismatch) through precoding (at the transmitter) and a non-linear detector such as maximum likelihood detector (ML) (at the receiver) in DIDO-OFDM systems;

Использование предварительного кодирования на основе информации о состоянии канала для подавления помех между несущими (ICI) от зеркальных тонов (вследствие рассогласования I/Q) в системах OFDM;Using precoding based on channel status information to suppress inter-carrier interference (ICI) from mirror tones (due to I / Q mismatch) in OFDM systems;

Использование предварительного кодирования на основе информации о состоянии канала для подавления помехи между несущими (ICI) от зеркальных тонов (вследствие рассогласования I/Q) в системах DIDO-OFDM;Using precoding based on channel status information to suppress inter-carrier interference (ICI) from mirror tones (due to I / Q mismatch) in DIDO-OFDM systems;

Использование имеющего информацию о рассогласовании I/Q предварительного кодера DIDO на станции и имеющего информацию о рассогласовании IQ приемника DIDO на пользовательском терминале;Using an I / Q Mismatch information pre-encoder DIDO at the station and having IQ Mismatch information the DIDO receiver at the user terminal;

Использование имеющего информацию о рассогласовании I/Q предварительного кодера DIDO на станции, имеющего информацию о рассогласовании IQ приемника DIDO на пользовательском терминале и имеющего информацию о рассогласовании IQ блока оценки канала;Using an I / Q mismatch information DIDO precoder at the station, having IID mismatch information of a DIDO receiver at a user terminal and having IQ mismatch information of a channel estimator;

Использование имеющего информацию о рассогласовании I/Q предварительного кодера DIDO на станции, имеющего информацию о рассогласовании IQ приемника DIDO на пользовательском терминале, имеющего информацию о рассогласовании IQ блока оценки каналов и имеющего информацию о рассогласовании IQ генератора обратной связи DIDO, который посылает информацию о состоянии канала от пользовательского терминала к станции;Using an I / Q mismatch information DIDO precoder at a station having IID mismatch information of a DIDO receiver at a user terminal, having IQ mismatch information of a channel estimator, and having IQ mismatch information of a DIDO feedback generator that sends channel status information from user terminal to station;

Использование имеющего информацию о рассогласовании I/Q предварительного кодера DIDO на станции и имеющего информацию о рассогласовании IQ конфигуратора DIDO, который использует канальную информацию I/Q для выполнения функций, включающих в себя пользовательский выбор, адаптивные кодирование и модуляцию, пространственно-время-частотное отображение или выбор предварительного кодера;Using an I / Q mismatch information DIDO precoder at a station and having an IQ mismatch information DIDO configurator that uses I / Q channel information to perform functions including user selection, adaptive coding and modulation, space-time-frequency mapping or selection of a preliminary encoder;

Использование имеющего информацию о рассогласовании IQ приемника DIDO, который подавляет ICI (вследствие рассогласования I/Q) посредством приемника ZF в системах DIDO-OFDM, применяющих предварительный кодер блоковой диагонализации (BD);Using an IID mismatch information DIDO receiver that suppresses ICI (due to I / Q mismatch) by the ZF receiver in DIDO-OFDM systems employing a block diagonalization pre-encoder (BD);

Использование имеющего информацию о рассогласовании IQ приемника DIDO, который подавляет ICI (вследствие рассогласования I/Q) посредством предварительного кодирования (в передатчике) и нелинейного детектора типа детектора максимального правдоподобия (в приемнике) в системах DIDO-OFDM; иUsing an IID mismatch information DIDO receiver that suppresses ICI (due to I / Q mismatch) by precoding (in the transmitter) and a non-linear detector such as maximum likelihood detector (in the receiver) in DIDO-OFDM systems; and

Использование осведомленного о рассогласовании IQ приемника DIDO, который подавляет ICI (вследствие рассогласования I/Q) посредством фильтра ZF или MMSE в системах DIDO-OFDM.Using an IID Mismatch-aware DIDO receiver that suppresses ICI (due to I / Q mismatch) through a ZF or MMSE filter in DIDO-OFDM systems.

а. Уровень техникиbut. State of the art

Передаваемые и принимаемые сигналы типичных беспроводных систем связи состоят из синфазного и квадратурного (I/Q) компонентов. В практических системах синфазный и квадратурный компоненты могут искажаться вследствие дефектов при проведении операций смешивания и на основной полосе частот. Эти искажения проявляются как рассогласование по фазе, усилению и задержке I/Q. Фазовый дисбаланс вызывается тем, что синусная и косинусная составляющие в модуляторе/демодуляторе не являются полностью ортогональными. Дисбаланс усиления вызывается различными усилениями между синфазным и квадратурным компонентами. Может иметь место дополнительное искажение, называемое дисбалансом задержки, вследствие разности в задержках между I- и Q-трактами в аналоговой схеме.Transmitted and received signals of typical wireless communication systems consist of in-phase and quadrature (I / Q) components. In practical systems, in-phase and quadrature components can be distorted due to defects during mixing operations and in the main frequency band. These distortions manifest themselves as phase mismatch, gain, and I / Q delay. Phase imbalance is caused by the fact that the sine and cosine components in the modulator / demodulator are not completely orthogonal. The gain imbalance is caused by various amplifications between in-phase and quadrature components. There may be additional distortion called delay imbalance due to the difference in delays between the I and Q paths in the analog circuit.

В системах мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) нарушение баланса I/Q вызывает помехи между несущими (ICI) от зеркальных тонов. Этот эффект изучен в литературе, и способы для компенсации для рассогласования I/Q в системах с единственным входом и единственным выходом SISO-OFDM предложены в работах: М.D.Benedetto and P. Mandarini, "Analysis of the effect of the I/Q baseband filter mismatch in an OFDM modem," (Анализ эффекта рассогласования фильтра основной полосы частот I/Q в модеме OFDM) Wireless personal communications, pp.175-186, 2000; S. Schuchert and R. Hashoizner, "A novel I/Q imbalance compensation scheme for the reception of OFDM signals," (Новая схема компенсации дисбаланса I/Q для приема сигналов OFDM) IEEE Transaction on Consumer Electronics, Aug. 2001; М. Valkama, М. Renfors, and V. Koivunen, "Advanced methods for I/Q imbalance compensation in communication receivers," (Усовершенствованные способы для компенсации дисбаланса I/Q в связных приемниках) IEEE Trans. Sig. Proc., Oct. 2001; R. Rao and B. Daneshrad, "Analysis of I/Q mismatch and a cancellation scheme for OFDM systems," (Анализ рассогласования I/Q и схема подавления для систем OFDM) 1ST Mobile Communication Summit, June 2004; A. Tarighat, R. Bagheri, and A.H.Sayed, "Compensation schemes and performance analysis of IQ imbalances in OFDM receivers," (Компенсационные схемы и качественный анализ дисбаланса I/Q в приемниках OFDM) Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol.53, pp.3257-3268, Aug. 2005.In orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) multiplexing systems, an I / Q imbalance causes inter-carrier interference (ICI) from mirror tones. This effect has been studied in the literature, and methods for compensation for I / Q mismatch in SISO-OFDM single-input and single-output systems are proposed by M. D. Benedetto and P. Mandarini, "Analysis of the effect of the I / Q baseband filter mismatch in an OFDM modem, "(Analysis of the effect of the mismatch of the I / Q baseband filter in the OFDM modem) Wireless personal communications, pp.175-186, 2000; S. Schuchert and R. Hashoizner, “A novel I / Q imbalance compensation scheme for the reception of OFDM signals,” IEEE Transaction on Consumer Electronics, Aug. 2001; M. Valkama, M. Renfors, and V. Koivunen, "Advanced methods for I / Q imbalance compensation in communication receivers," IEEE Trans. Sig. Proc., Oct. 2001; R. Rao and B. Daneshrad, "Analysis of I / Q mismatch and a cancellation scheme for OFDM systems," (I / Q Mismatch Analysis and Suppression Scheme for OFDM Systems) 1ST Mobile Communication Summit, June 2004; A. Tarighat, R. Bagheri, and AHSayed, "Compensation schemes and performance analysis of IQ imbalances in OFDM receivers," Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics , Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol. 53, pp. 3257-3268, Aug. 2005.

Расширение этой работы на системы со множеством входов и множеством выходов MIMO-OFDM было представлено в работах: R. Rao and В. Daneshrad, "I/Q mismatch cancellation for MIMO OFDM systems," (Подавление рассогласования I/Q для систем MIMO OFDM) in Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2004; PIMRC 2004. 15th IEEE International Symposium on, vol.4, 2004, pp.2710-2714. R.M.Rao, W. Zhu, S. Lang, C. Oberii, D. Browne, J. Bhatia, J.F.Frigon, J. Wang, P; Gupta, H. Lee, D.N.Liu, S.G.Wong, M. Fitz, B. Daneshrad, and O. Takeshita, "Multiantenna testbeds for research and education in wireless communications," (Многоантенный стенд для поиска и изучения в беспроводной связи) IEEE Communications Magazine, vol.42, no. 12, pp.72-81, Dec. 2004; S. Lang, M. R. Rao, and B. Daneshrad, "Design and development of a 5.25 GHz software defined wireless OFDM communication platform," (Проектирование и разработка платформы беспроводной связи OFDM с определенным программным обеспечением на 5,25 ГТц) IEEE Communications Magazine, vol.42, no. 6, pp.6-12, June 2004, for spatial multiplexing (SM) and in A. Tarighat and A. H. Sayed, "MIMO OFDM receivers for systems with IQ imbalances," (Приемники MIMO OFDM для систем с дисбалансом I/Q) IEEE Trans. Sig. Proc., vol.53, pp.3583-3596, Sep.2005, для ортогональных пространственно-временных блоковых кодов (OSTBC).Extending this work to multi-input and multi-output MIMO-OFDM systems was presented by R. Rao and B. Daneshrad, "I / Q mismatch cancellation for MIMO OFDM systems," (I / Q Mismatch Suppression for MIMO OFDM Systems) in Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2004; PIMRC 2004.15th IEEE International Symposium on, vol. 4, 2004, pp. 2710-2714. R. M. Rao, W. Zhu, S. Lang, C. Oberii, D. Browne, J. Bhatia, J. F. Frigon, J. Wang, P; Gupta, H. Lee, DNLiu, SGWong, M. Fitz, B. Daneshrad, and O. Takeshita, "Multiantenna testbeds for research and education in wireless communications," IEEE Communications Magazine, vol. 42, no. 12, pp. 72-81, Dec. 2004; S. Lang, MR Rao, and B. Daneshrad, "Design and development of a 5.25 GHz software defined wireless OFDM communication platform," (Design and development of the OFDM wireless communication platform with specific 5.25 GHz software) IEEE Communications Magazine, vol. 42, no. 6, pp. 6-12, June 2004, for spatial multiplexing (SM) and in A. Tarighat and AH Sayed, "MIMO OFDM receivers for systems with IQ imbalances," (MIMO OFDM receivers for I / Q imbalance systems) IEEE Trans. Sig. Proc., Vol. 53, pp. 3583-3596, Sep.2005, for orthogonal space-time block codes (OSTBC).

К сожалению, в настоящее время нет литературы о том, как скорректировать ошибки из-за дисбаланса усиления и фазы в системе связи с распределенными входами и распределенными выходами. Описанные ниже варианты осуществления изобретения предлагают решение этих проблем.Unfortunately, there is currently no literature on how to correct errors due to an imbalance in gain and phase in a communication system with distributed inputs and distributed outputs. Embodiments of the invention described below offer a solution to these problems.

Системы DIDO состоят из одной базовой станции с распределенными антеннами, которые передают параллельные потоки данных (посредством предварительного кодирования) ко множеству пользователей для улучшения нисходящей пропускной способности при использовании тех же самых беспроводных ресурсов (т.е. тех же самых длительности кодового сегмента и частотного диапазона), что и традиционные системы SISO. Подробное описание систем DIDO было представлено в заявке S.G. Perlman и Т. Cotter «Система и способ беспроводной связи с распределенными входами и распределенными выходами» №10/902,978, поданной 30 июля 2004 года (первичная заявка), права на которую принадлежат тому же заявителю, что и по данной заявке, и которая включена сюда посредством ссылки.DIDO systems consist of a single base station with distributed antennas that transmit parallel data streams (through precoding) to multiple users to improve downlink throughput using the same wireless resources (i.e., the same code segment length and frequency range) ), as well as traditional SISO systems. A detailed description of DIDO systems was provided in S.G. Perlman and T. Cotter “System and method for wireless communications with distributed inputs and distributed outputs” No. 10/902,978, filed July 30, 2004 (initial application), the rights to which belong to the same applicant as in this application, and which is included here by reference.

Имеется много путей для реализации предварительный кодер ов DIDO. Одно решение состоит в блоковой диагонализации (BD), описанной в работах: Q.H.Spencer, A.L.Swindlehurst, and M. Haardt, "Zero forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels," (Способы обращения в нуль незначащих коэффициентов для нисходящего пространственного мультиплексирования в многопользовательских каналах MIMO) IEEE Trans. Sig. Proc., vol.52, pp.461-471, Feb. 2004. К.К.Wong, R.D.Murch, and К.В.Letaief, "A joint channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems," (Объединенная канальная диагонализация для многопользовательских антенных систем MIMO) IEEE Trans. Wireless Comm., vol.2, pp.773-786, Jul 2003; L.U.Choi and R.D.Murch, "A transmit preprocessing technique for multiuser MIMO systems using a decomposition approach," (Метод предварительной обработки передач для многопользовательских систем с помощью подхода декомпозиции) IEEE Trans. Wireless Comm., vol.3, pp.20-24, Jan 2004; Z. Shen, J.G.Andrews, R.W.Heath, and В.L.Evans, "Low complexity user selection algorithms for multiuser MIMO systems with block diagonalization," (Алгоритмы пользовательского выбора низкой сложности для многопользовательских систем MIMO с блоковой диагонализацией) accepted for publication in IEEE Trans. Sig. Proc., Sep.2005; Z. Shen, R. Chen, J.G.Andrews, R.W.Heath, and В.L.Evans, "Sum capacity of multiuser MIMO broadcast channels with block diagonalization," (Суммарная пропускная способность многопользовательских вещательных каналов с блоковой диагонализацией) submitted to IEEE Trans. Wireless Comm., Oct. 2005; R. Chen, R.W.Heath, and J.G.Andrews, "Transmit selection diversity for unitary preceded multiuser spatial multiplexing systems with linear receivers," (Разнесение по выбору передачи для единых многопользовательских систем с пространственным мультиплексированием и предварительным кодированием с линейными приемниками) accepted to IEEE Trans. on Signal Processing, 2005. Способы для компенсации I/Q, представленные в этом документе, предполагают предварительный кодер BD, но могут быть расширены на любой тип предварительного кодера DIDO.There are many ways to implement DIDO precoders. One solution is block diagonalization (BD), described in: QHSpencer, ALSwindlehurst, and M. Haardt, "Zero forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels," in multi-user channels MIMO) IEEE Trans. Sig. Proc., Vol. 52, pp. 461-471, Feb. 2004. K.K. Wong, R.D. Murch, and K.V. Letaief, "A joint channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems," IEEE Trans. Wireless Comm., Vol. 2, pp. 773-786, Jul 2003; L.U. Choi and R.D. Murch, "A transmit preprocessing technique for multiuser MIMO systems using a decomposition approach," (IEEE Trans. Wireless Comm., Vol. 3, pp. 20-24, Jan 2004; Z. Shen, JGAndrews, RWHeath, and B.L. Evans, "Low complexity user selection algorithms for multiuser MIMO systems with block diagonalization," accepted for publication in MIMO systems with block diagonalization) accepted for publication in IEEE Trans. Sig. Proc., Sep.2005; Z. Shen, R. Chen, J.G. Andrews, R.W. Heath, and B.L. Evans, "Sum capacity of multiuser MIMO broadcast channels with block diagonalization," submitted to IEEE Trans. Wireless Comm., Oct. 2005; R. Chen, RWHeath, and JGAndrews, "Transmit selection diversity for unitary preceded multiuser spatial multiplexing systems with linear receivers," accepted to IEEE Trans . on Signal Processing, 2005. The I / Q compensation methods presented in this document assume a BD precoder, but can be extended to any type of DIDO precoder.

В системах DIDO-OFDM рассогласование I/Q вызывает два эффекта: ICI и помехи между пользователями. Первый получается вследствие помех от зеркальных тонов, как в системах SISO-OFDM. Последний получается вследствие того, что рассогласование I/Q нарушает ортогональность предварительного кодера DIDO, что дает помехи между пользователями. Оба этих типа помех можно подавить в передатчике и приемнике посредством описанных здесь способов. Описаны три способа для компенсации I/Q в системах DIDO-OFDM, и их характеристика сравнивается с системами, имеющими рассогласование I/Q и без него. Результаты представлены на основе как моделирования, так и практических измерений, осуществленных на прототипе DIDO-OFDM.In DIDO-OFDM systems, I / Q mismatch has two effects: ICI and interference between users. The first is due to interference from mirror tones, as in SISO-OFDM systems. The latter is due to the fact that the I / Q mismatch violates the orthogonality of the pre-encoder DIDO, which causes interference between users. Both of these types of interference can be suppressed at the transmitter and receiver using the methods described here. Three methods are described for I / Q compensation in DIDO-OFDM systems, and their characteristics are compared with systems with and without I / Q mismatch. The results are presented on the basis of both modeling and practical measurements carried out on the prototype DIDO-OFDM.

Варианты осуществления по настоящему изобретению представляют собой расширения первичной заявки. В частности, эти варианты осуществления относятся со следующими признаками первичной заявки:Embodiments of the present invention are extensions of an initial application. In particular, these embodiments relate to the following features of the initial application:

Система, как она описана в первичной заявке, где на тракты I/Q влияет дисбаланс усиления и фазы;The system, as described in the initial application, where the I / Q paths are affected by an imbalance in gain and phase;

Обучающие сигналы, применяемые для оценки каналов, используются для расчета предварительного кодера DIDO с компенсацией I/Q в передатчике; иThe training signals used for channel estimation are used to calculate the DIDO precoder with I / Q compensation in the transmitter; and

Характеристические данные сигналов отвечают за искажения вследствие дисбаланса I/Q и используются в передатчике для расчета предварительного кодера DIDO согласно способу, предложенному в данном документе.The characteristic data of the signals is responsible for distortion due to I / Q imbalance and is used in the transmitter to calculate the DIDO precoder according to the method proposed in this document.

b. Варианты осуществления изобретенияb. Embodiments of the invention

Сначала будут описаны математическая модель и структура изобретения.First, a mathematical model and structure of the invention will be described.

Перед представлением решения полезно пояснить основную математическую идею. Мы поясняем его в предположении, что дисбаланс усиления и фазы I/Q (фазовая задержка не включена в описание, но учитывается автоматически в варианте DIDO-OFDM алгоритма). Для пояснения основной идеи предположим, что мы хотим перемножить два комплексных числа s=sI+jsQ и h=hI+jhQ, и пусть х=h * s. Мы используем подстрочные индексы для обозначения синфазного и квадратурного компонентов. Напомним, чтоBefore presenting a solution, it is useful to explain the basic mathematical idea. We explain it under the assumption that the imbalance in gain and phase I / Q (phase delay is not included in the description, but is automatically taken into account in the version of the DIDO-OFDM algorithm). To clarify the main idea, suppose we want to multiply two complex numbers s = s I + js Q and h = h I + jh Q , and let x = h * s. We use subscripts to indicate in-phase and quadrature components. Recall that

х=sIhI-sQhQ x = s I h I -s Q h Q

и xQ=SIhQ+SQhI.and x Q = S I h Q + S Q h I.

В матричном виде это можно переписать какIn matrix form, this can be rewritten as

[ x I x Q ] = [ h I h Q h Q h I ] [ s I s Q ]

Figure 00000008
. [ x I x Q ] = [ h I - h Q h Q h I ] [ s I s Q ]
Figure 00000008
.

Отметим унитарное преобразование посредством матрицы (H) канала. Теперь предположим, что s есть переданный символ, а h есть канал. Наличие дисбаланса усиления и фазы I/Q можно смоделировать созданием неунитарного преобразования следующим образом:Note the unitary transformation by the channel matrix (H). Now suppose that s is the transmitted character, and h is the channel. The presence of an imbalance in gain and phase I / Q can be modeled by creating a non-unitary transformation as follows:

[ x I x Q ] = [ h 11 h 12 h 21 h 22 ] [ s I s Q ] . ( A )

Figure 00000009
[ x I x Q ] = [ h eleven h 12 h 21 h 22 ] [ s I s Q ] . ( A )
Figure 00000009

Прием состоит в том, чтобы распознать, что можно переписатьThe trick is to recognize what can be rewritten

[ h 11 h 21 ] = 1 2 [ h 11 + h 22 h 12 h 21 ( h 12 h 21 ) h 11 + h 22 ] + 1 2 [ h 11 h 22 h 12 + h 21 h 12 + h 21 h 22 h 11 ]

Figure 00000010
[ h eleven h 21 ] = one 2 [ h eleven + h 22 h 12 - h 21 - ( h 12 - h 21 ) h eleven + h 22 ] + one 2 [ h eleven - h 22 h 12 + h 21 h 12 + h 21 h 22 - h eleven ]
Figure 00000010

= 1 2 [ h 11 + h 22 h 12 h 21 ( h 12 h 21 ) h 11 + h 22 ] + 1 2 [ h 11 h 22 ( h 12 + h 21 ) h 12 + h 21 h 11 h 22 ] [ 1 0 0 1 ]

Figure 00000011
. = one 2 [ h eleven + h 22 h 12 - h 21 - ( h 12 - h 21 ) h eleven + h 22 ] + one 2 [ h eleven - h 22 ( h 12 + h 21 ) h 12 + h 21 h eleven - h 22 ] [ one 0 0 one ]
Figure 00000011
.

Теперь, перепишем (А):Now, rewrite (A):

[ x I x Q ] = 1 2 [ h 11 + h 22 h 12 h 21 ( h 12 h 21 ) h 11 + h 22 ] [ s I s Q ] + 1 2 [ h 11 h 22 ( h 12 + h 21 ) h 12 + h 21 h 11 h 22 ] [ 1 0 0 1 ] [ s I s Q ] = 1 2 [ h 11 + h 22 h 12 h 21 ( h 12 h 21 ) h 11 + h 22 ] [ s I s Q ] + 1 2 [ h 11 h 22 ( h 12 + h 21 ) h 12 + h 21 h 11 h 22 ] [ s I s Q ] . ( 5 )

Figure 00000012
[ x I x Q ] = one 2 [ h eleven + h 22 h 12 - h 21 - ( h 12 - h 21 ) h eleven + h 22 ] [ s I s Q ] + one 2 [ h eleven - h 22 ( h 12 + h 21 ) h 12 + h 21 h eleven - h 22 ] [ one 0 0 one ] [ s I s Q ] = one 2 [ h eleven + h 22 h 12 - h 21 - ( h 12 - h 21 ) h eleven + h 22 ] [ s I s Q ] + one 2 [ h eleven - h 22 - ( h 12 + h 21 ) h 12 + h 21 h eleven - h 22 ] [ s I - s Q ] . ( 5 )
Figure 00000012

Определим:Define:

H e = 1 2 [ h 11 + h 22 h 12 h 21 ( h 12 h 21 ) h 11 + h 22 ]

Figure 00000013
H e = one 2 [ h eleven + h 22 h 12 - h 21 - ( h 12 - h 21 ) h eleven + h 22 ]
Figure 00000013

и H c = 1 2 [ h 11 h 22 ( h 12 h 21 ) h 12 + h 21 h 11 h 22 ]

Figure 00000014
.and H c = one 2 [ h eleven - h 22 - ( h 12 - h 21 ) h 12 + h 21 h eleven - h 22 ]
Figure 00000014
.

Обе эти матрицы имеют унитарную структуру и тем самым могут быть эквивалентно представлены комплексными скалярами какBoth of these matrices have a unitary structure and, therefore, can be equivalently represented by complex scalars as

he=h11+h22+j(h21-h12)h e = h 11 + h 22 + j (h 21 -h 12 )

и hc=h11-h22+j(h21+h12).and h c = h 11 -h 22 + j (h 21 + h 12 ).

Используя все эти результаты, можно представить расчетное уравнение обратно в скалярной форме с двумя каналами: согласованным каналом he и сопряженным каналом he. Тогда расчетное преобразование в уравнении (5) станет таким:Using all these results, we can present the calculation equation back in a scalar form with two channels: a matched channel h e and a conjugate channel h e . Then the calculated transformation in equation (5) will become like this:

х=hes+hcs*.x = h e s + h c s *.

Мы называем первый канал согласованным каналом, а второй канал - сопряженным каналом. Согласованный канал представляет собой такой, какой наблюдался бы, если бы не было никакого дисбаланса усиления и фазы I/Q.We call the first channel the coordinated channel, and the second channel the conjugate channel. The matched channel is one that would be observed if there were no gain imbalance and I / Q phase.

Используя аналогичные аргументы, можно показать, что соотношение вход-выход дискретно-временной системы MIMO N×М с дисбалансом усиления и фазы I/Q равно (с использованием скалярных эквивалентов для построения их матричных копий):Using similar arguments, it can be shown that the input-output ratio of the discrete-time MIMO N × M system with an imbalance in gain and phase I / Q is equal (using scalar equivalents to build their matrix copies):

x [ t ] = l = 0 L h e [ l ] s [ t l ] + h c [ l ] s * [ t l ]

Figure 00000015
x [ t ] = l = 0 L h e [ l ] s [ t - l ] + h c [ l ] s * [ t - l ]
Figure 00000015

где t есть дискретный временной показатель, he, hc∈CM×N, s=[s1, … sN], х=[х1, … xМ], a L есть число канальных отводов.where t is a discrete time indicator, h e , h c ∈C M × N , s = [s 1 , ... s N ], x = [x 1 , ... x M ], and L is the number of channel taps.

В системах DIDO-OFDM принятый сигнал представлен в частотной области. Напомним из сигналов и систем, что если FFTK {s[t]}=S[k], то FFТК {s*[t]}=S*[(-k)]=S*[K-k] для k=0, 1, … K-1.In DIDO-OFDM systems, the received signal is represented in the frequency domain. Recall from signals and systems that if FFT K {s [t]} = S [k], then FFT K {s * [t]} = S * [(- k)] = S * [Kk] for k = 0, 1, ... K-1.

При OFDM эквивалентное соотношение входа-выхода для системы MIMO-OFDM для поднесущей Н равно:With OFDM, the equivalent I / O ratio for the MIMO-OFDM system for subcarrier H is:

x ¯ [ k ] = H e [ k ] s ¯ [ k ] s ¯ * [ K k ] ( 1 )

Figure 00000016
x ¯ [ k ] = H e [ k ] s ¯ [ k ] s ¯ * [ K - k ] ( one )
Figure 00000016

где k=0, 1, … K-1 есть индекс поднесущей OFDM, Не и Нc обозначают матрицы согласованного и сопряженного каналов, соответственно, определенные какwhere k = 0, 1, ... K-1 is the OFDM subcarrier index, H e and H c denote matrices of matched and conjugate channels, respectively, defined as

H e [ k ] = l = 0 L h e [ l ] e j 2 П k K l

Figure 00000017
H e [ k ] = l = 0 L h e [ l ] e - j 2 P k K l
Figure 00000017

и H c [ k ] = l = 0 L h c [ l ] e j 2 П k K l

Figure 00000018
and H c [ k ] = l = 0 L h c [ l ] e - j 2 P k K l
Figure 00000018

Вторым вкладом в уравнение (1) является помеха от зеркального тона. С ней можно обращаться путем составления нижеследующей стековой матричной системы (отметим тщательно сопряжения):The second contribution to equation (1) is the interference from the mirror tone. It can be handled by compiling the following stack matrix system (carefully note the pairings):

[ x ¯ [ k ] x ¯ * [ K k ] ] = [ H e [ k ] H c [ k ] H c * [ K k ] H c * [ K k ] ] [ s ¯ [ k ] s ¯ * [ K k ] ]

Figure 00000019
[ x ¯ [ k ] x ¯ * [ K - k ] ] = [ H e [ k ] H c [ k ] H c * [ K - k ] H c * [ K - k ] ] [ s ¯ [ k ] s ¯ * [ K - k ] ]
Figure 00000019

где s ¯ = [ s ¯ 1 , s ¯ 2 ] T

Figure 00000020
и x ¯ = [ x ¯ 1 , x ¯ 2 ] T
Figure 00000021
являются векторами символов, соответственно, передачи и приема в частотной области.Where s ¯ = [ s ¯ one , s ¯ 2 ] T
Figure 00000020
and x ¯ = [ x ¯ one , x ¯ 2 ] T
Figure 00000021
are symbol vectors, respectively, of transmission and reception in the frequency domain.

С помощью этого подхода строится расчетная матрица для использования в работе DIDO. Например, при DIDO 2×2 соотношение входа-выхода (в предположении, что каждый пользователь имеет единственную приемную антенну), которое видит пользователь первого устройства (в отсутствие шумов):Using this approach, a computational matrix is constructed for use in the work of DIDO. For example, with DIDO 2 × 2, the input-output ratio (assuming that each user has a single receiving antenna) that the user of the first device sees (in the absence of noise):

[ x 1 ¯ [ k ] x ¯ 1 * [ K k ] ] = [ H e ( 1 ) [ k ] H c ( 1 ) [ k ] H c ( 1 ) * [ K k ] H c ( 1 ) * [ K k ] ] W [ s ¯ 1 [ k ] s ¯ 1 * [ K k ] s ¯ 2 [ k ] s ¯ 2 * [ K k ] ] ( 2 )

Figure 00000022
[ x one ¯ [ k ] x ¯ one * [ K - k ] ] = [ H e ( one ) [ k ] H c ( one ) [ k ] H c ( one ) * [ K - k ] H c ( one ) * [ K - k ] ] W [ s ¯ one [ k ] s ¯ one * [ K - k ] s ¯ 2 [ k ] s ¯ 2 * [ K - k ] ] ( 2 )
Figure 00000022

тогда как второй пользователь наблюдаетwhile the second user is observing

[ x 2 ¯ [ k ] x ¯ 2 * [ K k ] ] = [ H e ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) * [ K k ] H c ( 2 ) * [ K k ] ] W [ s ¯ 1 [ k ] s ¯ 1 * [ K k ] s ¯ 2 [ k ] s ¯ 2 * [ K k ] ] ( 3 )

Figure 00000023
[ x 2 ¯ [ k ] x ¯ 2 * [ K - k ] ] = [ H e ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) * [ K - k ] H c ( 2 ) * [ K - k ] ] W [ s ¯ one [ k ] s ¯ one * [ K - k ] s ¯ 2 [ k ] s ¯ 2 * [ K - k ] ] ( 3 )
Figure 00000023

где H e ( m )

Figure 00000024
, H c ( m ) C 1 × 2
Figure 00000025
означает m-ю строку матриц He и Нc, соответственно, а W∈С4×4 является матрицей предварительного кодирования DIDO. Из (2) и (3) видно, что на принятый символ x ¯ m [ k ]
Figure 00000026
пользователя m воздействуют два источника, вызванных дисбалансом I/Q: помеха между несущими от зеркального тона (т.е. s ¯ m * [ K k ]
Figure 00000027
) и помеха между пользователями (т.е. s ¯ p [ k ]
Figure 00000028
и s ¯ p * [ K k ]
Figure 00000029
при р≠m). Матрица W предварительного кодирования в (3) предназначена для подавления этих двух помеховых членов.Where H e ( m )
Figure 00000024
, H c ( m ) C one × 2
Figure 00000025
means the mth row of the matrices H e and H c , respectively, and W∈C 4 × 4 is the DIDO precoding matrix. From (2) and (3) it can be seen that the received symbol x ¯ m [ k ]
Figure 00000026
of user m are affected by two sources caused by an I / Q imbalance: interference between carriers from a mirror tone (i.e. s ¯ m * [ K - k ]
Figure 00000027
) and interference between users (i.e. s ¯ p [ k ]
Figure 00000028
and s ¯ p * [ K - k ]
Figure 00000029
for p ≠ m). The precoding matrix W in (3) is intended to suppress these two interference terms.

Имеется несколько различных вариантов осуществления предварительного кодера DIDO, которые можно использовать здесь в зависимости от совместного обнаружения, примененного в приемнике. В одном варианте осуществления применяется блоковая диагонализация (BD) (см, к примеру, работы Q.H.Spencer, A.L.Swindlehurst, and M. Haardt, "Zeroforcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels," (Способы обращения в нуль незначащих коэффициентов для нисходящего пространственного мультиплексирования в многопользовательских каналах MIMO) IEEE Trans. Sig. Proc., vol.52, pp.461-471, Feb. 2004. К.К.Wong, R.D.Murch, and К.В.Letaief, "A joint channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems," (Совместная канальная диагонализация для многопользовательских антенных систем MIMO) IEEE Trans. Wireless Comm., vol.2, pp.773-786, Jul 2003. L.U.Choi and R.D.Murch, "A transmit preprocessing technique for multiuser MIMO systems using a decomposition approach," (Метод предварительной обработки передач для многопользовательских систем MIMO с использованием подхода декомпозиции) IEEE Trans. Wireless Comm., vol.3, pp.20-24, Jan 2004. Z. Shen, J.G.Andrews, R.W.Heath, and В.L.Evans, "Low complexity user selection algorithms for multiuser MIMO systems with block diagonalization," (Алгоритмы пользовательского выбора низкой сложности для многопользовательских систем MIMO с блоковой диагонализацией) accepted for publication in IEEE Trans. Sig. Proc., Sep.2005. Z. Shen, R. Chen, J.G.Andrews, R.W.Heath, and В.L.Evans, "Sum capacity of multiuser MIMO broadcast channels with block diagonalization," (Суммарная пропускная способность многопользовательских вещательных каналов MIMO с блоковой диагонализацией) submitted to IEEE Trans. Wireless Comm., Oct. 2005), вычисляемая из составного канала [ H e ( m ) , H c ( m ) ]

Figure 00000030
(а не из H e ( m )
Figure 00000031
). Таким образом, текущая система DIDO выбирает предварительный кодер так, что:There are several different embodiments of the DIDO precoder that can be used here depending on the co-discovery used at the receiver. In one embodiment, block diagonalization (BD) is used (see, for example, the works of QHSpencer, ALSwindlehurst, and M. Haardt, "Zeroforcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels," in MIMO multiuser channels) IEEE Trans. Sig. Proc., vol. 52, pp. 461-471, Feb. 2004. K.K. Wong, RDMurch, and K.V. Letaief, "A joint channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems, "IEEE Trans. Wireless Comm., vol.2, pp.773-786, Jul 2003. LUChoi and RDMurch," A transmit preprocessing technique for multiuser MIMO systems using a decomposition approach, "(Transmission preprocessing method for multi-user MIMO systems using the decomposition approach) IEEE Trans. Wireless Comm., vol.3, pp.20-24, Jan 2004. Z. Shen, JGAndrews, RWHeath , and B. L. Evans, "Low complexity user selection algorithms for multiuser MIMO systems with block diagonalization," (accepted for publication in IEEE Trans. Sig. Proc., Sep. 2005. Z. Shen, R. Chen, JGAndrews, RWHeath, and B.L. Evans, "Sum capacity of multiuser MIMO broadcast channels with block diagonalization," submitted to IEEE Trans. Wireless Comm., Oct. 2005) computed from a composite channel [ H e ( m ) , H c ( m ) ]
Figure 00000030
(not from H e ( m )
Figure 00000031
) Thus, the current DIDO system selects the precoder so that:

H w = Δ [ H e ( 1 ) [ k ] H c ( 1 ) [ k ] H c ( 1 ) * [ K k ] H e ( 1 ) * [ K k ] H e ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) * [ K k ] H e ( 2 ) * [ K k ] ] W = [ α 1,1 0 0 0 0 α 1,2 0 0 0 0 α 2,1 0 0 0 0 α 2,2 ] = Δ [ H w ( 1 , 1 ) H w ( 1 , 2 ) H w ( 2 , 1 ) H w ( 2 , 2 ) ] ( 4 )

Figure 00000032
H w = Δ [ H e ( one ) [ k ] H c ( one ) [ k ] H c ( one ) * [ K - k ] H e ( one ) * [ K - k ] H e ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) * [ K - k ] H e ( 2 ) * [ K - k ] ] W = [ α 1,1 0 0 0 0 α 1,2 0 0 0 0 α 2.1 0 0 0 0 α 2.2 ] = Δ [ H w ( one , one ) H w ( one , 2 ) H w ( 2 , one ) H w ( 2 , 2 ) ] ( four )
Figure 00000032

где αij являются постоянными, a H c ( i , j ) C 2 × 2

Figure 00000033
. Этот способ является преимущественным, потому что с помощью данного предварительного кодера возможно сохранять прочие аспекты предварительного кодера DIDO такими же, как раньше, поскольку эффекты дисбаланса усиления и фазы I/Q полностью подавляются в передатчике.where α ij are constant, a H c ( i , j ) C 2 × 2
Figure 00000033
. This method is advantageous because with this precoder it is possible to keep other aspects of the DIDO precoder the same as before, since the effects of gain imbalance and I / Q phases are completely suppressed in the transmitter.

Возможно также спроектировать предварительные кодеры DIDO, которые предварительно подавляют помехи между пользователями без предварительного подавления ICI из-за дисбаланса IQ. При таком подходе приемник (вместо передатчика) компенсирует дисбаланс IQ путем применения одного из описанных выше приемных фильтров. Тогда критерий проектирования предварительного кодирования в (4) можно видоизменить как:It is also possible to design DIDO precoders that pre-suppress interference between users without pre-suppressing ICI due to IQ imbalance. With this approach, the receiver (instead of the transmitter) compensates for the IQ imbalance by applying one of the receive filters described above. Then, the precoding design criterion in (4) can be modified as:

H w = Δ [ H e ( 1 ) [ k ] H c ( 1 ) [ k ] H c ( 1 ) * [ K k ] H e ( 1 ) * [ K k ] H e ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) * [ K k ] H e ( 2 ) * [ K k ] ] W = [ α 1,1 α 1,2 0 0 α 2,1 α 2,2 0 0 0 0 α 3,3 α 3,4 0 0 α 4,3 α 4,4 ] = Δ [ H w ( 1 , 1 ) H w ( 1 , 2 ) H w ( 2 , 1 ) H w ( 2 , 2 ) ] ( 5 )

Figure 00000034
H w = Δ [ H e ( one ) [ k ] H c ( one ) [ k ] H c ( one ) * [ K - k ] H e ( one ) * [ K - k ] H e ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) [ k ] H c ( 2 ) * [ K - k ] H e ( 2 ) * [ K - k ] ] W = [ α 1,1 α 1,2 0 0 α 2.1 α 2.2 0 0 0 0 α 3.3 α 3.4 0 0 α 4.3 α 4.4 ] = Δ [ H w ( one , one ) H w ( one , 2 ) H w ( 2 , one ) H w ( 2 , 2 ) ] ( 5 )
Figure 00000034

x 1 ¯ [ k ] = [ H w ( 1 , 1 ) H w ( 1 , 2 ) ] [ s ¯ 1 [ k ] s ¯ 2 [ k ] ] ( 6 )

Figure 00000035
x one ¯ [ k ] = [ H w ( one , one ) H w ( one , 2 ) ] [ s ¯ one [ k ] s ¯ 2 [ k ] ] ( 6 )
Figure 00000035

и x 2 ¯ [ k ] = [ H w ( 2 , 1 ) H w ( 2 , 2 ) ] [ s ¯ 1 [ k ] s ¯ 2 [ k ] ] ( 7 )

Figure 00000036
and x 2 ¯ [ k ] = [ H w ( 2 , one ) H w ( 2 , 2 ) ] [ s ¯ one [ k ] s ¯ 2 [ k ] ] ( 7 )
Figure 00000036

где s ¯ m [ k ] = [ s ¯ m [ k ] , s ¯ m * [ K k ] ] T

Figure 00000037
, для m-го символа передачи, a x ¯ m [ k ] = [ x ¯ m [ k ] , x ¯ m * [ K k ] ] T
Figure 00000038
есть вектор символа приема для пользователя m.Where s ¯ m [ k ] = [ s ¯ m [ k ] , s ¯ m * [ K - k ] ] T
Figure 00000037
, for the mth transmission character, a x ¯ m [ k ] = [ x ¯ m [ k ] , x ¯ m * [ K - k ] ] T
Figure 00000038
there is a reception symbol vector for user m.

На приемной стороне для оценивания вектора s ¯ m [ k ]

Figure 00000039
символа передачи пользователь m применяет фильтр ZF, и оцененного вектор символа задается выражением:On the receiving side for vector estimation s ¯ m [ k ]
Figure 00000039
the transmission character, user m applies the ZF filter, and the estimated character vector is given by:

S m ( Z F ) [ k ] = [ ( H w ( m , m ) H w ( m , m ) ) 1 H w ( m , m ) ] x ¯ m [ k ] ( 8 )

Figure 00000040
S m ( Z F ) [ k ] = [ ( H w ( m , m ) H w ( m , m ) ) - one H w ( m , m ) ] x ¯ m [ k ] ( 8 )
Figure 00000040

Хотя фильтр ZF является самым легким для понимания, приемник может применять любое число иных фильтров, известных специалистам. Один популярный выбор - это фильтр MMSE, где:Although the ZF filter is the easiest to understand, the receiver can use any number of other filters known to those skilled in the art. One popular choice is the MMSE filter, where:

s m ( M M S E ) [ k ] = ( H w ( m , m ) + p 1 I ) 1 H w ( m , m ) H w ( m , m ) x ¯ m [ k ] ( 9 )

Figure 00000041
s m ( M M S E ) [ k ] = ( H w ( m , m ) + p - one I ) - one H w ( m , m ) H w ( m , m ) x ¯ m [ k ] ( 9 )
Figure 00000041

и ρ есть отношение сигнал-шум. Альтернативно, приемник может выполнять обнаружение символа с максимальным правдоподобием (или сферический декодер, либо итеративная вариация). Например, первый пользователь может использовать приемник ML и решать нижеследующую оптимизацию:and ρ is the signal-to-noise ratio. Alternatively, the receiver may perform maximum likelihood symbol detection (either a spherical decoder or iterative variation). For example, the first user can use the ML receiver and decide the following optimization:

s m ( M L ) [ k ] = arg min s 1 , s 2 S y ¯ 1 [ k ] [ H w ( 1 , 1 ) H w ( 1 , 2 ) ] [ s 1 [ k ] s 2 [ k ] ] ( 10 )

Figure 00000042
s m ( M L ) [ k ] = arg min s one , s 2 S y ¯ one [ k ] - [ H w ( one , one ) H w ( one , 2 ) ] [ s one [ k ] s 2 [ k ] ] ( 10 )
Figure 00000042

где S есть набор всех возможных векторов s и зависит от размера созвездия. Приемник ML дает более высокое качество за счет требования большей сложности в приемнике. Аналогичная система уравнений применяется для второго пользователя.where S is the set of all possible vectors s and depends on the size of the constellation. The ML receiver provides higher quality due to the requirement of greater complexity in the receiver. A similar system of equations is applied to the second user.

Отметим, что матрицы H w ( 1 , 2 )

Figure 00000043
и H w ( 2 , 1 )
Figure 00000044
в (6) и (7) предполагаются имеющими нулевые элементы. Это предположение справедливо, только если предварительный кодер передачи способен полностью подавлять помехи между пользователями в отношении критерия в (4). Аналогично, матрицы H w ( 1 , 1 )
Figure 00000045
и H w ( 2 , 2 )
Figure 00000046
являются диагональными матрицами, только если предварительный кодер передачи способен полностью подавлять помехи между несущими (т.е. от зеркальных тонов).Note that the matrices H w ( one , 2 )
Figure 00000043
and H w ( 2 , one )
Figure 00000044
in (6) and (7) are assumed to have zero elements. This assumption is valid only if the preliminary transmission encoder is able to completely suppress interference between users with respect to the criterion in (4). Similarly, matrices H w ( one , one )
Figure 00000045
and H w ( 2 , 2 )
Figure 00000046
are diagonal matrices only if the transmission precoder is able to completely suppress interference between carriers (i.e., from mirror tones).

Фиг.13 иллюстрирует один вариант осуществления структуры для систем DIDO-OFDM с компенсацией I/Q, включающей в себя предварительный кодер 1302 IQ-OFDM в базовой станции (БС) (BS), канал 1304 передачи, логическую схему 1306 оценки канала в пользовательском устройстве и приемник 1308 ZF, MMSE или ML. Логическая схема 1306 оценки канала оценивает каналы H e ( m )

Figure 00000047
и H c ( m )
Figure 00000048
посредством обучающих символов и отправляет по обратной связи эти оценки в предварительный кодер 1302 в АР.БС вычисляет веса предварительного кодера DIDO (матрицу W) для предварительного подавления помех из-за дисбаланса усиления и фазы I/Q, а также помех между пользователями и передает эти данные пользователям по беспроводному каналу 1304. Пользовательское устройство т применяет приемник 1308 ZF, MMSE или ML путем использования оценок канала, предоставляемых узлом 1304, для подавления остаточных помех и демодулирует данные.13 illustrates one embodiment of a structure for I / Q compensation DIDO-OFDM systems including an IQ-OFDM precoder 1302 at a base station (BS), a transmission channel 1304, a channel estimation logic 1306 in a user device and a receiver 1308 ZF, MMSE or ML. Channel estimation logic 1306 estimates the channels H e ( m )
Figure 00000047
and H c ( m )
Figure 00000048
through training symbols, and feeds back these estimates to the pre-encoder 1302 in the AR. The BS calculates the weights of the pre-DIDO encoder (matrix W) to pre-suppress interference due to the imbalance of gain and the I / Q phase, as well as interference between users, and transmits these data to users over a wireless channel 1304. A user device t utilizes a ZF, MMSE or ML receiver 1308 by using the channel estimates provided by the node 1304 to suppress residual interference and demodulate the data.

Три нижеследующих варианта осуществления можно применять для реализации алгоритма компенсации I/Q.The three following embodiments can be used to implement the I / Q compensation algorithm.

Способ 1 - компенсация в передатчике. В данном варианте осуществления передатчик вычисляет матрицу предварительного кодирования согласно критерию в (4). В приемнике пользовательские устройства применяют «упрощенный» приемник ZF, где H w ( 1 , 1 )

Figure 00000049
и H w ( 2 , 2 )
Figure 00000050
предполагаются диагональными матрицами. Следовательно, уравнение (8) упрощается как:Method 1 - compensation in the transmitter. In this embodiment, the transmitter calculates a precoding matrix according to the criterion in (4). In the receiver, user devices use the “simplified” ZF receiver, where H w ( one , one )
Figure 00000049
and H w ( 2 , 2 )
Figure 00000050
are assumed to be diagonal matrices. Therefore, equation (8) is simplified as:

s m [ k ] = [ 1 / α m , 1 0 0 1 / α m , 2 ] x ¯ m [ k ] ( 11 )

Figure 00000051
s m [ k ] = [ one / α m , one 0 0 one / α m , 2 ] x ¯ m [ k ] ( eleven )
Figure 00000051

Способ 2 - компенсация в приемнике. В данном варианте осуществления передатчик вычисляет матрицу предварительного кодирования на основе традиционного способа BD, описанного в работе: R. Chen, R.W.Heath, and J.G.Andrews, "Transmit selection diversity for unitary preceded multiuser spatial multiplexing systems with linear receivers," (Разнесение по выбору передачи для единых многопользовательских систем с пространственным мультиплексированием и предварительным кодированием с линейными приемниками) accepted to IEEE Trans. on Signal Processing, 2005, без подавления помех между несущими и между пользователями в отношении критерия в (4). При этом способе матрица предварительного кодирования в (2) и (3) упрощается как:Method 2 - compensation in the receiver. In this embodiment, the transmitter computes the precoding matrix based on the traditional BD method described in: R. Chen, RWHeath, and JGAndrews, "Transmit selection diversity for unitary preceded multiuser spatial multiplexing systems with linear receivers," transmissions for single multi-user systems with spatial multiplexing and precoding with linear receivers) accepted to IEEE Trans. on Signal Processing, 2005, without suppressing interference between carriers and between users with respect to the criterion in (4). With this method, the precoding matrix in (2) and (3) is simplified as:

W = [ w 1,1 [ k ] 0 w 1,2 [ k ] 0 0 w 1 , 1 [ K - k ] 0 w 1 , 2 * w 2,1 [ k ] 0 w 2,2 [ k ] 0 0 w 2,1 * [ K k ] 0 w 2 , 2 * [ K k ] ] . ( 12 )

Figure 00000052
W = [ w 1,1 [ k ] 0 w 1,2 [ k ] 0 0 w one , one [ K - k ] 0 w one , 2 * w 2.1 [ k ] 0 w 2.2 [ k ] 0 0 w 2.1 * [ K - k ] 0 w 2 , 2 * [ K - k ] ] . ( 12 )
Figure 00000052

В приемнике пользовательские устройства применяют фильтр ZF, как в (8).In the receiver, user devices use the ZF filter, as in (8).

Отметим, что этот способ не подавляет предварительно помехи в передатчике, как в вышеприведенном способе 1. Следовательно, он подавляет помехи между несущими в приемнике, но не способен подавлять помехи между пользователями. Кроме того, в способе 2 пользователи нуждаются в передаче по обратной связи только вектора H e ( m )

Figure 00000053
для того, чтобы передатчик рассчитал предварительный кодер DIDO, в противоположность способу 1, который требует передавать по обратной связи оба H e ( m )
Figure 00000054
и H c ( m )
Figure 00000055
. Поэтому способ 2 пригоден, в частности для систем DIDO с низкоскоростными каналами обратной связи. С другой стороны, способ 2 требует несколько более высокой вычислительной сложности в пользовательском устройстве для вычисления приемника ZF в (8), а не (11).Note that this method does not previously suppress interference in the transmitter, as in the above method 1. Therefore, it suppresses interference between carriers in the receiver, but is not able to suppress interference between users. In addition, in method 2, users need to send feedback only vector H e ( m )
Figure 00000053
in order for the transmitter to calculate the pre-encoder DIDO, as opposed to method 1, which requires both feedback H e ( m )
Figure 00000054
and H c ( m )
Figure 00000055
. Therefore, method 2 is particularly suitable for DIDO systems with low speed feedback channels. On the other hand, method 2 requires slightly higher computational complexity in the user device for computing the ZF receiver in (8) rather than (11).

Способ 3 - компенсация в передатчике и приемнике. В одном варианте осуществления два описанных выше способа объединяются. Передатчик вычисляет матрицу предварительного кодирования, как в (4), а приемник оценивает символы передачи согласно (8).Method 3 - compensation at the transmitter and receiver. In one embodiment, the two methods described above are combined. The transmitter calculates the precoding matrix as in (4), and the receiver estimates the transmit symbols according to (8).

Дисбаланс I/Q - будь то фазовый дисбаланс, дисбаланс усиления или дисбаланс задержки - создает вредное ухудшение качества сигнала в беспроводных системах связи. По этой причине схемная аппаратура в прошлом проектировалась так, чтобы иметь очень низкий дисбаланс. Однако, как описано выше, можно скорректировать эту проблему с помощью цифровой обработки сигналов в виде предварительного кодирования передачи и (или) специального приемника. Один вариант осуществления изобретения содержит систему с несколькими новыми функциональными узлами, каждый из которых важен для реализации коррекции I/Q в системе связи OFDM или в системе связи DIDO-OFDM.An I / Q imbalance — whether phase imbalance, gain imbalance, or delay imbalance — creates harmful signal degradation in wireless communication systems. For this reason, circuitry in the past has been designed to have a very low imbalance. However, as described above, this problem can be corrected using digital signal processing in the form of transmission pre-coding and (or) a special receiver. One embodiment of the invention comprises a system with several new functional units, each of which is important for implementing I / Q correction in an OFDM communication system or in a DIDO-OFDM communication system.

В одном варианте осуществления изобретения используется предварительное кодирование на основе информации о состоянии канала для подавления помех между несущими (ICI) от зеркальных тонов (вследствие рассогласования I/Q) в системе OFDM. Как показано на фиг.11, передатчик DIDO согласно этому варианту осуществления включает в себя узел 1102 пользовательского выбора, множество кодирующих модулирующих узлов 1104, соответствующее множество отображающих узлов 1106, имеющий информацию о рассогласовании IQ DIDO узел 1108 предварительного кодирования, множество ВЧ передающих узлов 1114, узел 1112 пользовательской обратной связи и конфигуратор 1110 DIDO.In one embodiment of the invention, precoding based on channel state information is used to suppress inter-carrier interference (ICI) from mirror tones (due to I / Q mismatch) in an OFDM system. As shown in FIG. 11, the DIDO transmitter according to this embodiment includes a user selector 1102, a plurality of coding modulation nodes 1104, a corresponding plurality of display nodes 1106 having IQ mismatch information, a DIDO precoding unit 1108, a plurality of RF transmitting nodes 1114, user feedback node 1112 and DIDO configurator 1110.

Узел 1102 пользовательского выбора выбирает данные, связанные с множеством пользователей U1-UM, на основе информации обратной связи, полученной узлом 1112 обратной связи, и подает эту информацию каждому из множества кодирующих модулирующих узлов 1104. Каждый кодирующий модулирующий узел 1104 кодирует и модулирует информационные биты каждого пользователя и посылает их в отображающий узел 1106. Отображающий узел 1106 отображает входные биты в комплексные символы и посылает результаты в имеющий информацию о рассогласовании IQ DIDO узел 1108 предварительного кодирования. Имеющий информацию о рассогласовании IQ DIDO узел 1108 предварительного кодирования использует информацию о состоянии канала, полученную узлом 1112 обратной связи от пользователей, для вычисления весов предварительного кодирования с учетом информации о рассогласовании IQ DIDO и предварительно кодирует входные символы, полученные из отображающих узлов 1106. Каждый из потоков предварительно кодированных данных отправляется имеющим информацию о рассогласовании IQ DIDO узлом 1108 предварительного кодирования в узел 1115 OFDM, который вычисляет ОБПФ (обратное быстрое преобразование Фурье) (IFFT) и добавляет циклический префикс. Эту информацию посылают в узел 1116 цифроаналогового преобразования, который осуществляет цифроаналоговое преобразование и посылает результат в ВЧ узел 1114. ВЧ узел 114 преобразует сигнал основной полосы частот с повышением частоты до промежуточной/высокой частоты и посылает его в передающую антенну.The user selection node 1102 selects data associated with a plurality of users U 1 -U M based on the feedback information received by the feedback node 1112, and provides this information to each of the plurality of coding modulating nodes 1104. Each coding modulating node 1104 encodes and modulates information bits of each user and sends them to the display node 1106. The display node 1106 maps the input bits to complex characters and sends the results to the IQ DIDO mismatch information node 1108 pre th coding. Having the IQ DIDO mismatch information, the precoding unit 1108 uses the channel state information obtained by the user feedback unit 1112 to calculate the precoding weights based on the IQ DIDO mismatch information and precodes the input symbols obtained from the mapping nodes 1106. Each of precoded data streams are sent having IQ DIDO mismatch information by precoding unit 1108 to OFDM unit 1115, which calculates IFFT (reverse The second fast Fourier transform) (IFFT) and adds a cyclic prefix. This information is sent to the digital-to-analog conversion unit 1116, which performs the digital-to-analog conversion and sends the result to the RF unit 1114. The RF unit 114 converts the baseband signal with increasing frequency to intermediate / high frequency and sends it to the transmitting antenna.

Предварительный кодер работает на основном и зеркальном тонах вместе для целей компенсации дисбаланса I/Q. Может быть использовано любое число проектных критериев предварительного кодера, в том числе конструкции ZF, MMSE или взвешенное MMSE. В предпочтительном варианте осуществления предварительный кодер полностью устраняет ICI из-за рассогласования I/Q, благодаря чему приемнику не нужно выполнять какой бы то ни было дополнительной компенсации.The precoder works on the primary and mirror tones together to compensate for I / Q imbalance. Any number of design criteria for the precoder can be used, including ZF, MMSE, or weighted MMSE designs. In a preferred embodiment, the precoder completely eliminates ICI due to I / Q mismatch, so that the receiver does not need to perform any additional compensation.

В одном варианте осуществления предварительный кодер использует критерий блоковой диагонализации для полного подавления помех между пользователями при неполном подавлении эффектов ICI для каждого пользователя, что требует дополнительной обработки приемником. В другом варианте осуществления предварительный кодер использует критерий обращения в нуль незначащих коэффициентов для полного подавления помех между пользователями и ICI из-за дисбаланса I/Q. Данный вариант осуществления может использовать традиционный процессор DIDO-OFDM в приемнике.In one embodiment, the precoder uses a block diagonalization criterion to completely suppress interference between users while not fully suppressing ICI effects for each user, which requires additional receiver processing. In another embodiment, the precoder uses the criterion of nulling negligible coefficients to completely suppress interference between users and ICI due to I / Q imbalance. This embodiment may use a conventional DIDO-OFDM processor at the receiver.

В одном варианте осуществления изобретения используется предварительное кодирование на основе информации о состоянии канала для подавления помех между каналами (ICI) от зеркальных тонов (вследствие рассогласования I/Q) в системе DIDO-OFDM, и каждый пользователь применяет имеющий информацию о рассогласовании I/Q приемник DIDO. Как показано на фиг.12, в одном варианте осуществления изобретения система, включающая в себя приемник 1202, содержит множество ВЧ узлов 1208, соответствующее множество узлов 1210 аналого-цифрового преобразования, имеющий информацию о рассогласовании I/Q узел 1204 оценки канала и узел 1206 генерирования обратной связи DIDO.In one embodiment of the invention, precoding based on channel state information is used to suppress inter-channel interference (ICI) from mirror tones (due to I / Q mismatch) in a DIDO-OFDM system, and each user uses an I / Q mismatch information receiver DIDO. As shown in FIG. 12, in one embodiment of the invention, a system including a receiver 1202 comprises a plurality of RF nodes 1208, a corresponding plurality of analog-to-digital conversion nodes 1210 having I / Q mismatch information, a channel estimator 1204, and a generation node 1206 DIDO feedback.

ВЧ узлы 1208 принимают сигналы, переданные от узлов 1114 передачи DIDO, преобразуют эти сигналы с понижением частоты к основной полосе частот и подают преобразованные с понижением частоты сигналы в узлы 1210 аналого-цифрового преобразования. Эти узлы 1210 аналого-цифрового преобразования преобразуют далее сигнал из аналоговой формы в цифровую и посылают их в узлы 1213 OFDM. Узлы 1213 OFDM удаляют циклический префикс и осуществляют БПФ (быстрое преобразование Фурье) (FFT) для перевода сигнала в частотную область. Во время периода обучения узлы 1213 OFDM посылают свой выходной сигнал в имеющий информацию о рассогласовании IQ узел 1214 оценки канала, который вычисляет оценки каналов в частотной области. Альтернативно, оценки каналов можно вычислить во временной области. В течение периода передачи данных узлы 1213 OFDM посылают свой выходной сигнал в имеющий информацию о рассогласовании I/Q приемный узел 1202. Имеющий информацию о рассогласовании IQ приемный узел 1202 рассчитывает приемник IQ и демодулирует/декодирует сигнал для получения данных 1214. Имеющий информацию о рассогласовании IQ узел 1204 оценки канала посылает оценки каналов в узел 1206 генерирования обратной связи DIDO, который может квантовать оценки каналов и посылать их обратно к передатчику по каналу 1112 управления обратной связью.The RF nodes 1208 receive the signals transmitted from the DIDO transmission nodes 1114, convert these signals with decreasing frequency to the main frequency band, and feed the signals converted with decreasing frequency to the analog-to-digital conversion nodes 1210. These analog-to-digital conversion nodes 1210 further convert the signal from analog to digital and send them to OFDM nodes 1213. OFDM nodes 1213 remove the cyclic prefix and perform FFT (Fast Fourier Transform) (FFT) to translate the signal into the frequency domain. During the training period, OFDM nodes 1213 send their output signal to the IQ mismatch information channel estimator 1214, which calculates channel estimates in the frequency domain. Alternatively, channel estimates can be calculated in the time domain. During the data transmission period, the OFDM nodes 1213 send their output signal to the I / Q mismatch information receiving node 1202. The IQ mismatch receiving node 1202 calculates an IQ receiver and demodulates / decodes the signal to obtain data 1214. IQ mismatch information the channel estimator 1204 sends channel estimates to a DIDO feedback generating unit 1206, which can quantize the channel estimates and send them back to the transmitter via the feedback control channel 1112.

Приемник 1202, показанный на фиг.12, может работать в соответствии с любым числом критериев, известных специалистам, в том числе ZF, MMSE, максимального правдоподобия или приемник MAP. В одном предпочтительном варианте осуществления приемник использует фильтр MMSE для подавления ICI, вызванных дисбалансом IQ на зеркальных тонах. В другом предпочтительном варианте осуществления приемник использует нелинейный детектор вроде поиска максимального правдоподобия для совместного обнаружения символов на зеркальных тонах. Данный способ улучшил качество за счет более высокой сложности.The receiver 1202 shown in FIG. 12 may operate in accordance with any number of criteria known to those skilled in the art, including ZF, MMSE, maximum likelihood, or a MAP receiver. In one preferred embodiment, the receiver uses an MMSE filter to suppress ICI caused by IQ imbalance on mirror tones. In another preferred embodiment, the receiver uses a non-linear detector, such as maximum likelihood search, to jointly detect symbols on mirror tones. This method has improved quality due to higher complexity.

В одном варианте осуществления имеющий информацию о рассогласовании IQ узел 1204 оценки канала используется для определения коэффициентов приемника для устранения ICI. Следовательно, мы заявляем систему DIDO-OFDM, которая использует предварительное кодирование на основе информации о состоянии канала для подавления помех между несущими (ICI) от зеркальных тонов (из-за рассогласования IQ), имеющий информацию о рассогласовании IQ приемник DIDO и имеющий информацию о рассогласовании IQ узел оценки канала. Узел оценки канала может использовать обычный обучающий сигнал или может использовать специально построенные обучающие сигналы, посылаемые на синфазном и квадратурном сигналах. Может быть реализовано любое число алгоритмов оценки, в том числе наименьших квадратов, MMSE или максимального правдоподобия. Имеющий информацию о рассогласовании IQ узел оценки канала обеспечивает входной сигнал для имеющего информацию о рассогласовании IQ приемника.In one embodiment, having an IQ mismatch information, a channel estimator 1204 is used to determine receiver coefficients for eliminating ICI. Therefore, we are announcing a DIDO-OFDM system that uses channel state information precoding to suppress inter-carrier interference (ICI) from mirror tones (due to IQ mismatch), having DIDO IQ mismatch information and having mismatch information IQ channel estimation node. The channel estimator may use a conventional training signal or may use specially constructed training signals sent on in-phase and quadrature signals. Any number of scoring algorithms may be implemented, including least squares, MMSE, or maximum likelihood. The channel estimation node having the IQ mismatch information provides an input signal to the IQ mismatch receiver.

Информация о состоянии канала может быть предоставлена станции посредством обратимости канала или через канал обратной связи. Один вариант осуществления изобретения содержит систему DIDO-OFDM с имеющим информацию о рассогласовании IQ предварительным кодером, с имеющим информацию о рассогласовании IQ каналом обратной связи для переноса информации о состоянии канала от пользовательских терминалов к станции. Канал обратной связи может быть физическим или логическим управляющим каналом. Он может быть выделенным или используемым совместно, как в канале случайного доступа. Информацию обратной связи можно генерировать с помощью генератора обратной связи DIDO на пользовательском терминале, который мы также заявляем. Генератор обратной связи DIDO принимает в качестве входного сигнала выход имеющего информацию о рассогласовании IQ узла оценки сигнала. Он может квантовать канальные коэффициенты или может использовать любое число известных алгоритмов ограниченной обратной связи.Information about the state of the channel can be provided to the station through the reversibility of the channel or through the feedback channel. One embodiment of the invention comprises a DIDO-OFDM system with an IQ mismatch information pre-encoder with an IQ mismatch information feedback channel for transmitting channel status information from user terminals to a station. The feedback channel may be a physical or logical control channel. It can be dedicated or shared, as in a random access channel. Feedback information can be generated using the DIDO feedback generator on the user terminal, which we also declare. The DIDO feedback generator takes as an input signal the output of the signal estimation node having IQ mismatch information. It can quantize channel coefficients or can use any number of known limited feedback algorithms.

Выделение пользователей, скорость кодирования и модуляции, отображение в пространственно-время-частотные кодовые сегменты могут изменяться в зависимости от результатов генератора обратной связи DIDO. Таким образом, один вариант осуществления содержит имеющий информацию о рассогласовании IQ конфигуратор DIDO, который использует имеющую информацию о рассогласовании IQ оценку канала от одного или нескольких пользователей для конфигурирования имеющего информацию о рассогласовании IQ предварительного кодера, выбирает скорость модуляции, скорость кодирования, поднабор пользователей, которым разрешена передача, и их отображение в пространственно-время-частотные кодовые сегменты.The selection of users, the coding and modulation rate, and the mapping into space-time-frequency code segments can vary depending on the results of the DIDO feedback generator. Thus, one embodiment comprises an IQ mismatch information DIDO configurator that uses an IQ mismatch information channel estimate from one or more users to configure a precoder having IQ mismatch information, selects a modulation rate, a coding rate, a subset of users that transmission is allowed, and their mapping into space-time-frequency code segments.

Для оценки качества предложенных способом компенсации сравним три системы DIDO 2×2:To assess the quality of the proposed compensation method, we compare three DIDO 2 × 2 systems:

1. С рассогласованием I/Q: передача по всем тонам (за исключением постоянного тока и краевых тонов) без компенсации рассогласования I/Q.1. With I / Q mismatch: transmission in all tones (except for DC and edge tones) without I / Q mismatch compensation.

2. С компенсацией I/Q: передача по всем тонам и компенсация рассогласования I/Q с помощью описанного выше «способа 1».2. With I / Q compensation: all tone transmission and I / Q mismatch compensation using the “Method 1” described above.

3. Идеальный: передача данных только по нечетным тонам, чтобы избежать помех между пользователями и между частотами (т.е. от зеркальных тонов), вызванных рассогласованием I/Q.3. Ideal: transmit data only on odd tones to avoid interference between users and between frequencies (ie, from mirror tones) caused by I / Q mismatch.

Здесь и далее представлены результаты, полученные из измерений с прототипом DIDO-OFDM в реальных сценариях распространения. Фиг.14 показывает созвездия 64-QAM, полученные из описанных выше трех систем. Эти созвездия получены для одних и тех же местоположений пользователей и фиксированного отношения сигнал-шум (~45 дБ). Первое созвездие 1401 является очень зашумленным из-за помех от зеркальных тонов, вызванных дисбалансом I/Q. Второе созвездие 1402 показывает некоторые улучшения вследствие компенсаций I/Q. Отметим, что второе созвездие 1402 не настолько чистое, как идеальный случай, показанный в качестве созвездия 1403, вследствие возможных фазовых шумов, которые дают помехи между несущими (ICI).Hereinafter, the results obtained from measurements with the DIDO-OFDM prototype in real-world propagation scenarios are presented. 14 shows the 64-QAM constellations obtained from the three systems described above. These constellations were obtained for the same user locations and a fixed signal-to-noise ratio (~ 45 dB). The first constellation 1401 is very noisy due to interference from the mirror tones caused by the I / Q imbalance. The second constellation 1402 shows some improvements due to I / Q compensation. Note that the second constellation 1402 is not as clean as the ideal case shown as constellation 1403, due to possible phase noise that produces inter-carrier interference (ICI).

На фиг.15 показана средняя частота 1501 ошибочных символов (SER) и характеристику полезного пропускания 1502 на пользователя для систем DIDO 2×2 с 64-QAM и скоростью кодирования 3/4, с рассогласованием I/Q и без него. Полоса пропускания OFDM составляет 250 кГц, с 64 тонами и длиной циклического префикса Lcp=4. Поскольку в идеальном случае мы передаем данные только по поднаберу тонов, SER и характеристика полезного пропускания оценивается как функция средней мощности передачи на тон (а не полной мощности передачи), чтобы гарантировать честное сравнение для разных случаев. Кроме того, в нижеследующих результатах мы используем нормированные значения мощности передачи (выраженные в децибелах), поскольку наша цель здесь состоит в сравнении относительного (а не абсолютного) качества различных схем. На фиг.15 показано, что при дисбалансе I/Q значение SER входит в насыщение, не достигая целевого значения SER (~10-2), что согласуется с результатами, сообщенными в работе A. Tarighat and A.H.Sayed, "MIMO OFDM receivers for systems with IQ imbalances," (Приемники MIMO OFDM для систем с дисбалансом I/Q) IEEE Trans. Sig. Proc., vol.53, pp.3583-3596, Sep.2005. Этот эффект насыщения происходит вследствие того факта, что мощность как сигнала, так и помехи (от зеркальных тонов) увеличивается по мере того, как возрастает мощность передатчика. Посредством предложенного способа компенсации, однако, возможно подавить помехи и получить более хорошую характеристику SER. Отметим, что небольшое увеличение величины SER при высоком SNR происходит вследствие эффектов амплитудного насыщения в цифро-аналоговом преобразователе из-за большей мощности передачи, требуемой для модуляций 64-QAM.On Fig shows the average frequency of 1501 erroneous characters (SER) and the characteristic effective transmission 1502 per user for DIDO systems 2 × 2 with 64-QAM and a coding rate of 3/4, with and without I / Q mismatch. The OFDM bandwidth is 250 kHz, with 64 tones and a cyclic prefix length of L cp = 4. Since in the ideal case we only transmit data using a subset of tones, the SER and the useful transmission characteristic are evaluated as a function of the average transmit power per tone (rather than the total transmit power) to ensure an honest comparison for different cases. In addition, in the following results we use normalized transmit power values (expressed in decibels), since our goal here is to compare the relative (rather than absolute) quality of the various circuits. Figure 15 shows that with an I / Q imbalance, the SER value enters saturation without reaching the target SER value (~ 10 -2 ), which is consistent with the results reported by A. Tarighat and AHSayed, "MIMO OFDM receivers for systems with IQ imbalances, "(MIMO OFDM Receivers for I / Q Imbalance Systems) IEEE Trans. Sig. Proc., Vol. 53, pp. 3583-3596, Sep.2005. This saturation effect occurs due to the fact that the power of both the signal and the interference (from specular tones) increases as the transmitter power increases. By the proposed compensation method, however, it is possible to suppress interference and obtain a better SER performance. Note that a small increase in SER at high SNR occurs due to the effects of amplitude saturation in the digital-to-analog converter due to the higher transmit power required for 64-QAM modulations.

Кроме того, видно, что характеристика SER с компенсацией I/Q очень близка к идеальной. Промежуток в 2 дБ в мощности передатчика между этими двумя случаями имеет место из-за возможных фазовых шумов, которые дают дополнительную помеху между смежными тонами OFDM. Наконец, кривые 1502 полезного пропускания показывают, что можно передавать вдвое больше данных, при применении способа I/Q по сравнению с идеальным случаем, поскольку мы используем все тоны данных, а не только нечетные тона (как для идеального случая).In addition, it is seen that the SER characteristic with I / Q compensation is very close to ideal. A gap of 2 dB in transmitter power between the two cases occurs due to possible phase noise that provides additional interference between adjacent OFDM tones. Finally, the useful transmission curves 1502 show that you can transmit twice as much data using the I / Q method as compared to the ideal case, since we use all data tones, not just odd tones (as for an ideal case).

На фиг.16 изображена характеристика SER различных созвездий QAM с компенсацией I/Q и без нее. Видно, что в данном варианте осуществления предложенный способ особенно выгоден для созвездий 64-QAM. Для 4-QAM и 16-QAM этот способ компенсации I/Q дает худшую характеристику, нежели случай с рассогласованием I/Q, возможно потому, что предложенный способ требует большей мощности, чтобы обеспечить как передачу данных, так и подавление помех от зеркальных тонов. Кроме того, 4-QAM и 16-QAM не так подвержены рассогласованию I/Q, как 64-QAM вследствие большего минимального расстояния между точками созвездия. См. A. Tarighat, R. Bagheri, and A.H.Sayed, "Compensation schemes and performance analysis of IQ imbalances in OFDM receivers," (Компенсационные схемы и качественный анализ дисбаланса I/Q в приемниках OFDM) Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol.53, pp.3257-3268, Aug. 2005. Это можно наблюдать на фиг.16 путем сравнения рассогласования I/Q с идеальным случаем для 4-QAM и 16-QAM. Следовательно, дополнительная мощность, требуемая предварительным кодером DIDO с подавлением помех (от зеркальных тонов) не оправдывает малого выигрыша от компенсации I/Q в случаях 4-QAM и 16-QAM. Отметим, что этот момент можно зафиксировать применением способов 2 и 3 для описанной выше компенсации I/Q.FIG. 16 shows the SER characteristic of various QAM constellations with and without I / Q compensation. It can be seen that in this embodiment, the proposed method is especially beneficial for 64-QAM constellations. For 4-QAM and 16-QAM, this I / Q compensation method yields worse performance than the I / Q mismatch case, possibly because the proposed method requires more power to provide both data transmission and suppression of noise from mirror tones. In addition, 4-QAM and 16-QAM are not as susceptible to I / Q mismatch as 64-QAM due to the larger minimum distance between the constellation points. See A. Tarighat, R. Bagheri, and AHSayed, "Compensation schemes and performance analysis of IQ imbalances in OFDM receivers," Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol. 53, pp. 3257-3268, Aug. 2005. This can be observed in FIG. 16 by comparing the I / Q mismatch with the ideal case for 4-QAM and 16-QAM. Therefore, the additional power required by the DIDO pre-encoder with noise suppression (from mirror tones) does not justify the small gain from I / Q compensation in 4-QAM and 16-QAM cases. Note that this moment can be fixed by using methods 2 and 3 for the I / Q compensation described above.

Наконец, относительная характеристика SER трех описанных выше способов измеряется в различных условиях распространения. Для сравнения также описана характеристика SER в присутствии рассогласования I/Q. На фиг.17 показана SER, измеренная для системы DIDO 2×2 с 64-QAM на несущей частоте 450,5 МГц и с полосой пропускания 250 кГц в двух разных местоположениях пользователей. В местоположении 1 пользователи находятся на расстоянии ~6λ от БС в разных комнатах и условиях вне прямой видимости (NLOS). В местоположении 2 пользователи находятся на расстоянии ~λ, от БС в условиях прямой видимости (LOS).Finally, the relative SER characteristics of the three methods described above are measured under different propagation conditions. For comparison, the SER characteristic in the presence of I / Q mismatch is also described. 17 shows a SER measured for a 2 × 2 DIDO system with 64-QAM at a carrier frequency of 450.5 MHz and a bandwidth of 250 kHz at two different user locations. At location 1, users are located at a distance of ~ 6λ from the BS in different rooms and out of line of sight (NLOS) conditions. At location 2, users are located at a distance of ~ λ, from the BS in line of sight (LOS).

На фиг.17 показано, что все три способа компенсации всегда превосходят случай отсутствия компенсации. Кроме того, следует отметить, что способ 3 превосходит другие два способа компенсации в любом канальном сценарии. Относительная характеристика способа 1 и 2 зависит от условий распространения. В практических измерениях наблюдалось, что способ 1 обычно превосходит способ 2, поскольку он предварительно подавляет (в передатчике) помехи между пользователями, вызванные дисбалансом I/Q. Когда помеха между пользователями минимальна, способ 2 может превосходить способ 1, как иллюстрируется на графике 1702 на фиг.17, поскольку он не страдает от потери мощности из-за предварительного кодера компенсации I/Q.On Fig shows that all three methods of compensation always surpass the case of no compensation. In addition, it should be noted that method 3 is superior to the other two compensation methods in any channel scenario. The relative characteristic of method 1 and 2 depends on the propagation conditions. In practical measurements, it has been observed that method 1 is usually superior to method 2 because it pre-suppresses (at the transmitter) interference between users caused by an I / Q imbalance. When interference between users is minimal, method 2 may be superior to method 1, as illustrated in graph 1702 of FIG. 17, since it does not suffer from power loss due to the I / Q pre-compensation encoder.

До сих пор различные способы сравнивались при рассмотрении только ограниченного набора сценариев распространения, как на фиг.17. Здесь и далее измеряется относительная характеристика этих способов в идеальных независимых и идеально распределенных (i.i.d.) каналах. Системы DIDO-OFDM моделируются с дисбалансом I/Q по фазе и усилению на передающей и приемной сторонах. На фиг.18 показана характеристика предложенных способов только с дисбалансом усиления на передающей стороне (т.е. с усилением 0,8 в I-тракте первой цепи передачи и с усилением 1 в прочих трактах). Видно, что способ 3 превосходит все остальные способы. Кроме того, способ 1 дает лучшие результаты, нежели способ 2 в i.i.d. каналах, в противоположность результатам, полученным в местоположении 2 на графике 1702 по фиг.17.So far, various methods have been compared when considering only a limited set of distribution scenarios, as in FIG. Hereinafter, the relative characteristics of these methods are measured in ideal independent and perfectly distributed (i.i.d.) channels. DIDO-OFDM systems are modeled with an I / Q imbalance in phase and gain on the transmit and receive sides. On Fig shows the characteristic of the proposed methods only with an imbalance of gain on the transmitting side (i.e., with a gain of 0.8 in the I-path of the first transmission chain and with a gain of 1 in other paths). It can be seen that method 3 is superior to all other methods. In addition, method 1 gives better results than method 2 in i.i.d. channels, in contrast to the results obtained at location 2 on graph 1702 of FIG.

Таким образом, представлены три способа для компенсации дисбаланса I/Q в описанных выше системах DIDO-OFDM. Способ 3 превосходит другие предложенные способы. В системах с низкоскоростными каналами обратной связи можно использовать способ 2 для снижения величины обратной связи, требуемой для предварительного кодера DIDO, за счет худшей характеристики SER.Thus, three methods are presented for compensating for I / Q imbalance in the DIDO-OFDM systems described above. Method 3 is superior to other proposed methods. In systems with low-speed feedback channels, method 2 can be used to reduce the amount of feedback required by the DIDO precoder due to the worse SER performance.

II. Адаптивная схема передачи DIDOII. Adaptive DIDO Transfer Scheme

Теперь будет описан другой вариант осуществления системы и способа для улучшения характеристики систем с распределенными входами и распределенными выходами. Этот способ динамически выделяет беспроводные ресурсы различными пользовательским устройствам путем прослеживания изменяющихся условий в каналах для увеличения пропускной способности при соблюдении некоторой целевой частоты появления ошибок. Пользовательские устройства оценивают качество канала и передают его по обратной связи в базовую станцию (БС) (BS); базовая станция обрабатывает качество канала, полученное от пользовательских устройств, для выбора наилучшего набора пользовательских устройств, схемы DIDO, схемы модуляции/кодирования (MCS) и конфигурации решетки для следующей передачи; базовая станция передает параллельные данные ко множеству пользовательских устройств посредством предварительного кодирования, и сигналы демодулируются в приемнике.Now another embodiment of a system and method for improving the performance of systems with distributed inputs and distributed outputs will be described. This method dynamically allocates wireless resources to various user devices by tracking the changing conditions in the channels to increase throughput while observing a certain target error rate. User devices evaluate the quality of the channel and transmit it by feedback to the base station (BS) (BS); the base station processes the channel quality received from user devices to select the best set of user devices, DIDO scheme, modulation / coding scheme (MCS) and lattice configuration for the next transmission; the base station transmits parallel data to a plurality of user devices through precoding, and the signals are demodulated at the receiver.

Описывается также система, которая эффективно выделяет ресурсы для беспроводной линии DIDO. Эта система включает в себя базовую станцию DIDO с конфигуратором DIDO, которая обрабатывает сигналы обратной связи, принятые от пользователей, для выбора наилучшего набора пользователей, схемы DIDO, схемы модуляции/кодирования (MCS) и конфигурации решетки для следующей передачи; приемник в системе DIDO, который измеряет параметры канала и другие соответствующие параметры для выработки сигнала обратной связи DIDO; и управляющий канал обратной связи DIDO для передачи информации обратной связи от пользователей к базовой станции.Also described is a system that efficiently allocates resources for a DIDO wireless line. This system includes a DIDO base station with a DIDO configurator that processes feedback signals received from users to select the best set of users, a DIDO scheme, a modulation / coding scheme (MCS), and a lattice configuration for the next transmission; a receiver in a DIDO system that measures channel parameters and other relevant parameters to generate a DIDO feedback signal; and a DIDO feedback control channel for transmitting feedback information from users to the base station.

Как подробно описано ниже, некоторые из существенных признаков данного варианта осуществления включают в себя, в частности:As described in detail below, some of the essential features of this embodiment include, but are not limited to:

Методы адаптивного выбора числа пользователей, схем передачи DIDO (т.е. выбор или мультиплексирование антенн), схемы модуляции/кодирования (MCS) и конфигураций решетки на основе информации качества канала для минимизации SER или максимизации спектральной эффективности на пользователя или на нисходящей линии;Adaptive number of user selection methods, DIDO transmission schemes (i.e. antenna selection or multiplexing), modulation / coding (MCS) schemes and grating configurations based on channel quality information to minimize SER or maximize spectral efficiency per user or downlink;

Методы для определения наборов режимов передачи DIDO как комбинаций схем DIDO и MCS;Methods for defining DIDO transmission mode sets as combinations of DIDO and MCS circuits;

Методы назначения разных режимов DIDO для разных временных сегментов, тонов OFDM и подпотоков DIDO в зависимости от условий в каналах;Methods for assigning different DIDO modes for different time segments, OFDM tones, and DIDO substreams depending on channel conditions;

Методы для динамического назначения резных режимов DIDO разным пользователям на основе качества их канала;Methods for dynamically assigning DIDO carved modes to different users based on the quality of their channel;

Критерий для обеспечения адаптивного переключения DIDO на основе показателей качества линии, вычисленных во временной, частотной и пространственной областях;Criterion for ensuring adaptive DIDO switching based on line quality indicators calculated in the time, frequency and spatial domains;

Критерий для обеспечения адаптивного переключения DIDO на основе просмотровых таблиц.Criterion for providing adaptive DIDO switching based on lookup tables.

Система DIDO с конфигуратором DIDO в базовой станции, как на фиг.19, для адаптивного выбора числа пользователей, схем передачи DIDO (т.е. выбор или мультиплексирование антенн), схемы модуляции/кодирования (MCS) и конфигураций решетки на основе информации о качестве канала для минимизации SER или максимизации спектральной эффективности на пользователя или на нисходящей линии;A DIDO system with a DIDO configurator in the base station, as in FIG. 19, for adaptively selecting the number of users, DIDO transmission schemes (i.e., selecting or multiplexing antennas), modulation / coding (MCS) schemes and lattice configurations based on quality information a channel to minimize SER or maximize spectral efficiency per user or downlink;

Система DIDO с конфигуратором DIDO в базовой станции и генератором обратной связи DIDO в каждом пользовательском устройстве, как на фиг.20, которая использует оцененное состояние канала и (или) другие параметры подобно оцененному SNR в приемнике для генерирования сообщения обратной связи, подлежащего введению в конфигуратор DIDO.A DIDO system with a DIDO configurator in the base station and a DIDO feedback generator in each user device, as in FIG. 20, which uses the estimated channel status and / or other parameters like the estimated SNR in the receiver to generate a feedback message to be input to the configurator DIDO.

Система DIDO с конфигуратором DIDO в базовой станции, генератором обратной связи DIDO и каналом управления обратной связью DIDO для передачи специфичной для DIDO информации конфигурации от пользователей к базовой станции.A DIDO system with a DIDO configurator in the base station, a DIDO feedback generator, and a DIDO feedback control channel for transmitting DIDO-specific configuration information from users to the base station.

а. Уровень техникиbut. State of the art

В системах со множеством входов и множеством выходов схемы разнесения, такие как ортогональные пространственно-временные блоковые коды (OSTBC) (См. V. Tarokh, Н. Jafarkhani, and A.R.Calderbank, "Spacetime block codes from orthogonal designs," (Пространственно-временные блоковые коды из ортогональных конструкций) IEEE Trans. Info. Th., vol.45, pp.1456-467, Jul. 1999) или выбор антенн (см. R.W.Heath Jr., S. Sandhu, and A.J.Paulraj, "Antenna selection for spatial multiplexing systems with linear receivers," (Выбор антенн для систем пространственного мультиплексирования с линейными приемниками) IEEE Trans. Comm., vol.5, pp.142-144, Apr. 2001), задуманы для борьбы с канальным замиранием, обеспечивая повышенную устойчивость линии, которая приводит к более широкому покрытию. С другой стороны, пространственное мультиплексирование (SM) обеспечивает передачу множества параллельных потоков данных в качестве средства для улучшения пропускной способности систем. См. G.J.Foschini, G.D.Golden, R.A.Valenzuela, and P.W.Wolniansky, "Simplified processing for high spectral efficiency wireless communication employing multielement arrays," (Упрощенная обработка для беспроводной связи с высокой спектральной эффективностью, использующей многоэлементные решетки) IEEE Jour. Select. Areas in Comm., vol.17, no. 11, pp.1841-1852, Nov.1999. Эти преимущества могут одновременно достигаться в системах MIMO согласно теоретическим компромиссам разнесения-мультиплексирования, выведенным в работе L. Zheng and D.N.С. Tse, "Diversity and multiplexing: a fundamental tradeoff in multiple antenna channels," (Разнесение и мультиплексирование: основополагающий компромисс в многоантенных каналах) IEEE Trans. Info. Th., vol.49, no. 5, pp.1073-1096, May 2003. Одна практическая реализация состоит в адаптивном переключении между схемами передачи с разнесением и мультиплексированием путем прослеживания меняющихся условий в каналах.On systems with multiple inputs and multiple outputs, diversity schemes such as orthogonal space-time block codes (OSTBC) (See V. Tarokh, N. Jafarkhani, and ARCalderbank, "Spacetime block codes from orthogonal designs," block codes from orthogonal constructions) IEEE Trans. Info. Th., vol. 45, pp. 1456-467, Jul. 1999) or antenna selection (see RWHeath Jr., S. Sandhu, and AJPaulraj, "Antenna selection for spatial multiplexing systems with linear receivers, "(Antenna Selection for Spatial Multiplexing Systems with Linear Receivers) IEEE Trans. Comm., vol.5, pp.142-144, Apr. 2001), designed to combat channel fading m, providing increased line stability, which leads to wider coverage. Spatial Multiplexing (SM), on the other hand, enables the transmission of multiple parallel data streams as a means to improve system throughput. See G.J. Foschini, G. D. Golden, R.A. Valenzuela, and P.W. Wolniansky, "Simplified processing for high spectral efficiency wireless communication employing multielement arrays," IEEE Jour. Select Areas in Comm., Vol. 17, no. 11, pp. 1841-1852, Nov. 1999. These benefits can be achieved simultaneously in MIMO systems according to the theoretical diversity-multiplexing tradeoffs of L. Zheng and D.N.C. Tse, "Diversity and multiplexing: a fundamental tradeoff in multiple antenna channels," (IEEE Trans. Info Th., Vol. 49, no. 5, pp.1073-1096, May 2003. One practical implementation is the adaptive switching between diversity and multiplex transmission schemes by tracking the changing conditions in the channels.

К настоящему времени предложено несколько методов адаптивной передачи MIMO. Способ переключения разнесения/мультиплексирования в работе R.W.Heath and A.J.Paulraj, "Switching between diversity and multiplexing in MIMO systems," (Переключение между разнесением и мультиплексированием в системах MIMO) IEEE Trans. Comm., vol.53, no. 6, pp.962-968, Jun. 2005, был предназначен для улучшения частоты битовых ошибок (BER) при передаче с фиксированной скоростью на основе информации о мгновенном качестве канала. Альтернативно, статистическая информация о каналах может использоваться для обеспечения адаптации, как в работе S. Catreux, V. Erceg, D. Gesbert, and R.W.Heath. Jr., "Adaptive modulation and MIMO coding for broadband wireless data networks," (Адаптивная модуляция и кодирование MIMO для сетей беспроводной передачи данных в основной полосе частот) IEEE Comm. Mag., vol.2, pp.108-115, June 2002 ("Catreux"), что приводит к уменьшению служебных сигналов обратной связи и числа управляющих сообщений. Алгоритм адаптивной передачи в Catreux был предназначен для улучшения спектральной эффективности для заданной целевой частоты ошибок в системах с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов на основе показателей временной/частотной избирательности каналов. Аналогичные адаптивные подходы с низкой обратной связью предложены для узкодиапазонных систем, использующих пространственную избирательность каналов для переключения между схемами разнесения и пространственным мультиплексированием. См., к примеру, A. Forenza, М.R.McKay, A. Pandharipande, R.W.Heath. Jr., and I. B. Collings, "Adaptive MIMO transmission for exploiting the capacity of spatially correlated channels," (Адаптивная передача MIMO для использования пропускной способности пространственно коррелированных каналов) accepted to the IEEE Trans. on Veh. Tech., Mar. 2007; M.R.McKay, I.B.Collings, A. Forenza, and R.W.Heath. Jr., "Multiplexing/beamforming switching for coded MIMO in spatially correlated Rayleigh channels," (Переключение мультиплексирования-формирования диаграммы направленности для кодированных MIMO в пространственно коррелированных релеевских каналах) accepted to the IEEE Trans. on Veh. Tech., Dec. 2007; A. Forenza, М.R.McKay, R.W.Heath. Jr., and I.B.Collings, "Switching between OSTBC and spatial multiplexing with linear receivers in spatially correlated MIMO channels," (Переключение между OSTBC и пространственным мультиплексированием с линейными приемниками в пространственно коррелированных каналах MIMO) Proc. IEEE Veh. Technol. Conf., vol.3, pp.1387-1391, May 2006; М.R.McKay, I.B.Collings, A. Forenza, and R.W.Heath Jr., "A throughput-based adaptive MIMO BICM approach for spatially correlated channels," (Адаптивный подход BICM MIMO на основе пропускной способности для пространственно коррелированных каналов) to appear in Proc. IEEE ICC, June 2006.To date, several adaptive MIMO transmission techniques have been proposed. R.W. Heath and A.J. Paulraj, "Switching between diversity and multiplexing in MIMO systems," (Switching between diversity and multiplexing in MIMO systems) IEE Trans. Comm., Vol. 53, no. 6, pp. 962-968, Jun. 2005, was designed to improve bit error rate (BER) for fixed-rate transmission based on instantaneous channel quality information. Alternatively, channel statistics can be used to provide adaptation, as in S. Catreux, V. Erceg, D. Gesbert, and R.W. Heath. Jr., "Adaptive modulation and MIMO coding for broadband wireless data networks," IEEE Comm. Mag., Vol.2, pp.108-115, June 2002 ("Catreux"), which leads to a decrease in feedback service signals and the number of control messages. The adaptive transmission algorithm in Catreux was designed to improve spectral efficiency for a given target error rate in systems with orthogonal frequency division multiplexing based on time / frequency selectivity indices. Similar adaptive low-feedback approaches have been proposed for narrow-band systems using spatial channel selectivity to switch between diversity schemes and spatial multiplexing. See, for example, A. Forenza, M.R. McKay, A. Pandharipande, R.W. Heath. Jr., and I. B. Collings, "Adaptive MIMO transmission for exploiting the capacity of spatially correlated channels," accepted to the IEEE Trans. on Veh. Tech., Mar. 2007; M.R. McKay, I.B. Collings, A. Forenza, and R.W. Heath. Jr., "Multiplexing / beamforming switching for coded MIMO in spatially correlated Rayleigh channels," accepted to the IEEE Trans. on Veh. Tech., Dec. 2007; A. Forenza, M.R. McKay, R.W. Heath. Jr., and I.B. Collings, "Switching between OSTBC and spatial multiplexing with linear receivers in spatially correlated MIMO channels," (Switching between OSTBC and spatial multiplexing with linear receivers in spatially correlated MIMO channels) Proc. IEEE Veh. Technol. Conf., Vol. 3, pp. 1387-1391, May 2006; M.R. McKay, IBCollings, A. Forenza, and RWHeath Jr., "A throughput-based adaptive MIMO BICM approach for spatially correlated channels," in Proc. IEEE ICC, June 2006.

В данном документе мы расширяем объем работы, представленной в различных известных публикациях по системам DIDO-OFDM см., к примеру, R.W.Heath and A.J.Paulraj, "Switching between diversity and multiplexing in MIMO systems," (Переключение между разнесением и мультиплексированием в системах MIMO) IEEE Trans. Comm., vol.53, no. 6, pp.962-968, Jun. 2005. S. Catreux, V. Erceg, D. Gesbert, and R.W.Heath Jr. "Adaptive modulation and MIMO coding for broadband wireless data networks," (Адаптивная модуляция и кодирование MIMO для сетей беспроводной передачи данных в основной полосе частот) IEEE Comm. Mag., vol.2, pp.108-115, June 2002; A. Forenza, M.R.McKay, A. Pandharipande, R.W.Heath Jr., and I.B.Collings, "Adaptive MIMO transmission for exploiting the capacity of spatially correlated channels," (Адаптивная передача MIMO для использования пропускной способности пространственно коррелированных сигналов) IEEE Trans. on Veh. Tech., vol.56, n.2, pp.619-630, Mar. 2007. M. R. McKay, I.B.Collings, A. Forenza, and R.W.Heath Jr., "Multiplexing/beamforming switching for coded MIMO in spatially correlated Rayleigh channels," (Переключение мультиплексирования/формирования диаграммы направленности для кодированной MIMO в пространственно коррелированных релеевских каналов) accepted to the IEEE Trans. on Veh. Tech., Dec. 2007; A. Forenza, M.R.McKay, R.W.Heath Jr., and I.B.Collings, "Switching between OSTBC and spatial multiplexing with linear receivers in spatially correlated MIMO channels," (Переключение между OSTBC и пространственным мультиплексированием с линейными приемниками в пространственно коррелированных каналах MIMO) Proc. IEEE Veh. Technol. Conf, vol.3, pp.1387-1391, May 2006. M.R.McKay, I.B.Collings, A. Forenza, and R.W.Heath Jr., "A throughput-based adaptive MIMO BICM approach for spatially correlated channels," (Адаптивный подход BICM MIMO на основе пропускной способности для пространственно коррелированных каналов) to appear in Proc. IEEE ICC, June 2006.In this document, we expand the scope of work presented in various well-known publications on DIDO-OFDM systems, see, for example, RWHeath and AJPaulraj, "Switching between diversity and multiplexing in MIMO systems," (Switching between diversity and multiplexing in MIMO systems ) IEEE Trans. Comm., Vol. 53, no. 6, pp. 962-968, Jun. 2005. S. Catreux, V. Erceg, D. Gesbert, and R.W. Heath Jr. "Adaptive modulation and MIMO coding for broadband wireless data networks," IEEE Comm. Mag., Vol. 2, pp. 108-115, June 2002; A. Forenza, M.R. McCay, A. Pandharipande, R.W. Heath Jr., and I.B. Collings, "Adaptive MIMO transmission for exploiting the capacity of spatially correlated channels," IEEE Trans. on Veh. Tech., Vol. 56, n.2, pp. 619-630, Mar. 2007. MR McKay, IBCollings, A. Forenza, and RWHeath Jr., "Multiplexing / beamforming switching for coded MIMO in spatially correlated Rayleigh channels," (Multiplexing / beamforming for coded MIMO in spatially correlated Rayleigh channels) accepted to the IEEE Trans. on Veh. Tech., Dec. 2007; A. Forenza, MRMcKay, RWHeath Jr., and IBCollings, "Switching between OSTBC and spatial multiplexing with linear receivers in spatially correlated MIMO channels," (Switching between OSTBC and spatial multiplexing with linear receivers in spatially correlated MIMO channels) Proc . IEEE Veh. Technol. Conf, vol. 3, pp. 1337-1391, May 2006. MRMcKay, IBCollings, A. Forenza, and RWHeath Jr., "A throughput-based adaptive MIMO BICM approach for spatially correlated channels," (BICM Adaptive Approach Bandwidth-based MIMO for spatially correlated channels) to appear in Proc. IEEE ICC, June 2006.

Здесь описана новая стратегия адаптивной передачи DIDO, которая осуществляет переключение между различным числом пользователей, числом передающих антенн и схемами передачи на основе информации о качестве канала как средство для улучшения характеристик системы. Отметим, что схемы, которые адаптивно выбирают пользователей в многопользовательских системах MIMO, были уже предложены в работах M. Sharif and В. Hassibi, "On the capacity of MIMO broadcast channel with partial side information," (О пропускной способности вещательного канала MIMO с частичной информацией стороны) IEEE Trans. Info. Th., vol.51, p.506522, Feb. 2005; и W. Choi, A. Forenza, J.G.Andrews, and R.W.Heath Jr., "Opportunistic space division multiple access with beam selection," (Приспосабливающийся множественный доступ с пространственным разделением каналов с выбором лучей) to appear in IEEE Trans. on Communications. Схемы приспосабливающегося множественного доступа с пространственным разделением каналов (OSDMA) в этих публикациях, однако, предназначены для максимизации суммарной пропускной способности за счет использования многопользовательского разнесения, и они достигают только доли теоретической пропускной способности кодов «грязной бумаги», поскольку помехи не полностью предварительно подавляются в передатчике. В описанном здесь алгоритме передачи DIDO применяется блоковая диагонализация для предварительного подавления помехи между пользователями. Однако предложенная стратегия адаптивной передачи может быть применена к любой системе DIDO независимо от типа метода предварительного кодирования.A new DIDO adaptive transmission strategy is described here, which switches between a different number of users, a number of transmitting antennas and transmission schemes based on channel quality information as a means to improve system performance. Note that schemes that adaptively select users in multi-user MIMO systems have already been proposed by M. Sharif and B. Hassibi, "On the capacity of MIMO broadcast channel with partial side information," (On the bandwidth of a MIMO broadcast channel with partial side information side information) IEEE Trans. Info Th., Vol. 51, p.506522, Feb. 2005; and W. Choi, A. Forenza, J.G. Andrews, and R.W. Heath Jr., "Opportunistic space division multiple access with beam selection," to appear in IEEE Trans. on communications. Spatial Adaptive Multiple Access (OSDMA) schemes in these publications, however, are designed to maximize total throughput by using multi-user diversity, and they only achieve a fraction of the theoretical throughput of dirty paper codes, since interference is not completely pre-suppressed in the transmitter. The DIDO transmission algorithm described here uses block diagonalization to pre-suppress interference between users. However, the proposed adaptive transmission strategy can be applied to any DIDO system, regardless of the type of precoding method.

Данная заявка на патент описывает расширение вариантов осуществления изобретения, описанного выше в предшествующей заявке, в том числе - но без ограничения ими - следующие дополнительные признаки:This patent application describes an extension of the embodiments of the invention described above in the previous application, including but not limited to the following additional features:

1. Обучающие символы предыдущей заявки для оценки канала могут применяться беспроводными клиентскими устройствами для оценки показателей качества линий связи в адаптивной схеме DIDO;1. The training symbols of the previous application for channel estimation can be used by wireless client devices to evaluate the quality indicators of communication lines in the adaptive DIDO scheme;

2. Базовая станция принимает характеристические данные сигнала от клиентских устройств, как описано в предыдущей заявке. В настоящем варианте осуществления характеристические данные сигнала определяются как показатель качества линии связи, используемый для обеспечения адаптации;2. The base station receives signal characteristic data from client devices, as described in the previous application. In the present embodiment, the characteristic data of the signal is defined as an indicator of the quality of the communication line used to provide adaptation;

3. Предыдущая заявка описывает механизм для выбора числа передающих антенн и пользователей, а также определяет выделение пропускной способности. Кроме того, различные уровни пропускной способности могут динамически назначаться различным клиентам, как в предыдущей заявке. Настоящий вариант осуществления изобретения определяет новые критерии, относящиеся к этому выбору и выделению пропускной способности.3. The previous application describes a mechanism for selecting the number of transmitting antennas and users, and also determines the allocation of bandwidth. In addition, different levels of bandwidth can be dynamically assigned to different clients, as in the previous application. The present embodiment defines new criteria related to this selection and bandwidth allocation.

b. Варианты осуществления изобретенияb. Embodiments of the invention

Цель предложенного адаптивного метода DIDO состоит в улучшении спектральной эффективности на пользователя или на нисходящей линии путем динамического выделения беспроводного ресурса во временной, частотной и пространственной областях для различных пользователей в системе. Общий критерий адаптации заключается в увеличении пропускной способности при соблюдении целевой частоты ошибок. В зависимости от условий распространения этот адаптивный алгоритм можно использовать для улучшения качества линий связи пользователей (или покрытия) посредством схем разнесения. Показанная на фиг.21 блок-схема алгоритма описывает этапы этой адаптивной схемы DIDO.The purpose of the proposed adaptive DIDO method is to improve the spectral efficiency per user or on the downlink by dynamically allocating a wireless resource in the time, frequency and spatial domains for various users in the system. A common adaptation criterion is to increase throughput while meeting the target error rate. Depending on the propagation conditions, this adaptive algorithm can be used to improve the quality of user communication lines (or coverage) through diversity schemes. Shown in Fig.21 block diagram of the algorithm describes the steps of this adaptive DIDO scheme.

Базовая станция (БС) (BS) собирает информацию о состоянии каналов (ИСК) (CSI) от всех пользователей на этапе 2102. На этапе 2104 из принятой ИСК базовая станция вычисляет показатели качества линии связи во временной/частотной/пространственной областях. На этапе 2106 эти показатели качества линии связи используются для выбора пользователей, подлежащих обслуживанию при следующей передаче, а также режим передачи для каждого из этих пользователей. Отметим, что режимы передачи состоят из различных комбинаций модуляции/кодирования и схем DIDO. Наконец, БС передает данные к пользователям посредством предварительного кодирования DIDO, как на этапе 2108.The base station (BS) (BS) collects channel status information (CSI) from all users in step 2102. In step 2104, from the received CSI, the base station calculates link quality indicators in the time / frequency / spatial domains. At step 2106, these link quality indicators are used to select the users to be serviced in the next transmission, as well as the transmission mode for each of these users. Note that transmission modes consist of various modulation / coding combinations and DIDO schemes. Finally, the BS transmits data to users through DIDO precoding, as in block 2108.

На этапе 2102 базовая станция собирает информацию о состоянии каналов (ИСК) от всех пользовательских устройств. На этапе 2104 ИСК используется базовой станцией для определения мгновенного или статистического качества каналов для всех пользовательских устройств. В системах DIDO-OFDM качество канала (или показатель качества линии связи) может оцениваться во временной, частотной и пространственной областях. Затем на этапе 2106 базовая станция использует показатель качества линии связи для определения наилучшего поднабора пользователей и режима передачи для существующих условий распространения. Набор режимов передачи DIDO определяется как комбинации схем DIDO (т.е. выбора антенн или мультиплексирование), схем модуляции/кодирования (MCS) и конфигурации решетки. На этапе 2108 данные передаются к пользовательским устройствам с учетом выбранного числа пользователей и режимов передачи.At step 2102, the base station collects channel status information (LSI) from all user devices. At step 2104, the SUIT is used by the base station to determine the instantaneous or statistical quality of the channels for all user devices. In DIDO-OFDM systems, channel quality (or an indicator of link quality) can be estimated in the time, frequency, and spatial domains. Then, at step 2106, the base station uses a link quality metric to determine the best subset of users and transmission mode for existing distribution conditions. A set of DIDO transmission modes is defined as a combination of DIDO schemes (i.e., antenna selection or multiplexing), modulation / coding schemes (MCS), and grating configurations. At 2108, data is transmitted to user devices based on the selected number of users and transmission modes.

Выбор режима обеспечивается просмотровыми таблицами (ПТ) (LUT), заранее вычисленными на основе характеристики частоты ошибок в системах DIDO в различных средах распространения. Эти ПТ устанавливают соответствие между информацией о качестве каналов и характеристикой частоты ошибок. Для построения ПТ характеристика частоты ошибок в системах DIDO оценивается в различных сценариях распространения как функция от SNR. Из кривых частоты ошибок можно подсчитать минимальное SNR, требуемое для достижения некоторой заданной целевой частоты ошибок. Мы определяем это требование SNR как порог SNR. Затем пороги SNR оцениваются в различных сценариях распространения и для различных режимов распространения DIDO и запоминаются в просмотровых таблицах. Например, результаты SER на фиг.24 и 26 можно использовать для построения ПТ. Затем из ПТ базовая станция выбирает для активных пользователей режимы передачи, которые увеличивают пропускную способность при соблюдении заранее заданной целевой частоты ошибок. Наконец, базовая станция передает данные выбранным пользователям посредством предварительного кодирования DIDO. Отметим, что различным временным сегментам, тонам OFDM и подпотокам DIDO могут назначаться различные режимы DIDO, так что адаптация может происходить во временной, частотной и пространственной областях.The choice of mode is provided by look-up tables (LUTs), pre-computed based on the characteristic of the error rate in DIDO systems in various distribution media. These DTs establish a correspondence between channel quality information and error rate characteristics. To construct a DT, the characteristic of the error rate in DIDO systems is evaluated in various propagation scenarios as a function of SNR. From the error rate curves, the minimum SNR required to achieve some given target error rate can be calculated. We define this SNR requirement as an SNR threshold. The SNR thresholds are then evaluated in different propagation scenarios and for different DIDO propagation modes and stored in look-up tables. For example, the SER results in FIGS. 24 and 26 can be used to construct the PT. Then, from the base station, the base station selects transmission modes for active users that increase throughput while observing a predetermined target error rate. Finally, the base station transmits data to selected users through DIDO precoding. Note that different DIDO modes can be assigned to different time segments, OFDM tones, and DIDO substreams, so adaptation can occur in the time, frequency, and spatial domains.

Один вариант осуществления системы, применяющей адаптацию DIDO иллюстрируется на фиг.19-20. Введены несколько новых функциональных узлов для обеспечения реализации предложенных алгоритмов адаптации DIDO. В частности, в одном варианте осуществления конфигуратор 1910 DIDO выполняет множество функций, включающих выбор числа пользователей, схем передачи DIDO (т.е. выбор антенн или мультиплексирование), схемы модуляции/кодирования (MCS) и конфигураций решетки на основе информации 1912 о качестве каналов, предоставленной пользовательскими устройствами.One embodiment of a system employing DIDO adaptation is illustrated in FIGS. 19-20. Several new functional units have been introduced to ensure the implementation of the proposed DIDO adaptation algorithms. In particular, in one embodiment, the DIDO configurator 1910 performs many functions, including selecting a number of users, DIDO transmission schemes (i.e., selecting antennas or multiplexing), modulation / coding (MCS) schemes, and grating configurations based on channel quality information 1912 provided by user devices.

Узел 1902 выбора пользователей выбирает данные, связанные со множеством пользователей U1-UM, на основе информации обратной связи, полученной конфигуратором 1910 DIDO, и подает эту информацию каждому из множества узлов 1904 кодирования и модуляции. Каждый узел 1904 кодирования и модуляции кодирует и модулирует информационные биты каждого пользователя и посылает их в отображающий узел 1906. Этот отображающий узел 1906 отображает входные биты в комплексные символы и посылает их в узел 1908 предварительного кодирования. И узлы 1904 кодирования и модуляции, и отображающий узел 1906 используют информацию, полученную от конфигуратора 1910 DIDO, для выбора типа схемы модуляции/кодирования, применяемой для каждого пользователя. Эта информация вычисляется конфигуратором 1910 DIDO путем использования информации о качестве каналов от каждого из пользователей, предоставляемой узлом 1912 обратной связи. Узел 1908 предварительного кодирования DIDO использует информацию, полученную конфигуратором 1910 DIDO, для расчета весов предварительного кодирования DIDO, и предварительно кодирует входные символы, полученные от отображающих узлов 1906. Каждый из предварительно кодированных потоков данных посылается узлом 1908 предварительного кодирования DIDO в узел 1915 OFDM, который вычисляет ОБПФ и добавляет циклический префикс. Эту информацию посылают в узел 1916 цифроаналогового преобразования, который осуществляет цифроаналоговое преобразование и посылает результирующий аналоговый сигнал в ВЧ узел 1914. ВЧ узел 1914 преобразует сигнал основной полосы частот с повышением частоты до промежуточной/высокой частоты и посылает его в передающую антенну.The user selection node 1902 selects data associated with a plurality of users U 1 -U M based on the feedback information obtained by the DIDO configurator 1910 and provides this information to each of the plurality of coding and modulation nodes 1904. Each coding and modulation unit 1904 encodes and modulates the information bits of each user and sends them to the mapping unit 1906. This mapping unit 1906 maps the input bits to complex symbols and sends them to the precoding unit 1908. Both the coding and modulation units 1904 and the display unit 1906 use the information received from the DIDO configurator 1910 to select the type of modulation / coding scheme used for each user. This information is computed by the DIDO configurator 1910 by using channel quality information from each of the users provided by the feedback unit 1912. The DIDO precoding unit 1908 uses the information obtained by the DIDO configurator 1910 to calculate the DIDO precoding weights and precodes the input characters received from the mapping nodes 1906. Each of the precoded data streams is sent by the DIDO precoding unit 1908 to the OFDM unit 1915, which calculates OBPF and adds a cyclic prefix. This information is sent to the digital-to-analog conversion unit 1916, which performs the digital-to-analog conversion and sends the resulting analog signal to the high-frequency unit 1914. The high-frequency unit 1914 converts the baseband signal with increasing frequency to intermediate / high frequency and sends it to the transmitting antenna.

ВЧ узлы 2008 каждого клиентского устройства принимают сигналы, переданные от узлов 1914 передачи DIDO, преобразуют эти сигналы с понижением частоты к основной полосе частот и подают преобразованные с понижением частоты сигналы в узлы 2010 аналого-цифрового преобразования. Узлы 2010 аналого-цифрового преобразования затем преобразуют этот сигнал из аналоговой в цифровую форму и посылают его в узлы 2013 OFDM. Узлы 2013 OFDM удаляют циклический префикс и осуществляют БПФ для получения сигнала для частотной области. Во время периода обучения узлы 2013 OFDM посылают выходной сигнал в узел 2004 оценки канала, который подсчитывает оценки каналов в частотной области. Альтернативно, оценки каналов можно подсчитывать во временной области. В течение периода данных узлы 2013 OFDM посылают выходной сигнал в приемный узел 2002, который демодулирует/декодирует сигнал для получения данных 2014. Узел 2004 оценки канала посылает оценки каналов в генератор 2006 обратной связи, который может квантовать оценки каналов и посылать их обратно в передатчик через управляющий канал 1912 обратной связи.The RF nodes 2008 of each client device receive signals transmitted from the DIDO transmit nodes 1914, convert these signals with a lower frequency to the main frequency band, and feed the signals converted with a lower frequency to the analog-to-digital conversion nodes 2010. The A / D conversion nodes 2010 then convert this signal from analog to digital and send it to the OFDM nodes 2013. OFDM nodes 2013 remove the cyclic prefix and perform an FFT to obtain a signal for the frequency domain. During the training period, OFDM nodes 2013 send an output signal to a channel estimate node 2004, which counts the channel estimates in the frequency domain. Alternatively, channel estimates can be calculated in the time domain. During the data period, OFDM nodes 2013 send an output signal to a receiving node 2002, which demodulates / decodes the signal to obtain 2014 data. The channel estimate node 2004 sends channel estimates to a feedback generator 2006, which can quantize the channel estimates and send them back to the transmitter via feedback control channel 1912.

Конфигуратор 1910 DIDO может использовать информацию, выведенную в базовой станции, либо - в предпочтительном варианте осуществления - использует дополнительно выходной сигнал генератора 2006 обратной связи DIDO (см. фиг.20), работающий в каждом пользовательском устройстве. Генератор 2006 обратной связи DIDO использует оцененное состояние 2004 канала и (или) другие параметры, вроде оцененного SNR в приемнике для генерирования сообщения обратной связи, подлежащего вводу в конфигуратор 1910 DIDO. Генератор 2006 обратной связи DIDO может сжимать информацию в приемнике, может квантовать информацию и (или) использовать какие-либо стратегии ограничения обратной связи, известные из уровня техники.DIDO configurator 1910 may use the information output at the base station, or — in a preferred embodiment — additionally use the output signal of the DIDO feedback generator 2006 (see FIG. 20) operating in each user device. The DIDO feedback generator 2006 uses the estimated channel state 2004 and / or other parameters, such as the estimated SNR at the receiver, to generate a feedback message to be input to the DIDO configurator 1910. The DIDO feedback generator 2006 may compress information at the receiver, may quantize the information, and / or use any feedback limiting strategies known in the art.

Конфигуратор 1910 DIDO может использовать информацию, извлеченную из управляющего канала 1912 обратной связи DIDO. Этот управляющий канал 1912 обратной связи DIDO является логическим или физическим управляющим каналом, который используется для отправки выходного сигнала генератора 2006 обратной связи DIDO от пользователя к базовой станции. Управляющий канал 1912 может быть реализован любым известным из уровня техники способом и может быть логическим или физическим управляющим каналом. В качестве физического канала он может содержать выделенный временной/частотный сегмент, назначенный пользователю. Это может также быть канал со случайным доступом, совместно используемый всеми пользователями. Управляющий канал может быть назначен заранее или может быть создан захватыванием битов заранее заданным образом из существующего управляющего канала.DIDO configurator 1910 may use information extracted from the DIDO feedback control channel 1912. This DIDO feedback control channel 1912 is a logical or physical control channel that is used to send the output of the DIDO feedback generator 2006 from the user to the base station. The control channel 1912 may be implemented by any method known in the art and may be a logical or physical control channel. As a physical channel, it may contain a dedicated time / frequency segment assigned to the user. It can also be a random access channel shared by all users. The control channel may be assigned in advance or may be created by capturing bits in a predetermined manner from an existing control channel.

В нижеследующем рассмотрении описаны результаты, полученные посредством измерений с прототипом DIDO-OFDM в реальных средах распространения. Эти результаты демонстрируют потенциальные усиления, достижимые в адаптивных системах DIDO. Характеристика систем DIDO различного порядка представлена изначально, демонстрируя, что возможно увеличить число антенн/пользователей для достижения большей нисходящей пропускной способности. Затем описывается характеристика DIDO как функция местоположения пользовательского устройства, демонстрируя необходимость отслеживания изменений условий в канале. Наконец, описывается характеристика систем DIDO, применяющих методы разнесения.The following discussion describes the results obtained by measuring with the prototype DIDO-OFDM in real distribution environments. These results demonstrate the potential gains achievable in adaptive DIDO systems. Characteristics of DIDO systems of various orders are presented initially, demonstrating that it is possible to increase the number of antennas / users to achieve greater downstream throughput. The DIDO characteristic is then described as a function of the location of the user device, demonstrating the need to track changes in conditions in the channel. Finally, the characterization of DIDO systems employing diversity methods is described.

i. Характеристика систем DIDO различного порядкаi. Characterization of DIDO systems of various orders

Характеристика различных систем DIDO оценивается при увеличении числа передающих антенн N=М, где Месть число пользователей. Сравнивается характеристика нижеследующих систем: SISO, DIDO 2×2, DIDO 4×4, DIDO 6×6 и DIDO 8×8. DIDO N×М относится к DIDO с N передающими антеннами на базовой станции и М пользователями.The characteristic of various DIDO systems is evaluated by increasing the number of transmitting antennas N = M, where Revenge is the number of users. The characteristics of the following systems are compared: SISO, DIDO 2 × 2, DIDO 4 × 4, DIDO 6 × 6 and DIDO 8 × 8. DIDO N × M refers to DIDO with N transmit antennas at the base station and M users.

Фиг.22 иллюстрирует компоновку передающей/приемной антенны. Передающие антенны 2201 помещены в конфигурацию квадратной решетки, а пользователи расположены вокруг передающей решетки. На фиг.22 Т обозначает передающие антенны, a U относится к пользовательским устройствам 2202.22 illustrates a layout of a transmit / receive antenna. Transmitting antennas 2201 are placed in a square array configuration, and users are located around the transmission array. 22, T denotes transmit antennas, and U refers to user devices 2202.

В восьмиэлементной передающей решетке активны различные поднаборы антенн в зависимости от значения N, выбранного для различных измерений. Для каждого порядка (W) DIDO был выбран поднабор антенн, который покрывает наибольшую площадь помещения для ограничения фиксированного размера, наложенного на 8-элементную решетку. Ожидается, что этот критерий улучшит пространственное разнесение для любого заданного значения N.In an eight-element transmission array, different subsets of antennas are active depending on the N value selected for different measurements. For each (W) DIDO order, a subset of antennas has been selected that covers the largest room area to limit a fixed size superimposed on an 8-element array. This criterion is expected to improve spatial diversity for any given value of N.

Фиг.23 показывает конфигурацию решетки для различных порядков DIDO, которые подходят к имеющемуся помещению (т.е. пунктирной линии). Квадратная пунктирная рамка имеет размеры 24"×24", соответствующие ~λ×λ на несущей частоте 450 МГц.23 shows a grid configuration for various DIDO orders that fit an existing room (i.e., a dashed line). The square dotted frame is 24 "× 24" in size, corresponding to ~ λ × λ at a carrier frequency of 450 MHz.

Теперь на основе комментариев, относящихся к фиг.23 и со ссылкой на фиг.22, будет определяться и сравниваться характеристика каждой из нижеследующих систем:Now, based on the comments related to FIG. 23 and with reference to FIG. 22, the characteristic of each of the following systems will be determined and compared:

SISO с Т1 и U1 (2301)SISO with T1 and U1 (2301)

DIDO 2×2 с Т1, 2 и U1, 2 (2302)DIDO 2 × 2 with T1, 2 and U1, 2 (2302)

DIDO 4×4 с Т1, 2, 3, 4 и U1, 2, 3, 4 (2303)DIDO 4 × 4 with T1, 2, 3, 4 and U1, 2, 3, 4 (2303)

DIDO 6×6 с Т1, 2, 3, 4, 5, 6 и U1, 2, 3, 4, 5, 6 (2304)DIDO 6 × 6 with T1, 2, 3, 4, 5, 6 and U1, 2, 3, 4, 5, 6 (2304)

DIDO 8×8 с Т1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и U1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (2305)DIDO 8 × 8 with T1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and U1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (2305)

На фиг.24 показаны SER, BER, SE (спектральная эффективность) и пропускная способность полезных данных как функция от мощности передачи (ТХ) для описанных выше систем DIDO с 4-QAM и скоростью FEC (прямого исправления ошибок), равной 1/2. Видно, что характеристика SER и BER ухудшается для возрастающих значений N. Этот эффект вызван двумя явлениями: для фиксированной мощности ТХ входная мощность в решетку DIDO разделяется между возрастающим числом пользователей (или потоков данных); пространственное разнесение уменьшается при увеличении числа пользователей в реальных (пространственно коррелированных) каналах DIDO.24 shows SER, BER, SE (spectral efficiency) and payload throughput as a function of transmit power (TX) for the above-described DIDO systems with 4-QAM and FEC (forward error correction) rate of 1/2. It can be seen that the characteristics of SER and BER deteriorate for increasing values of N. This effect is caused by two phenomena: for a fixed TX power, the input power to the DIDO array is divided between an increasing number of users (or data streams); spatial diversity decreases as the number of users in real (spatially correlated) DIDO channels increases.

Для сравнения относительной характеристики систем DIDO различного порядка целевая BER фиксируется на уровне 10-4 (это значение может меняться в зависимости от системы), что соответствует приблизительно SER=10-2, как показано на фиг.24. Мы называем значения мощности ТХ, соответствующие этому целевому значению, порогами мощности ТХ (ТРТ). Для любого N, если мощность ТХ ниже ТРТ, мы полагаем невозможным передавать с порядком N DIDO, и нам нужно переключиться на более низкий порядок DIDO. Кроме того, на фиг.24 видно, что SE и пропускная способность полезных данных входят в насыщение, когда мощность ТХ превышает ТРТ для любого значения N. Из этого следует, что можно построить адаптивную стратегию передачи, которая переключается между DIDO различного порядка для улучшения SE или пропускной способности полезных данных при фиксированной заданной целевой частоте ошибок.To compare the relative characteristics of various order DIDO systems, the target BER is fixed at 10 -4 (this value may vary depending on the system), which corresponds to approximately SER = 10 -2 , as shown in Fig. 24. We call the TX power values corresponding to this target value TH TX power thresholds (TRT). For any N, if the TX power is lower than TPT, we consider it impossible to transmit with order N DIDO, and we need to switch to a lower order DIDO. In addition, FIG. 24 shows that SE and payload throughput saturate when TX power exceeds TPT for any value of N. It follows that it is possible to construct an adaptive transmission strategy that switches between different order DIDOs to improve SE or throughput of useful data at a fixed given target error rate.

ii. Характеристика с переменным местоположением пользователяii. User variable location feature

Цель этого эксперимента состоит в оценке характеристики DIDO для различного местоположения пользователей посредством моделирования в пространственно коррелированных каналах. Системы DIDO 2×2 рассматриваются с 4QAM и скоростью FEC, равной 1/2. Пользователь 1 находится на поперечном направлении относительно передающей решетки, тогда как пользователь 2 меняет местоположение от поперечного направления к направлению вдоль антенн, как показано на фиг.25. Передающие антенны разнесены на ~λ/2 и отнесены от пользователей на ~2,5λ.The purpose of this experiment is to evaluate the DIDO characteristics for different user locations by modeling in spatially correlated channels. DIDO 2 × 2 systems are considered with 4QAM and a FEC rate of 1/2. User 1 is in the transverse direction relative to the transmitting array, while user 2 changes location from the transverse direction to the direction along the antennas, as shown in FIG. Transmitting antennas are spaced apart by ~ λ / 2 and allocated from users by ~ 2.5λ.

На фиг.26 показаны результаты SER и SE на пользователя для различных местоположений пользовательского устройства 2. Углы прихода (АОА) пользовательского устройства находятся в диапазоне между 0° и 90° при измерении от направления, поперечного к передающей решетке. Видно, что по мере того, как угловое разделение пользовательских устройств увеличивается, характеристика DIDO улучшается вследствие все большего разнесения, доступного в канале DIDO. Кроме того, при целевой SER=10-2 имеется промежуток в 10 дБ между случаями АОА2=0° и АОА2=90°. Этот результат согласуется с результатами моделирования, полученными на фиг.35 для углового расхождения 10°. Кроме того, отметим, что для случая АОА1=АОА2=0° могут иметь место эффекты взаимовлияния между двумя пользователями (вследствие близости их антенн), что может отличать их характеристику от результатов моделирования на фиг.35.On Fig shows the results of SER and SE per user for different locations of the user device 2. The angles of arrival (AOA) of the user device are in the range between 0 ° and 90 ° when measured from the direction transverse to the transmission grid. It can be seen that as the angular separation of user devices increases, the DIDO characteristic improves due to the increasing diversity available in the DIDO channel. In addition, with the target SER = 10 -2, there is a 10 dB gap between the cases of AOA2 = 0 ° and AOA2 = 90 °. This result is consistent with the simulation results obtained in FIG. 35 for an angular divergence of 10 °. In addition, we note that for the case of AOA1 = AOA2 = 0 °, there may be effects of mutual influence between two users (due to the proximity of their antennas), which may distinguish their characteristics from the simulation results in Fig. 35.

iii. Предпочтительный сценарий для DIDO 8×8iii. Preferred scenario for DIDO 8 × 8

На фиг.24 показано, что DIDO 8×8 дает больше SE, чем DIDO более низкого порядка, за счет более высоких требований к мощности ТХ. Цель данного анализа состоит в том, чтобы показать, что имеются случаи, где DIDO 8×8 превосходит DIDO 2×2 не только с точки зрения показателю пиковой спектральной эффективности (SE), но также с точки зрения требования к мощности ТХ (или ТРТ) для достижения этой пиковой SE.On Fig shows that DIDO 8 × 8 gives more SE than DIDO lower order, due to higher power requirements TX. The purpose of this analysis is to show that there are cases where DIDO 8 × 8 is superior to DIDO 2 × 2 not only in terms of peak spectral efficiency (SE), but also in terms of TX (or TRT) power requirements to achieve this peak SE.

Отметим, что в i.i.d. (идеальных) каналах имеется промежуток ~6 дБ в мощности ТХ между SE для DIDO 8×8 и DIDO 2×2. Этот промежуток вызван тем, что DIDO 8×8 разделяет мощность ТХ между восемью потоками данных, a DIDO 2×2 только между двумя потоками. Этот результат показан через моделирование на фиг.32.Note that in i.i.d. (ideal) channels have a gap of ~ 6 dB in TX power between SEs for DIDO 8 × 8 and DIDO 2 × 2. This gap is caused by the fact that DIDO 8 × 8 divides TX power between eight data streams, and DIDO 2 × 2 only between two streams. This result is shown through the simulation in FIG. 32.

В пространственно коррелированных каналах, однако, ТРТ является функцией от характеристик среды распространения (к примеру, ориентации решетки, местоположения пользователя, углового расхождения). Например, фиг.35 показывает промежуток ~15 дБ для более низкого углового расхождения между двумя различными местоположениями пользовательских устройств. Аналогичные результаты представлены на фиг.26 настоящей заявки.In spatially correlated channels, however, TPT is a function of the characteristics of the propagation medium (for example, lattice orientation, user location, angular divergence). For example, FIG. 35 shows a ~ 15 dB gap for a lower angular difference between two different locations of user devices. Similar results are presented in Fig.26 of this application.

Аналогично системам MIMO, характеристика систем DIDO ухудшается, когда пользователи расположены на направлениях вдоль антенн относительно решетки ТХ (вследствие отсутствия разнесения). Этот эффект наблюдался при измерениях с текущим прототипом DIDO. Следовательно, один способ показать, что DIDO 8×8 превосходит DIDO 2×2, состоит в том, чтобы поместить пользователей на направлениях вдоль антенн по отношению к решеткам DIDO 2×2. В данном сценарии DIDO 8×8 превосходит DIDO 2×2 из-за более высокого разнесения, обеспечиваемого восьмиантенной решеткой.Similar to MIMO systems, the performance of DIDO systems deteriorates when users are located in directions along the antennas relative to the TX array (due to lack of diversity). This effect was observed in measurements with the current DIDO prototype. Therefore, one way to show that DIDO 8 × 8 is superior to DIDO 2 × 2 is to place users in directions along the antennas with respect to the DIDO 2 × 2 arrays. In this scenario, DIDO 8 × 8 is superior to DIDO 2 × 2 due to the higher diversity provided by the eight-antenna array.

В данном анализе рассматриваются следующие системы.The following systems are considered in this analysis.

Система 1: DIDO 8×8 с 4-QAM (передача 8 параллельных потоков данных в каждом временном сегменте);System 1: DIDO 8 × 8 with 4-QAM (transmission of 8 parallel data streams in each time segment);

Система 2: DIDO 2×2 с 64-QAM (передача пользователям Х и Y в каждых 4 временных сегментах). Для этой системы мы рассматриваем четыре комбинации местоположений передающих и приемных антенн: а) Т1,Т2 U1,2 (направление вдоль антенн); b) T3, T4 U3,4 (направление вдоль антенн); с) Т5,Т6 U5,6 (~30° от направления вдоль антенн); d) T7, T8 U7,8 (NLOS вне прямой видимости));System 2: DIDO 2 × 2 with 64-QAM (transmission to users X and Y in every 4 time segments). For this system, we consider four combinations of the locations of the transmitting and receiving antennas: a) T1, T2 U1,2 (direction along the antennas); b) T3, T4 U3,4 (direction along the antennas); c) T5, T6 U5.6 (~ 30 ° from the direction along the antennas); d) T7, T8 U7.8 (NLOS out of line of sight));

Система 3: DIDO 8×8 с 64-QAM; иSystem 3: DIDO 8 × 8 with 64-QAM; and

Система 4: MISO 8×1 с 64-QAM (передача пользователю Х в каждых 8 временных сегментах).System 4: MISO 8 × 1 with 64-QAM (transmission to user X in every 8 time segments).

Для этих случаев использовалась скорость FEC, равная 3/4.For these cases, a FEC rate of 3/4 was used.

Расположения пользователей показаны на фиг.27.User locations are shown in FIG.

На фиг.28 результаты по SER показывают промежуток ~15 дБ между системами 2а и 2с из-за различных ориентации решеток и местоположений пользователей (аналогично результатам моделирования на фиг.35). Первый подграфик во втором ряду показывает значения мощности ТХ, для которых кривые SE насыщаются (т.е. соответствуют BER 1e-4). Мы видим, что система 1 дает более высокую SE на пользователя для более низкого требования по мощности ТХ (на ~5 дБ меньше), чем система 2. Кроме того, преимущества DIDO 8×8 против DIDO 2×2 более очевидны для нисходящей (DL) SE и нисходящей пропускной способности полезных данных вследствие выигрыша от мультиплексирования DIDO 8×8 над DIDO 2×2. Система 4 имеет более низкое требование по мощности ТХ (на 8 дБ меньше), чем система 1 вследствие выигрыша решетки от формирования луча (т.е. MRC с MISO 8×1). Но система 4 дает только 1/3 от SE на пользователя по сравнению с системой 1. Система 2 имеет худшие эксплуатационные качества, чем система 1 (т.е. дает более низкую SE для большего требования по мощности ТХ). Наконец, система 3 дает намного большую SE (из-за модуляций более высокого порядка), чем система 1 при более высоких требованиях к мощности (~15 дБ).In FIG. 28, the SER results show a ~ 15 dB gap between systems 2a and 2c due to different lattice orientations and user locations (similar to the simulation results in FIG. 35). The first sub-graph in the second row shows the TX power values for which the SE curves are saturated (i.e. correspond to BER 1e-4). We see that system 1 gives a higher SE per user for a lower TX power requirement (~ 5 dB less) than system 2. In addition, the advantages of DIDO 8 × 8 versus DIDO 2 × 2 are more obvious for the downstream (DL ) SE and downlink payload throughput due to gain from DIDO 8 × 8 multiplexing over DIDO 2 × 2. System 4 has a lower TX power requirement (8 dB less) than system 1 due to grating gain from beam formation (i.e., MRC with 8 × 1 MISO). But system 4 gives only 1/3 of the SE per user compared to system 1. System 2 has worse performance than system 1 (that is, it gives a lower SE for a larger TX power requirement). Finally, system 3 gives a much larger SE (due to higher order modulations) than system 1 with higher power requirements (~ 15 dB).

Из этих результатов можно сделать следующие выводы:The following conclusions can be drawn from these results:

Был выявлен один канальный сценарий, для которого DIDO 8×8 превосходит DIDO 2×2 (т.е. дает более высокую SE для более низкого требования к мощности ТХ);One channel scenario was identified for which DIDO 8 × 8 is superior to DIDO 2 × 2 (that is, it provides a higher SE for lower TX power requirements);

В данном канальном сценарии DIDO 8×8 дает более высокую SE на пользователя и SE на нисходящей линии связи, чем DIDO 2×2 и MISO 8×1; иIn this channel scenario, DIDO 8 × 8 gives a higher SE per user and SE on the downlink than DIDO 2 × 2 and MISO 8 × 1; and

Можно дальше улучшить характеристику DIDO 8×8 путем использования модуляций более высокого порядка (т.е. 64-QAM, а не 4-QAM) за счет более высоких требований к мощности ТХ (на ~15 дБ больше).The DIDO 8 × 8 performance can be further improved by using higher-order modulations (i.e. 64-QAM rather than 4-QAM) due to higher TX power requirements (~ 15 dB more).

iv. DIDO с выбором антеннiv. DIDO with antenna selection

Здесь и далее мы оцениваем преимущества алгоритма выбора антенн, описанный в работе R. Chen, R.W.Heath, and J.G.Andrews, "Transmit selection diversity for unitary preceded multiuser spatial multiplexing systems with linear receivers," (Разнесение выбором передачи для многопользовательских систем пространственного мультиплексирования с унитарным предварительным кодированием) accepted to IEEE Trans. on Signal Processing, 2005. Мы представляем результаты для одной конкретной системы DIDO с двумя пользователями, 4-QAM и скоростью FEC, равной 1/2. На фиг.27 сравниваются следующие системы:Hereinafter, we evaluate the advantages of the antenna selection algorithm described by R. Chen, RW Heath, and JGAndrews, "Transmit selection diversity for unitary preceded multiuser spatial multiplexing systems with linear receivers," (Transmission selection diversity for multi-user spatial multiplexing systems with unitary precoding) accepted to IEEE Trans. on Signal Processing, 2005. We present the results for one specific DIDO system with two users, 4-QAM and a FEC rate of 1/2. On Fig compared the following systems:

DIDO 2×2 с Т1,2 и U1,2; иDIDO 2 × 2 with T1.2 and U1.2; and

DIDO 3×2, использующая выбор антенн, с Т1, 2, 3 и U1,2.DIDO 3 × 2, using antenna selection, with T1, 2, 3 and U1,2.

Передающие антенны и местоположения пользовательских устройств те же самые, что и на фиг.27.The transmitting antennas and locations of user devices are the same as in FIG.

На фиг.29 показано, что DIDO 3×2 с выбором антенн может обеспечить выигрыш ~5 дБ по сравнению с системами DIDO 2×2 (в отсутствие выбора). Отметим, что канал почти статический (т.е. отсутствует доплеровский сдвиг), так что алгоритм выбора адаптируется к потерям в тракте и пространственной корреляции канала, а не к быстрым замираниям. В сценариях с высоким доплеровским сдвигом следует ожидать отличные выигрыши. Кроме того, в данном конкретном эксперименте наблюдалось, что алгоритм выбора антенн выбирает для передачи антенны 2 и 3.On Fig shows that DIDO 3 × 2 with the choice of antennas can provide a gain of ~ 5 dB compared with DIDO 2 × 2 systems (in the absence of choice). Note that the channel is almost static (i.e., there is no Doppler shift), so the selection algorithm adapts to the path loss and spatial channel correlation, and not to fast fading. In high Doppler shift scenarios, excellent wins should be expected. In addition, in this particular experiment, it was observed that the antenna selection algorithm selects antennas 2 and 3 for transmission.

v. Пороги SNR для просмотровых таблицv. SNR thresholds for lookup tables

Выше при выборе способа 2 (с компенсацией в приемнике, мы констатировали, что выбор режима обеспечивается просмотровыми таблицами (ПТ). Эти ПТ могут вычисляться заранее путем оценивания порогов SNR для достижения некоторой заданной целевой характеристики частоты ошибок для режимов передачи DIDO в различных средах распространения. Ниже мы обеспечиваем характеристику систем DIDO с выбором и без выбора антенн и переменным числом пользователей, которая может использоваться в качестве руководства для построения ПТ. Хотя фиг.24, 26, 28 и 29 получены из практических измерений с прототипом DIDO, нижеследующие чертежи получены посредством моделирования. Нижеследующие результаты BER предполагают отсутствие FEC.Above, when choosing method 2 (with compensation in the receiver, we noted that the mode selection is provided by look-up tables (PTs). These CTs can be calculated in advance by evaluating the SNR thresholds to achieve some predetermined target error rate characteristic for DIDO transmission modes in different propagation media. Below we provide a characterization of DIDO systems with and without choice of antennas and a variable number of users, which can be used as a guide for constructing DTs. Although FIGS. 24, 26, 28 and 29 are obtained from For practical measurements with the DIDO prototype, the following drawings were obtained by simulation, and the following BER results suggest the absence of FEC.

Фиг.30 показывает характеристику средней BER различных схем предварительного кодирования DIDO в i.i.d каналах. Кривая, помеченная «без выбора», относится к случаю, когда применяется блоковая диагонализация (БД). На том же самом чертеже характеристика выбора антенн (ASel) показана для различного числа дополнительных антенн (по отношению к числу пользователей). Можно видеть, что по мере увеличения числа дополнительных антенн характеристика ASel обеспечивает больший коэффициент усиления при разнесении (характеризующийся наклоном кривой BER в режиме высокого SNR), приводящий к лучшему покрытию. Например, если мы фиксируем целевую BER на уровне 10-2 (практическое значение для некодированных систем), то коэффициент увеличения SNR, обеспечиваемый ASel, возрастает с числом антенн.Fig. 30 shows a characteristic of the average BER of various DIDO precoding schemes in iid channels. A curve labeled “no choice” refers to the case where block diagonalization (DB) is applied. In the same drawing, the antenna selection characteristic (ASel) is shown for a different number of additional antennas (relative to the number of users). You can see that as the number of additional antennas increases, the ASel characteristic provides a higher diversity gain (characterized by the slope of the BER curve in high SNR mode), resulting in better coverage. For example, if we fix the target BER at the level of 10 -2 (practical value for non-encoded systems), then the SNR increase coefficient provided by ASel increases with the number of antennas.

Фиг.31 показывает коэффициент увеличения SNR от ASel как функцию от числа дополнительных передающих антенн в i.i.d. каналах для различных целевых BER. Видно, что даже при добавлении 1 или 2 антенн ASel дает значительные коэффициенты увеличения SNR по сравнению с БД. В последующих сценариях мы оцениваем характеристику ASel только для случаев 1 или 2 дополнительных антенн и при фиксации целевой BER на уровне 10-2 (для некодированных систем).FIG. 31 shows an ASel SNR gain as a function of the number of additional transmit antennas in iid channels for different target BERs. It can be seen that even with the addition of 1 or 2 antennas, ASel provides significant SNR increase coefficients compared to the DB. In the following scenarios, we evaluate the ASel response only for cases of 1 or 2 additional antennas and when the target BER is fixed at 10 -2 (for non-encoded systems).

На фиг.32 показаны пороги SNR как функция от числа пользователей (М) для БД и ASel с 1 или 2 дополнительными антеннами в i.i.d. каналах. Мы видим, что пороги SNR увеличиваются с ростом М вследствие большего требования к приемному SNR для большего числа пользователей. Отметим, что мы предполагаем фиксированную полную мощность передачи (с переменным числом передающих антенн) для любого числа пользователей. Кроме того, на фиг.32 показано, что коэффициент увеличения от выбора антенн постоянен для любого числа пользователей в i.i.d. каналах.On Fig shows the SNR thresholds as a function of the number of users (M) for the database and ASel with 1 or 2 additional antennas in i.i.d. channels. We see that the SNR thresholds increase with increasing M due to the greater requirements for the receiving SNR for a larger number of users. Note that we assume a fixed total transmit power (with a variable number of transmit antennas) for any number of users. In addition, FIG. 32 shows that the magnification factor from the selection of antennas is constant for any number of users in i.i.d. channels.

Далее мы показываем характеристику систем DIDO в пространственно коррелированных каналах. Мы моделируем каждый пользовательский канал посредством модели пространственного канала COST259, описанной в работе X. Zhuang, F.W.Vook, К.L.Baum, Т.A.Thomas, and M. Cudak, "Channel models for link and system level simulations," (Модели канала для моделирований на уровне линий связи и систем) IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Working Group, Sep.2004. Мы генерируем единственный кластер для каждого пользователя. В качестве изучения конкретного случая, мы предполагаем каналы NLOS, равномерную линейную решетку (РЛР) (ULA) в передатчике с разносом элементов на 0,5 лямбда. Для случая системы с двумя пользователями мы моделируем кластеры со средними углами прихода АОА1 и АОА2 соответственно для первого и второго пользователей. АОА измеряются по отношению к направлению в сторону от РЛР. Когда в системе имеется более двух пользователей, мы генерируем кластеры пользователей с равномерно разнесенными средними АОА в диапазоне [-ϕm, ϕm, где мы определяем:Next, we show the characteristics of DIDO systems in spatially correlated channels. We model each user channel using the COST259 spatial channel model described by X. Zhuang, FWVook, K.L. Baum, T.A. Thomas, and M. Cudak, "Channel models for link and system level simulations," channel for simulations at the level of communication lines and systems) IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Working Group, Sep 2004. We generate a single cluster for each user. As a case study, we assume NLOS channels, a uniform linear array (RLR) (ULA) in a transmitter with an element spacing of 0.5 lambda. For the case of a system with two users, we model clusters with average angles of arrival AOA1 and AOA2, respectively, for the first and second users. AOA are measured in relation to the direction away from the HRD. When there are more than two users in the system, we generate user clusters with evenly spaced average AOAs in the range [-ϕ m , ϕ m , where we define:

Ф M = Δ φ ( M 1 ) 2 , ( 13 )

Figure 00000056
F M = Δ φ ( M - one ) 2 , ( 13 )
Figure 00000056

где М - число пользователей, а Δϕ - угловое разделение между средними АОА пользователей. Отметим, что угловой диапазон [-ϕm, ϕm] центрируется на угле 0°, соответствующем направлению, поперечному РЛР. Далее рассмотрим характеристику BER систем DIDO как функцию от углового расхождения (AS) каналов и углового разделения между пользователями со схемами передачи БД и ASel и различным числом пользователей.where M is the number of users, and Δϕ is the angular separation between the average AOA of users. Note that the angular range [-ϕ m , ϕ m ] is centered at an angle of 0 °, corresponding to the direction transverse to the radar. Next, we consider the BER characteristic of DIDO systems as a function of the angular divergence (AS) of the channels and the angular separation between users with DB and ASel transmission schemes and a different number of users.

На фиг.33 показана BER в зависимости от среднего SNR на пользователя для двух пользователей, расположенных на одном и том же угловом направлении (т.е. АОА1=АОА2=0° по отношению к направлению, поперечному к РЛР) с различными значениями AS. Можно видеть, что по мере увеличения AS характеристика BER улучшается и достигает случая i.i.d. Фактически более высокое AS дает статистически меньшее перекрытие между собственными режимами двух пользователей и более хорошую характеристику предварительного кодера БД.33 shows a BER depending on the average SNR per user for two users located in the same angular direction (i.e., AOA1 = AOA2 = 0 ° with respect to the direction transverse to the HRD) with different AS values. It can be seen that as the AS increases, the BER characteristic improves and reaches the case of i.i.d. In fact, a higher AS gives a statistically less overlap between the native modes of the two users and a better characteristic of the database precoder.

На фиг.34 показаны результаты, аналогичные фиг.33, но при более высоком угловом разнесении пользователей. Мы считаем АОА1=0° и АОА2=90° (т.е. угловое разделение 90°). Наилучшая характеристика достигается теперь в случае низкого AS. Фактически, для случая более высокого углового разнесения имеется меньшее перекрытие между собственными режимами пользователей, когда угловое расхождение низкое. Примечательно, что, как можно видеть, характеристика BER при низком AS лучше, чем i.i.d. каналы по только что упомянутым причинам.On Fig shows the results similar to Fig, but with a higher angular diversity of users. We consider AOA1 = 0 ° and AOA2 = 90 ° (i.e. angular separation of 90 °). The best performance is now achieved in the case of low AS. In fact, for the case of higher angular diversity, there is less overlap between the user's own modes when the angular divergence is low. It is noteworthy that, as can be seen, the BER characteristic at low AS is better than i.i.d. channels for the reasons just mentioned.

Далее мы вычисляем пороги SNR для целевой BER в 10-2 в сценариях с различной корреляцией. На фиг.35 отложены пороги SNR как функция от AS для различных значений средних АОА пользователей. Для низкого углового разнесения пользователей надежные передачи с разумным требованием к SNR (т.е. 18 дБ) возможны только для каналов, характеризуемых высоким AS. С другой стороны, когда пользователи пространственно разнесены, требуется меньшее SNR для соблюдения той же самой целевой BER.Next, we calculate the SNR thresholds for the target BER of 10 -2 in scenarios with different correlations. In Fig. 35, SNR thresholds are plotted as a function of AS for various values of average AOA of users. For low angular diversity of users, reliable transmissions with a reasonable SNR requirement (i.e. 18 dB) are only possible for channels characterized by high AS. On the other hand, when users are spatially separated, a lower SNR is required to comply with the same target BER.

На фиг.36 показан порог SNR для случая пяти пользователей. Средние значения АОА для пользователей в соответствии с определением в (13) при различных значениях углового разнесения Δϕ. Мы видим, что для Δϕ=0° и AS<15° блоковая диагонализация выполняется недостаточно из-за малого углового разнесения между пользователями, и целевая BER не соблюдается. С ростом AS требование к SNR для соблюдения фиксированной целевой BER уменьшается. С другой стороны, для Δϕ=30° требование наименьшего SNR получается при низком AS, что согласуется с результатами на фиг.35. По мере увеличения AS пороги SNR насыщаются для одного из i.i.d. каналов. Отметим, что Δϕ=30° с 5 пользователями соответствует диапазону АОА [-60°, 60°], что является обычным для базовых станций в сотовых системах с разделением сот на сектора под углами 120°.On Fig shows the SNR threshold for the case of five users. Average AOA values for users as defined in (13) for various values of angular diversity Δϕ. We see that for Δϕ = 0 ° and AS <15 °, block diagonalization is not performed enough due to the small angular separation between users, and the target BER is not observed. As the AS grows, the SNR requirement for meeting a fixed target BER decreases. On the other hand, for Δϕ = 30 °, the requirement of the smallest SNR is obtained at low AS, which is consistent with the results in Fig. 35. As AS increases, the SNR thresholds become saturated for one of i.i.d. channels. Note that Δϕ = 30 ° with 5 users corresponds to the AOA range [-60 °, 60 °], which is usual for base stations in cellular systems with cell division into sectors at 120 ° angles.

Далее рассмотрим характеристику схемы передачи ASel в пространственно коррелированных каналах. На фиг.37 сравнивается порог SNR для БД и ASel при 1 и 2 дополнительных антеннах для случая двух пользователей. Мы рассматриваем два разных случая углового разнесения между пользователями: [АОА1=0°, АОА2=0°] и [АОА1=0°, АОА2=90°]. Кривые для схемы БД (т.е. без выбора антенн) такие же, как на фиг.35. Мы видим, что ASel дает коэффициенты увеличения SNR в 8 дБ и 10 дБ соответственно при 1 и 2 дополнительных антеннах для высокого AS. По мере уменьшения AS коэффициент увеличения ASel над БД становится меньше из-за сниженного числа степеней свободы в вещательном канале MIMO. Примечательно, что для AS=0° (т.е. рядом с каналами LOS) и случая [АОА1=0°, АОА2=90°] ASel не обеспечивает никакого коэффициента увеличения из-за отсутствия разнесения в пространственной области. На фиг.38 показаны такие же результаты, как фиг.37, но для случая пяти пользователей.Next, we consider a characteristic of the ASel transmission scheme in spatially correlated channels. On Fig compares the SNR threshold for the database and ASel with 1 and 2 additional antennas for the case of two users. We consider two different cases of angular separation between users: [AOA1 = 0 °, AOA2 = 0 °] and [AOA1 = 0 °, AOA2 = 90 °]. The curves for the OBD circuit (i.e., without antenna selection) are the same as in FIG. 35. We see that ASel gives SNR increase factors of 8 dB and 10 dB, respectively, with 1 and 2 additional antennas for high AS. As AS decreases, the coefficient of increase in ASel over the database becomes smaller due to the reduced number of degrees of freedom in the MIMO broadcast channel. It is noteworthy that for AS = 0 ° (that is, next to the LOS channels) and the case [AOA1 = 0 °, AOA2 = 90 °] ASel does not provide any magnification factor due to the lack of diversity in the spatial domain. On Fig shows the same results as Fig, but for the case of five users.

Мы вычисляем пороги SNR (в предположении обычной целевой BER на уровне 10~2) как функцию от числа пользователей в системе (М) для схем передачи как БД, так и ASel. Пороги SNR соответствуют среднему SNR, так что полная мощность передачи постоянна для любого М. Мы предполагаем максимальное разнесение между средними АОА каждого кластера пользователей в диапазоне азимутов [-ϕm, ϕm]=[-60°, 60°]. Тогда, угловое разнесение между пользователями составляет Δϕ=120°/(М-1).We calculate the SNR thresholds (assuming the usual target BER at the level of 10 ~ 2 ) as a function of the number of users in the system (M) for transmission schemes of both the database and ASel. The SNR thresholds correspond to the average SNR, so that the total transmit power is constant for any M. We assume the maximum separation between the average AOA of each user cluster in the azimuth range [-ϕ m , ϕ m ] = [- 60 °, 60 °]. Then, the angular separation between users is Δϕ = 120 ° / (M-1).

На фиг.39 показаны пороги SNR для схемы БД с различными значениями AS. Мы видим, что требование наинизшего SNR достигается для AS=0,1° (т.е. низкое угловое расхождение) при относительно малом числе пользователей (т.е. К≤20) вследствие большого углового разнесения между пользователями. Однако для М>50 требование к SNR составляет значительно свыше 40 дБ, поскольку Δϕ очень мало, и БД непрактично. Кроме того, для AS>10° пороги SNR остаются почти постоянными для любого М, и система DIDO в пространственно коррелированных каналах достигает характеристики i.i.d. каналов.On Fig shows the SNR thresholds for the database scheme with different values of AS. We see that the requirement of the lowest SNR is achieved for AS = 0.1 ° (i.e., low angular divergence) with a relatively small number of users (i.e., K≤20) due to the large angular separation between users. However, for M> 50, the SNR requirement is well over 40 dB, since Δϕ is very small and the database is impractical. In addition, for AS> 10 °, the SNR thresholds remain almost constant for any M, and the DIDO system in spatially correlated channels reaches the characteristic i.i.d. channels.

Для снижения значений порогов SNR и улучшения характеристики системы DIDO мы применяет схему передачи ASel. На фиг.40 показаны пороги SNR в пространственно коррелированных каналах при AS=0,1° для БД и ASel с 1 и 2 дополнительными антеннами. Для сравнения мы даем также кривые для случая i.i.d., показанного на фиг.32. Видно, что для малого числа пользователей (т.е. М≤10) выбор антенн не помогает снизить требование к SNR из-за отсутствия разнесения в вещательном канале DIDO. По мере увеличения числа пользователей ASel получает преимущество благодаря многопользовательскому разнесению, дающему коэффициент увеличения SNR (а именно, 4 дБ для М=20). Кроме того, для М≤20 характеристика ASel с 1 и 2 дополнительными антеннами в каналах с высокой пространственной корреляцией является одинаковой.To reduce the SNR thresholds and improve the performance of the DIDO system, we use the ASel transmission scheme. 40 shows SNR thresholds in spatially correlated channels at AS = 0.1 ° for a DB and ASel with 1 and 2 additional antennas. For comparison, we also give curves for the case i.i.d. shown in Fig. 32. It can be seen that for a small number of users (i.e., M≤10), the choice of antennas does not help to reduce the SNR requirement due to the lack of diversity in the DIDO broadcast channel. As the number of users grows, ASel gains an advantage due to multi-user diversity giving an increase in SNR (namely, 4 dB for M = 20). In addition, for M≤20, the ASel characteristic with 1 and 2 additional antennas in channels with high spatial correlation is the same.

Далее мы вычисляем пороги SNR для еще двух канальных сценариев: AS=5° на фиг.41 и AS=10° на фиг.42. На фиг.41 показано, что ASel дает коэффициент увеличения SNR также для относительно малого числа пользователей (т.е. М≤10), в отличие от фиг.40, из-за большего углового расхождения. Для AS=10° пороги SNR еще больше снижаются, а коэффициенты увеличения благодаря ASel становятся выше, как видно на фиг.42.Next, we calculate the SNR thresholds for two more channel scenarios: AS = 5 ° in Fig. 41 and AS = 10 ° in Fig. 42. FIG. 41 shows that ASel also provides an SNR increase factor for a relatively small number of users (i.e., M 10 10), in contrast to FIG. 40, due to a larger angular discrepancy. For AS = 10 °, the SNR thresholds are further reduced, and the magnification factors due to ASel become higher, as can be seen in Fig. 42.

Наконец, обобщим результаты, представленные к настоящему моменту для коррелированных каналов. На фиг.43 и фиг.44 показаны пороги SNR как функция от числа пользователей (М) и углового расхождения (AS) для схем БД и ASel соответственно с 1 и 2 антеннами. Отметим, что случай AS=30° соответствует фактически i.i.d. каналам, и мы использовали это значение AS на графике только для графического представления. Мы видим, что, хотя на БД влияет пространственная корреляция каналов, ASel дает почти одинаковую характеристику для любого AS. Кроме того, при AS=0,1° ASel выполняется аналогично БД для малых М, при этом превосходя БД для больших М (т.е. М≥20) вследствие многопользовательского разнесения.Finally, we summarize the results presented to date for correlated channels. On Fig and Fig shows SNR thresholds as a function of the number of users (M) and angular divergence (AS) for the database circuit and ASel, respectively, with 1 and 2 antennas. Note that the case AS = 30 ° corresponds actually to i.i.d. channels, and we used this AS value on the graph for graphical representation only. We see that although the spatial correlation of channels affects the database, ASel gives an almost identical characteristic for any AS. In addition, at AS = 0.1 °, ASel is performed similarly to the database for small M, while surpassing the database for large M (i.e., M≥20) due to multi-user diversity.

На фиг.49 сравнивается характеристика различных схем DIDO с точки зрения порогов SNR. Рассматриваемыми схемами DIDO являются: БД, ASel, БД с собственным режимом выбора (БД-ESel) и метод оптимального сложения (MRC). Отметим, что MRC не подавляет заранее помехи в передатчике (в отличие от прочих способов), но обеспечивает больший коэффициент увеличения в случае, когда пользователи пространственно разделены. На фиг.49 мы наносим на график порог SNR при целевой BER=10-2 для систем DIDO N×2, когда два пользователя расположены соответственно под - 30° и 30° относительно поперечного направления к передающей решетке. Мы видим, что для низкого AS схема MRC обеспечивает выигрыш 3 дБ по сравнению с другими схемами, поскольку пространственные каналы пользователей хорошо разделены и эффект от помехи между пользователями низок. Отметим, что выигрыш MRC над DIDO N×2 получается благодаря коэффициенту усиления решетки. Для AS более 20° схема QR-ASel превосходит остальные и дает выигрыш примерно 10 дБ по сравнению с БД 2×2 без выбора. QR-ASel и БД-ESel обеспечивают примерно одинаковую характеристику для любого значения AS.On Fig compares the characteristics of various DIDO schemes in terms of SNR thresholds. The considered DIDO schemes are: database, ASel, database with its own selection mode (database-ESel) and the method of optimal addition (MRC). Note that the MRC does not pre-suppress interference in the transmitter (unlike other methods), but provides a larger magnification factor when users are spatially separated. In Fig. 49, we plot the SNR threshold with a target BER = 10 -2 for DIDO N × 2 systems, when two users are located respectively at -30 ° and 30 ° relative to the transverse direction to the transmission grid. We see that for low AS, the MRC scheme provides a 3 dB gain compared to other schemes, since the user spatial channels are well separated and the interference effect between users is low. Note that the gain of MRC over DIDO N × 2 is obtained due to the grating gain. For ASs over 20 °, the QR-ASel scheme is superior to the others and gives a gain of about 10 dB compared to a 2 × 2 DB without a choice. QR-ASel and DB-ESel provide approximately the same characteristic for any AS value.

Описанное выше является новым методом адаптивной передачи для систем DIDO. Этот способ динамически переключается между режимами передачи DIDO к различным пользователям для улучшения пропускной способности при фиксированной целевой частоте ошибок. Характеристика систем DIDO различного порядка была измерена в разных условиях распространения, и было установлено, что значительные выигрыши в пропускной способности могут быть достигнуты путем динамического выбора режимов DIDO и числа пользователей как функции от условий распространения.The above is a new adaptive transmission method for DIDO systems. This method dynamically switches between DIDO transmission modes to different users to improve throughput at a fixed target error rate. Characteristics of various order DIDO systems were measured under different propagation conditions, and it was found that significant gains in throughput can be achieved by dynamically selecting DIDO modes and the number of users as a function of distribution conditions.

III. Предварительная компенсация частотного и фазового сдвигаIII. Preliminary compensation of frequency and phase shift

а. Уровень техникиbut. State of the art

Как описано выше, системы беспроводной связи используют несущие колебания для передачи информации. Эти несущие колебания обычно представляют собой синусоиды, которые модулированы по амплитуде и (или) фазе в зависимости от подлежащей передаче информации. Номинальная частота этой синусоиды называется несущая частота. Для создания этого колебания передатчик синтезирует одну или несколько синусоид и использует преобразование с повышением частоты для создания моделированного сигнала, «сидящего» на синусоиде с заранее заданной несущей частотой. Это можно сделать путем прямого преобразования, где сигнал непосредственно модулируется на несущей, или путем многоэтапного преобразования с повышением частоты. Для обработки этого колебания приемник должен демодулировать принятый ВЧ сигнал и эффективно удалить несущую модуляции. Это требует, чтобы приемник синтезировал один или несколько синусоидальных сигналов для инвертирования процесса модуляции в передатчике, что известно как преобразование с понижением частоты. К сожалению, синусоидальные сигналы, генерируемые в передатчике и приемнике, получаются от разных опорных генераторов. Никакой опорный генератор не создает идеальный эталон частоты; на практике всегда имеется некоторое отклонение от истиной частоты.As described above, wireless communication systems use carrier waves to transmit information. These carrier oscillations are usually sinusoids that are modulated in amplitude and / or phase depending on the information to be transmitted. The nominal frequency of this sine wave is called the carrier frequency. To create this oscillation, the transmitter synthesizes one or more sinusoids and uses a frequency upconversion to create a simulated signal "sitting" on a sinusoid with a predetermined carrier frequency. This can be done by direct conversion, where the signal is directly modulated on the carrier, or by multi-stage conversion with increasing frequency. To handle this oscillation, the receiver must demodulate the received RF signal and effectively remove the modulation carrier. This requires the receiver to synthesize one or more sinusoidal signals to invert the modulation process in the transmitter, which is known as down-conversion. Unfortunately, the sinusoidal signals generated in the transmitter and receiver are obtained from different reference generators. No reference oscillator creates an ideal frequency reference; in practice, there is always some deviation from the true frequency.

В системах беспроводной связи различия в выходных сигналах опорных генераторов в передатчике и приемниках создают явление, известное как сдвиг несущей частоты или просто сдвиг по частоте в приемнике. Существенно, что в принятом сигнале имеется некоторая остаточная модуляция (соответствующая разности несущих при передаче и приеме), которая появляется после преобразования с понижением частоты. Этот создает искажение в принятом сигнале, приводящее в более высокой частоте ошибок и более низкой пропускной способности.In wireless communication systems, differences in the output signals of the reference oscillators in the transmitter and receivers create a phenomenon known as a carrier frequency shift or simply a frequency shift in the receiver. It is significant that in the received signal there is some residual modulation (corresponding to the carrier difference during transmission and reception), which appears after conversion with decreasing frequency. This creates distortion in the received signal, resulting in a higher error rate and lower bandwidth.

Существуют различные методы для борьбы со сдвигом несущей частоты. Большинство подходов оценивают сдвиг несущей частоты в приемнике, а затем применяют алгоритм коррекции сдвига несущей частоты. Алгоритм оценки сдвига несущей частоты может проводиться вслепую с помощью сдвига QAM (Т. Fusco and M. Tanda, "Blind Frequency-offset Estimation for OFDM/OQAM Systems," (Слепая оценка частотного сдвига для систем OFDM-OQAM) Signal Processing, IEEE Transactions on [см. также Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol.55, pp.1828-1838, 2007); периодических свойств (Е. Serpedin, A. Chevreuil, G. В. Giannakis and P. Loubaton, "Blind channel and carrier frequency offset estimation using periodic modulation precoders," (Слепая оценка канала и сдвига несущей частоты с помощью периодических модулирующих предварительный кодер ов) Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol.48, no. 8, pp.2389-2405, Aug. 2000); или циклического префикса в структурных подходах мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM)) (J.J. van de Beek, M. Sandell, and P.O.Borjesson, "ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems," (Оценка ML временного и частотного сдвига в системах OFDM) Signal Processing, IEEE Transactions on [см. также Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol.45, no. 7, pp.1800-1805, July 1997; U. Tureli, H. Liu, and M.D.Zoltowski, "OFDM blind carrier offset estimation: ESPRIT," (Слепая оценка сдвига несущей OFDM: ESPRIT) IEEE Trans. Commun., vol.48, no. 9, pp.1459-1461, Sept. 2000; M. Luise, M. Marselli, and R. Reggiannini, "Low-complexity blind carrier frequency recovery for OFDM signals over frequency-selective radio channels," (Слепое восстановление несущей частоты низкой сложности для сигналов OFDM в частотно-селективных радио каналах) IEEE Trans. Commun., vol.50, no. 7, pp.1182-1188, July 2002).There are various methods to combat carrier frequency shift. Most approaches evaluate the carrier frequency shift at the receiver, and then apply the carrier frequency shift correction algorithm. The carrier frequency shift estimation algorithm can be performed blindly using QAM shift (T. Fusco and M. Tanda, "Blind Frequency-offset Estimation for OFDM / OQAM Systems," Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol. 55, pp. 1828-1838, 2007); periodic properties (E. Serpedin, A. Chevreuil, G. B. Giannakis and P. Loubaton, "Blind channel and carrier frequency offset estimation using periodic modulation precoders," (Blind channel and carrier frequency offset estimation using periodic modulating precoders ) Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol. 48, no. 8, pp.2389-2405, Aug. 2000); or cyclic prefix in structural approaches of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM)) (JJ van de Beek, M. Sandell, and POBorjesson, "ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems," (ML estimation of time and frequency shift in OFDM systems) Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol. 45, no. 7, pp. 1800-1805, July 1997; U. Tureli, H. Liu, and MDZoltowski, “OFDM blind carrier offset estimation: ESPRIT,” IEEE Trans. Commun., Vol. 48, no. 9, pp. 1459-1461, Sept. 2000; M . Luise, M. Marselli, and R. Reggiannini, "Low-complexity blind carrier frequency recovery for OFDM signals over frequency-selective radio channels," low complexity carrier frequency for OFDM signals in frequency selective radio channels (IEEE Trans. Commun., vol.50, no. 7, pp.1182-1188, July 2002).

Альтернативно, можно использовать специальные обучающие сигналы, включающие в себя повторяемый символ данных (Р.H.Moose, "A technique for orthogonal frequency division multiplexing frequency offset correction," (Метод коррекции частотного сдвига мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов) IEEE Trans. Commun., vol.42, no. 10, pp.2908-2914, Oct. 1994); два различных символа (Т.M.Schmidi and D.С.Сох, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," (Надежная частотная и временная синхронизация для OFDM) IEEE Trans. Commun., vol.45, no. 12, pp.1613-1621, Dec. 1997); или периодически вставляемые известные последовательности символов (M. Luise and R. Reggiannini, "Carrier frequency acquisition and tracking for OFDM systems," (Получение и отслеживание несущей частоты для систем OFDM) IEEE Trans. Commun., vol.44, no. 11, pp.1590-1598, Nov.1996). Коррекция может происходить в аналоговом или в цифровом виде. Приемник может также использовать оценку сдвига несущей частоты для предварительной коррекции переданного сигнала, чтобы исключить сдвиг. Коррекция сдвига несущей частоты подробно изучена для многочастотных и OFDM систем вследствие их чувствительности к частотному сдвигу (J.J. van de Beek, M. Sandell, and P.O.Borjesson, "ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems," (Оценка ML временного и частотного сдвига в системах OFDM) Signal Processing, IEEE Transactions on [см. также Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol.45, no. 7, pp.1800-1805, July 1997; U. Tureli, H. Liu, and M.D.Zoltowski, "OFDM blind carrier offset estimation: ESPRIT," (Слепая оценка сдвига несущей OFDM: ESPRIT) IEEE Trans. Commun., vol.48, no. 9, pp.1459-1461, Sept. 2000; Т.M.Schmidi and D.C.Cox, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," (Надежная частотная и временная синхронизация для OFDM) IEEE Trans. Commun., vol.45, no. 12, pp.1613-1621, Dec. 1997; M. Luise, M. Marselli, and R. Reggiannini, "Low-complexity blind carrier frequency recovery for OFDM signals over frequency-selective radio channels," (Слепое восстановление несущей частоты низкой сложности для сигналов OFDM в частотно-селективных радио каналах) IEEE Trans. Commun., vol.50, no. 7, pp.1182-1188, July 2002).Alternatively, you can use special training signals that include a repeatable data symbol (P.H. Moose, "A technique for orthogonal frequency division multiplexing frequency offset correction," IEEE Trans. Commun ., vol. 42, no. 10, pp. 2908-2914, Oct. 1994); two different symbols (T.M.Schmidi and D.C. Soh, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," (Reliable frequency and time synchronization for OFDM) IEEE Trans. Commun., vol. 45, no. 12, pp .1613-1621, Dec. 1997); or periodically inserted known symbol sequences (M. Luise and R. Reggiannini, "Carrier frequency acquisition and tracking for OFDM systems," IEEE Trans. Commun., vol. 44, no. 11, pp. 1590-1598, Nov. 1996). Correction can occur in analog or digital form. The receiver may also use a carrier frequency offset estimate to pre-correct the transmitted signal to eliminate the offset. Carrier frequency shift correction has been extensively studied for multi-frequency and OFDM systems due to their sensitivity to frequency shift (JJ van de Beek, M. Sandell, and POBorjesson, "ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems," Shear in OFDM systems) Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol. 45, no. 7, pp. 1800-1805, July 1997; U. Tureli, H . Liu, and MDZoltowski, "OFDM blind carrier offset estimation: ESPRIT," (OFDM blind carrier offset estimation: ESPRIT) IEEE Trans. Commun., Vol. 48, no. 9, pp. 1459-1461, Sept. 2000; T. M. Schmidi and DCCox, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," (Reliable frequency and time synchronization (for OFDM) IEEE Trans. Commun., vol. 45, no. 12, pp. 1613-1621, Dec. 1997; M. Luise, M. Marselli, and R. Reggiannini, "Low-complexity blind carrier frequency recovery for OFDM signals over frequency-selective radio channels, "(Blind recovery of carrier frequency of low complexity for OFDM signals in frequency selective radio channels) IEEE Trans. Commun., Vol.50, no. 7, pp. 1182-1188, July 2002).

Оценка и коррекция частотного сдвига является важным вопросом для многоантенных систем связи или в целом для систем MIMO (со множественными входами и множественными выходами). В системах MIMO, где передающие антенны привязаны к одной опорной частоте, а приемники привязаны к другой опорной частоте, имеется единственный сдвиг между передатчиком и приемником. Предложено несколько алгоритмов для решения этой проблемы с помощью обучающих сигналов (К. Lee and J. Chun, "Frequency-offset estimation for MIMO and OFDM systems using orthogonal training sequences," (Оценка частотного сдвига для систем MIMO и OFDM с помощью ортогональных обучающих последовательностей) IEEE Trans. Veh. Technol., vol.56, no. 1, pp.146-156, Jan. 2007; M. Ghogho and A. Swami, "Training design for multipath channel and frequency offset estimation in MIMO systems," (Схема обучения для оценки многолучевых каналов и частотного сдвига в системах MIMO) Signal Processing, IEEE Transactions on [см. также Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol.54, no. 10, pp.3957-3965, Oct. 2006), и адаптивного слежения (С. Oberii and В. Daneshrad, "Maximum likelihood tracking algorithms for MIMOOFDM," (Алгоритмы слежения максимального правдоподобия для MIMOOFDM) in Communications, 2004 IEEE International Conference on, vol.4, June 20-24, 2004, pp.2468-2472). Более сложная проблема встречается в системах MIMO, где передающие антенны не привязаны к одной и той же опорной частоте, а приемные антенны привязаны друг к другу. Это практически происходит на восходящей линии связи системы множественного доступа с пространственным разделением каналов (SDMA), которую можно рассматривать как систему MIMO, в которой разные пользователи соответствуют разным передающим антеннам. В этом случае компенсация частотного сдвига намного более сложна. В частности, частотный сдвиг создает помехи между разными передаваемыми потоками MIMO. Их можно скорректировать с помощью сложных алгоритмов совместной оценки и выравнивания (А. Kannan, Т.Р.Krauss, and M.D.Zoltowski, "Separation of cochannel signals under imperfect timing and carrier synchronization", (Разделение сигналов в совместных каналах при неидеальной временной и частотной синхронизации) IEEE Trans. Veh. Technol., vol.50, no. 1, pp.79-96, Jan. 2001), и выравнивания с последующей оценкой частотного сдвига (Т. Tang and R.W.Heath, "Joint frequency offset estimation and interference cancellation for MIMO-OFDM systems [mobile radio]," (Совместная оценка частотного сдвига и подавление помех для систем MIMO-OFDM [мобильное радио]) 2004. VTC2004-Fall. 2004 IEEE 60th Vehicular Technology Conference, vol.3, pp.1553-1557, Sept.26-29, 2004; X. Dai, "Carrier frequency offset estimation for OFDM/SDMA systems using consecutive pilots," (Оценка сдвига несущей частоты для систем OFDM/SDMA с помощью последовательных обучающих сигналов) IEEE Proceedings- Communications, vol.152, pp.624-632, Oct.7, 2005). В некоторых работах решается связанная с этим задача остаточного фазового сдвига и отслеживания ошибки, где остаточные фазовые сдвиги оцениваются и компенсируются после оценки частотного сдвига, но эти работы рассматривают только восходящую линию связи системы SDMA OFDMA (L. Haring, S. Bieder, and A. Czylwik, "Residual carrier and sampling frequency synchronization in multiuser OFDM systems," (Синхронизация остаточной несущей и частоты дискретизации в многопользовательских системах OFDM) 2006. VTC 2006-Spring. IEEE 63rd Vehicular Technology Conference, vol.4, pp.1937-1941, 2006). Наиболее сложный случай в системах MIMO происходит, когда все передающие и приемные антенны имеют различные опорные частоты. Единственная имеющаяся работа по этой теме дает лишь асимптотический анализ ошибки оценки в каналах с плавными замираниями (О. Besson and P. Stoica, "On parameter estimation of MIMO flat-fading channels with frequency offsets," (О параметрической оценке каналов с плавными замираниями OFDM с частотными сдвигами) Signal Processing, IEEE Transactions on [см. также Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol.51, no. 3, pp.602-613, Mar. 2003).Evaluation and correction of the frequency shift is an important issue for multi-antenna communication systems or, in general, for MIMO systems (with multiple inputs and multiple outputs). In MIMO systems, where transmit antennas are tied to one reference frequency and receivers are tied to another reference frequency, there is only one shift between the transmitter and receiver. Several algorithms have been proposed to solve this problem using training signals (K. Lee and J. Chun, "Frequency-offset estimation for MIMO and OFDM systems using orthogonal training sequences," (Estimating the frequency shift for MIMO and OFDM systems using orthogonal training sequences ) IEEE Trans. Veh. Technol., Vol. 56, no. 1, pp. 146-156, Jan. 2007; M. Ghogho and A. Swami, "Training design for multipath channel and frequency offset calculation in MIMO systems," (Training scheme for evaluating multipath channels and frequency shift in MIMO systems) Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol. 54, no. 10, pp.3957-3965 , Oct. 2006), and adaptive tracking (C. Oberii and B. Daneshrad, "Maximum likelihood tracking algorithms for MIMOOFDM," (Maximum Likelihood Tracking Algorithms for MIMOOFDM) in Communications, 2004 IEEE International Conference on, vol.4, June 20-24, 2004, pp.2468- 2472). A more complex problem is encountered in MIMO systems, where transmitting antennas are not tied to the same reference frequency, and receiving antennas are tied to each other. This practically happens on the uplink of a space division multiple access (SDMA) system, which can be thought of as a MIMO system in which different users correspond to different transmit antennas. In this case, the compensation of the frequency shift is much more complicated. In particular, the frequency shift interferes between different transmitted MIMO streams. They can be corrected using complex joint estimation and alignment algorithms (A. Kannan, T.P. Krauss, and MDZoltowski, "Separation of cochannel signals under imperfect timing and carrier synchronization", (Separation of signals in joint channels with non-ideal time and frequency synchronization) IEEE Trans. Veh. Technol., vol.50, no. 1, pp. 79-96, Jan. 2001), and alignment followed by frequency shift estimation (T. Tang and RWHeath, "Joint frequency offset estimation and interference cancellation for MIMO-OFDM systems [mobile radio], "(Joint frequency shift estimation and interference suppression for MIMO-OFDM systems [mobile radio]) 2004. VTC2004-Fall. 2004 IEEE 60th Vehicular Technology Conferenc e, vol. 3, pp. 1553-1557, Sept.26-29, 2004; X. Dai, "Carrier frequency offset estimation for OFDM / SDMA systems using consecutive pilots," (Carrier frequency offset estimation for OFDM / SDMA systems with using sequential training signals) IEEE Proceedings- Communications, vol. 152, pp. 624-632, Oct. 7, 2005). Some works solve the related problem of residual phase shift and error tracking, where residual phase shifts are estimated and compensated after estimating the frequency shift, but these works consider only the uplink of the SDMA OFDMA system (L. Haring, S. Bieder, and A. Czylwik, "Residual carrier and sampling frequency synchronization in multiuser OFDM systems," 2006. VTC 2006-Spring. IEEE 63rd Vehicular Technology Conference, vol.4, pp. 1937-1941, 2006). The most difficult case in MIMO systems occurs when all transmit and receive antennas have different reference frequencies. The only available work on this topic provides only an asymptotic analysis of the estimation error in channels with smooth fading (O. Besson and P. Stoica, "On parameter estimation of MIMO flat-fading channels with frequency offsets," (On the parametric estimation of channels with smooth fading OFDM with frequency shifts) Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on], vol. 51, no. 3, pp.602-613, Mar. 2003).

Случай, который не исследован должным образом, происходит, когда разные передающие антенны системы MIMO не имеют одной и той же опорной частоты, а приемные антенны обрабатывают сигналы независимо. Это имеет место в так называемой системе связи с распределенными входами и распределенными выходами (DIDO), именуемая также в литературе вещательным каналом MIMO. Системы DIDO состоят из одной точки доступа с распределенными антеннами, которые передают параллельные потоки данных (посредством предварительного кодирования) ко множеству пользователей для улучшения пропускной способности нисходящей линии связи, используя те же беспроводные ресурсы (т.е. одни и те же длительность сегмента и частотную полосу), что и традиционные системы SISO. Подробное описание систем DIDO было представлено в заявке на патент США №2006/0023803 на имя S.G.Perlman and T.Cotter, "System and method for distributed input-distributed output wireless communications," (Система и способ для беспроводной связи с распределенными входами и распределенными выходами), July 2004. Имеется много способов реализации предварительных кодеров DIDO. Одно решение состоит в блоковой диагонализации, описанной, например, в работах Q.H.Spencer, A.L.Swindlehurst, and M. Haardt, "Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels," (Способы принудительного обнуления коэффициентов для нисходящего пространственного мультиплексирования в многопользовательских каналах MIMO) IEEE Trans. Sig. Proc., vol.52, pp.461-471, Feb. 2004; К.К.Wong, R.D.Murch, and К.В.Letaief, "A joint-channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems," (Совместная канальная диагонализация для многопользовательских антенных систем MIMO) IEEE Trans. Wireless Comm., vol.2, pp.773-786, Jul 2003; L.U.Choi and R.D.Murch, "A transmit preprocessing technique for multiuser MIMO systems using a decomposition approach," (Метод предварительной обработки передач для многопользовательских систем MIMO, использующий декомпозиционный подход) IEEE Trans. Wireless Comm., vol.3, pp.20-24, Jan 2004; Z. Shen, J.G.Andrews, R.W.Heath, and В.L.Evans, "Low complexity user selection algorithms for multiuser MIMO systems with block diagonalization," (Алгоритмы выбора пользователей низкой сложности для многопользовательских систем MIMO с блоковой диагонализацией) accepted for publication in IEEE Trans. Sig. Proc., Sep.2005; Z. Shen, R. Chen, J.G.Andrews, R.W.Heath, and В.L.Evans, "Sum capacity of multiuser MIMO broadcast channels with block diagonalization," (Суммарная пропускная способность многопользовательских вещательных каналов MIMO с блоковой диагонализацией) submitted to IEEE Trans. Wireless Comm., Oct. 2005; R. Chen, R.W.Heath, and J.G.Andrews, "Transmit selection diversity for unitary preceded multiuser spatial multiplexing systems with linear receivers," (Разнесение выбора передач для многопользовательских систем пространственного мультиплексирования унитарного предварительного кодирования с линейными приемниками) accepted to IEEE Trans. on Signal Processing, 2005.A case that has not been studied properly is when the different transmit antennas of the MIMO system do not have the same reference frequency, and the receive antennas process the signals independently. This takes place in the so-called communication system with distributed inputs and distributed outputs (DIDO), also referred to in the literature as the MIMO broadcast channel. DIDO systems consist of a single access point with distributed antennas that transmit parallel data streams (through precoding) to multiple users to improve downlink throughput using the same wireless resources (i.e., the same segment length and frequency lane), as well as traditional SISO systems. A detailed description of DIDO systems was presented in US patent application No. 2006/0023803 to SGPerlman and T. Catter, "System and method for distributed input-distributed output wireless communications," (System and method for wireless communication with distributed inputs and distributed outputs), July 2004. There are many ways to implement DIDO precoders. One solution is to block diagonalize, as described, for example, in the works of QHSpencer, ALSwindlehurst, and M. Haardt, "Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels," MIMO channels) IEEE Trans. Sig. Proc., Vol. 52, pp. 461-471, Feb. 2004; K.K. Wong, R. D. Murch, and C. B. Letaief, "A joint-channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems," IEEE Trans. Wireless Comm., Vol. 2, pp. 773-786, Jul 2003; L.U. Choi and R.D. Murch, "A transmit preprocessing technique for multiuser MIMO systems using a decomposition approach," (IEEE Trans. Transmission preprocessing method for multi-user MIMO systems using a decomposition approach) Wireless Comm., Vol. 3, pp. 20-24, Jan 2004; Z. Shen, JGAndrews, RWHeath, and B.L. Evans, "Low complexity user selection algorithms for multiuser MIMO systems with block diagonalization," (Accepted low-complexity user selection algorithms for multi-user MIMO systems with block diagonalization) accepted for publication in IEEE Trans. Sig. Proc., Sep.2005; Z. Shen, R. Chen, JGAndrews, RWHeath, and B.L. Evans, "Sum capacity of multiuser MIMO broadcast channels with block diagonalization," submitted to IEEE Trans . Wireless Comm., Oct. 2005; R. Chen, R.W. Heath, and J.G. Andrews, "Transmit selection diversity for unitary preceded multiuser spatial multiplexing systems with linear receivers," accepted to IEEE Trans. on Signal Processing, 2005.

В системах DIDO предварительное кодирование передачи используется для разделения потоков данных, предназначенных для разных пользователей. Сдвиг несущей частоты вызывает несколько проблем, связанных с реализацией системы, когда высокочастотные цепочки передающих антенн не используют совместно одну и ту же опорную частоту. Когда это случается, каждая антенна фактически осуществляет передачу на слегка отличающейся несущей частоте. Это нарушает безошибочность работы предварительного кодера DIDO, вызывая у каждого пользователя появление дополнительной помехи. Ниже предложено несколько решений этой проблемы. В одном варианте осуществления этого решения передающие антенны DIDO совместно используют эталонную частоту посредством проводной, оптической или беспроводной сети. В другом варианте осуществления этого решения один или несколько пользователей оценивают разности частотных сдвигов (относительные разности в сдвигах между парами антенн) и посылают эту информацию обратно к передатчику. Передатчик затем предварительно корректирует частотные сдвиги и переходит к фазе обучения и оценки предварительного кодера для DIDO. С этим вариантом осуществления имеется проблема, когда в канале обратной связи имеются задержки. Причина состоит в том, что могут быть остаточные фазовые ошибки, созданные процессом коррекции, которые не учитываются при последующей оценке канала. Для решения этой проблемы в одном дополнительном варианте осуществления используется новый узел оценки частотного сдвига и фазы, который может корректировать данную проблему путем оценки задержки. Результаты представлены как по моделированию, так и практическим измерениям, осуществленным с прототипом DIDO-OFDM.In DIDO systems, transmission precoding is used to separate data streams intended for different users. Shifting the carrier frequency causes several problems associated with the implementation of the system when the high-frequency chains of transmitting antennas do not share the same reference frequency. When this happens, each antenna actually transmits at a slightly different carrier frequency. This violates the error-free operation of the pre-encoder DIDO, causing each user the appearance of additional interference. Below are some solutions to this problem. In one embodiment of this solution, DIDO transmit antennas share a reference frequency via a wired, optical, or wireless network. In another embodiment of this solution, one or more users evaluate frequency shift differences (relative differences in shifts between pairs of antennas) and send this information back to the transmitter. The transmitter then pre-adjusts the frequency shifts and proceeds to the training and evaluation phase of the pre-encoder for DIDO. There is a problem with this embodiment when there are delays in the feedback channel. The reason is that there may be residual phase errors created by the correction process, which are not taken into account in the subsequent channel estimation. To solve this problem, in one additional embodiment, a new frequency shift and phase estimation unit is used that can correct the problem by estimating the delay. The results are presented both in modeling and in practical measurements carried out with the prototype DIDO-OFDM.

Предложенный в данном документе способ компенсации частотного и фазового сдвига может быть чувствителен к ошибкам оценки вследствие шума в приемнике. Поэтому в одном дополнительном варианте осуществления предлагаются способы оценки временного и частотного сдвига, которые устойчивы даже в условиях низкого SNR.The method for compensating for frequency and phase shift proposed in this document may be sensitive to estimation errors due to noise at the receiver. Therefore, in one additional embodiment, methods for estimating the time and frequency offset that are stable even in low SNR conditions are provided.

Имеются разные подходы для выполнения оценки временного и частотного сдвига. Из-за их чувствительности к ошибкам синхронизации многие из этих подходов были предложены специально для колебаний OFDM.There are different approaches for performing time and frequency offset estimates. Because of their sensitivity to timing errors, many of these approaches have been proposed specifically for OFDM oscillations.

Алгоритмы, как правило, не используют структуру колебания OFDM, тем самым они являются достаточно общими для колебаний как с единственной несущей, так и с множеством несущих. Описанный ниже алгоритм относится к классу методов, в которых применяются известные эталонные символы, к примеру, обучающие данные, для помощи в синхронизации. Большинство из этих способов являются расширениями узла оценки частотного сдвига Муза (см. Р.Н.Moose, "A technique for orthogonal frequency division multiplexing frequency offset correction," (Метод коррекции частотного сдвига при мультиплексировании с ортогональным разделением частот) IEEE Trans. Commun., vol.42, no. 10, pp.2908-2914, Oct. 1994.). Муз предложил использовать два повторяющихся обучающих сигнала и выделил частотный сдвиг с помощью разности фаз между обоими принятыми сигналами. Способ Муза может корректировать лишь дробный частотный сдвиг. Расширение способа Муза было предложено в работе Schmidi and Сох (Т.М.Schmidi and D.С.Сох, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," (Надежная частотная и временная синхронизация для OFDM) IEEE Trans. Commun., vol.45, no. 12, pp.1613-1621, Dec. 1997.). Ключевым новшеством было использование одного периодического символа OFDM вместе с дополнительным обучающим символом с относительным кодированием. Относительное кодирование во втором символе обеспечивает коррекцию целочисленного сдвига. Coulson рассматривал такую же установку, как и описанная в работе Т.М.Schmidi and D.С.Сох, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," (Надежная частотная и временная синхронизация для OFDM) IEEE Trans. Commun., vol.45, no. 12, pp.1613-1621, Dec. 1997, и предложил подробное рассмотрение алгоритмов и анализа, как описано в работах: A.J.Coulson, "Maximum likelihood synchronization for OFDM using a pilot symbol: analysis," (Синхронизация с максимальным правдоподобием для OFDM с помощью пилот-символа: анализ) IEEE J. Select. Areas Commun., vol.19, no. 12, pp.2495-2503, Dec. 2001.; A.J.Coulson, "Maximum likelihood synchronization for OFDM using a pilot symbol: algorithms," (Синхронизация с максимальным правдоподобием для OFDM с помощью пилот-символа: алгоритмы) IEEE J. Select. Areas Commun., vol.19, no. 12, pp.2486-2494, Dec. 2001. Одно основное различие состоит в том, что Coulson использует повторяющиеся последовательности максимальной длины для обеспечения хороших свойств корреляции. Он также предлагает использовать сигналы с линейной частотной модуляцией из-за свойств их огибающей во временной и частотной областях. Coulson рассматривает несколько практических деталей, но не включает целочисленной оценки. Множество повторяющихся обучающих сигналов были рассмотрены в работе Н. Minn, V.К.Bhargava, and К.В.Letaief, "A robust timing and frequency synchronization for OFDM systems," (Надежная временная и частотная синхронизация для систем OFDM) IEEE Trans. Wireless Commun., vol.2, no. 4, pp.822-839, July 2003, но структура обучения не была оптимизирована. Shi и Serpedin показывают, что обучающая структура имеет некоторую оптимальную форму перспективы кадровой синхронизации (К. Shi and E. Serpedin, "Coarse frame and carrier synchronization of OFDM systems: a new metric and comparison," (Грубая синхронизация по кадрам и несущей в системах OFDM: новая метрика и сравнение) IEEE Trans. Wireless Commun., vol.3, no. 4, pp.1271-1284, July 2004). Один вариант осуществления изобретения использует подход Shi и Serpedin для выполнения кадровой синхронизации и оценки дробного частотного сдвига.Algorithms, as a rule, do not use the OFDM oscillation structure, thus they are common enough for oscillations with a single carrier as well as with multiple carriers. The algorithm described below belongs to the class of methods that use known reference symbols, for example, training data, to help synchronize. Most of these methods are extensions of the Muse frequency shift estimation node (see R.N. Moose, "A technique for orthogonal frequency division multiplexing frequency offset correction," IEEE Trans. Commun. , vol. 42, no. 10, pp. 2908-2914, Oct. 1994.). Moose suggested using two repetitive training signals and highlighted the frequency shift using the phase difference between the two received signals. The Muse method can only correct a fractional frequency shift. An extension of the Muse method was proposed by Schmidi and Cox (T.M. Schmidi and D.C. Soh, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," IEEE Trans. Commun., Vol. 45, no. 12, pp. 1613-1621, Dec. 1997.). A key innovation was the use of a single periodic OFDM symbol together with an additional relative coding training symbol. Relative coding in the second character provides an integer offset correction. Coulson considered the same setup as described by T.M.Schmidi and D.C. Soh, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," IEEE Trans. Commun., Vol. 45, no. 12, pp. 1613-1621, Dec. 1997, and offered a detailed discussion of algorithms and analysis, as described in: AJCoulson, "Maximum likelihood synchronization for OFDM using a pilot symbol: analysis," IEEE J. Select Areas Commun., Vol. 19, no. 12, pp. 2449-2503, Dec. 2001 .; A.J. Coulson, "Maximum likelihood synchronization for OFDM using a pilot symbol: algorithms," (Maximum likelihood synchronization for OFDM using a pilot symbol: algorithms) IEEE J. Select. Areas Commun., Vol. 19, no. 12, pp. 2486-2494, Dec. 2001. One major difference is that Coulson uses maximum length repeating sequences to provide good correlation properties. He also suggests using linear frequency modulation signals due to their envelope properties in the time and frequency domains. Coulson considers a few practical details, but does not include integer valuations. Many repetitive training signals were reviewed by N. Minn, V.K.Bhargava, and K.V. Letaief, "A robust timing and frequency synchronization for OFDM systems," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 2, no. 4, pp. 822-839, July 2003, but the learning structure has not been optimized. Shi and Serpedin show that the training structure has some optimal shape for the perspective of frame synchronization (K. Shi and E. Serpedin, "Coarse frame and carrier synchronization of OFDM systems: a new metric and comparison," (Rough frame and carrier synchronization in systems OFDM: A New Metric and Comparison) (IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 3, no. 4, pp. 1271-1284, July 2004). One embodiment of the invention uses the Shi and Serpedin approach to perform frame synchronization and estimate fractional frequency shift.

Много подходов, описанных в литературе, сфокусированы на кадровой синхронизации и коррекции дробного частотного сдвига. Коррекция целочисленного сдвига решается с помощью дополнительного обучающего символа, как в работе Т.М.Schmidi and D.С.Сох, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," (Надежная частотная и временная синхронизация для OFDM) IEEE Trans. Commun., vol.45, no. 12, pp.1613-1621, Dec. 1997. Например, Morellli и др. получили усовершенствованный вариант работы Т.М.Schmidi and D.С.Сох, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," (Надежная частотная и временная синхронизация для OFDM) IEEE Trans. Commun., vol.45, no. 12, pp.1613-1621, Dec. 1997, в работе М. Morelli, A.N.D'Andrea, and U. Mengali, "Frequency ambiguity resolution in OFDM systems," (Разрешение частотной неопределенности в системах OFDM) IEEE Commun. Lett., vol.4, no. 4, pp.134-136, Apr. 2000. Альтернативный подход, использующий отличную структуру преамбулы, был предложен Morelli и Mengali (М. Morelli and U. Mengali, "An improved frequency offset estimator for OFDM applications," (Усовершенствованный узел оценки частотного сдвига для приложений OFDM) IEEE Commun. Lett., vol.3, no. 3, pp.75-77, Mar. 1999). Этот подход использует корреляцию между М повторяющимися одинаковыми обучающими символами для увеличения диапазона узла оценки дробного частотного сдвига в М раз. Это наилучший узел линейной несмещенной оценки, и он воспринимает большой сдвиг (при должном воплощении), но не обеспечивает хорошей временной синхронизации.Many approaches described in the literature focus on frame synchronization and fractional frequency shift correction. Integer shift correction is accomplished using an additional training symbol, as in T.M.Schmidi and D.C. Soh, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," IEEE Trans. Commun., Vol. 45, no. 12, pp. 1613-1621, Dec. 1997. For example, Morellli et al. Received an improved version of T.M.Schmidi and D.C. Soh, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," IEEE Trans. Commun., Vol. 45, no. 12, pp. 1613-1621, Dec. 1997, by M. Morelli, A.N.D'Andrea, and U. Mengali, "Frequency ambiguity resolution in OFDM systems," IEEE Commun. Lett., Vol. 4, no. 4, pp. 134-136, Apr. 2000. An alternative approach using an excellent preamble structure was proposed by Morelli and Mengali (M. Morelli and U. Mengali, "An improved frequency offset estimator for OFDM applications," IEEE Commun. Lett. , vol. 3, no. 3, pp. 75-77, Mar. 1999). This approach uses the correlation between M repeating identical training symbols to increase the range of the fractional frequency shift estimator by M times. This is the best node of a linear unbiased estimate, and it perceives a large shift (with proper implementation), but does not provide good time synchronization.

Описание системыSystem description

Один вариант осуществления изобретения использует предварительное кодирование на основе информации о состоянии канала для подавления частотного и фазового сдвигов в системах DIDO. См. фиг.11 и относящееся к ней описание выше для описания данного варианта осуществления.One embodiment of the invention uses precoding based on channel state information to suppress frequency and phase shifts in DIDO systems. See FIG. 11 and the related description above for a description of this embodiment.

В одном варианте осуществления изобретения каждый пользователь применяет приемник, снабженный узлом оценки/компенсации частотного сдвига. Как показано на фиг.45, в одном варианте осуществления изобретения содержащая приемник система включает в себя множество ВЧ узлов 4508, соответствующее множество узлов 4510 аналого-цифрового преобразования, приемник, снабженный узлом 4512 оценки/компенсации частотного сдвига, и генератор 4506 обратной связи DIDO.In one embodiment of the invention, each user employs a receiver equipped with a frequency shift estimation / compensation unit. As shown in FIG. 45, in one embodiment of the invention, the receiver-containing system includes a plurality of RF nodes 4508, a corresponding plurality of analog-to-digital conversion nodes 4510, a receiver provided with a frequency shift estimation / compensation section 4512, and a DIDO feedback generator 4506.

ВЧ узлы 4508 принимают сигналы, переданные от передающих узлов DIDO, преобразуют эти сигналы с понижением частоты к основной полосе частот и подают преобразованные с понижением частоты сигналы в узлы 4510 аналого-цифрового преобразования. Узлы 4510 аналого-цифрового преобразования преобразуют сигнал из аналоговой в цифровую форму и посылают его в узлы 4512 оценки/компенсации частотного сдвига. Эти узлы 4512 оценки/компенсации частотного сдвига оценивают частотный сдвиг и компенсируют его, как описано здесь, а затем посылают скомпенсированный сигнал в узлы 4513 OFDM. Узлы 4513 OFDM удаляют циклический префикс и осуществляют быстрое преобразование Фурье (БПФ) (FFT) для перевода сигнала в частотную область. В период обучения узлы 4513 OFDM посылают выходной сигнал в узел 4504 канальной оценки, который вычисляет оценки каналов в частотной области. Альтернативно, оценки каналов можно вычислять во временной области. В период передачи данных узлы 4513 OFDM посылают выходной сигнал в приемный узел 4502 OFDM, который демодулирует/декодирует этот сигнал для получения данных. Узел 4504 оценки канала посылает оценки каналов в генератор 4506 обратной связи DIDO, который может квантовать оценки каналов и посылать их обратно к передатчику по управляющему каналу обратной связи, как показано на чертеже.The RF nodes 4508 receive the signals transmitted from the transmitting DIDO nodes, convert these signals with decreasing frequency to the main frequency band and supply the signals converted with decreasing frequency to the nodes 4510 analog-to-digital conversion. The analog-to-digital conversion units 4510 convert the signal from analog to digital and send it to the frequency shift estimation / compensation units 4512. These frequency shift estimation / compensation nodes 4512 evaluate and compensate for the frequency shift, as described herein, and then send the compensated signal to OFDM nodes 4513. OFDM nodes 4513 remove the cyclic prefix and perform fast Fourier transform (FFT) (FFT) to translate the signal into the frequency domain. During the training period, OFDM nodes 4513 send an output signal to a channel estimate node 4504, which calculates channel estimates in the frequency domain. Alternatively, channel estimates can be calculated in the time domain. During the data transmission period, the OFDM nodes 4513 send an output signal to the OFDM receiving node 4502, which demodulates / decodes this signal to obtain data. The channel estimator 4504 sends channel estimates to a DIDO feedback generator 4506, which can quantize the channel estimates and send them back to the transmitter via the control feedback channel, as shown in the drawing.

Описание одного варианта осуществления алгоритма для сценария DIDO 2×2Description of one embodiment of the algorithm for the DIDO 2 × 2 scenario

Ниже описаны варианты осуществления алгоритма для компенсации частотного/фазового сдвига в системах DIDO. Модель системы DIDO сначала описывается с частотным/фазовым сдвигами и без них. Ради простоты представлена конкретная реализация системы DIDO 2×2. Однако основополагающие принципы изобретения можно также реализовать на системах DIDO более высокого порядка.Embodiments of an algorithm for compensating for frequency / phase shift in DIDO systems are described below. The DIDO system model is first described with and without frequency / phase shifts. For simplicity's sake, a specific implementation of the DIDO 2 × 2 system is presented. However, the fundamental principles of the invention can also be implemented on higher order DIDO systems.

Модель системы DIDO без частотного и фазового сдвигаDIDO system model without frequency and phase shift

Принятые сигналы DIDO 2×2 можно записать для первого пользователя как:Received DIDO 2 × 2 signals can be recorded for the first user as:

r 1 [ t ] = h 1 1 ( w 1 1 x 1 [ t ] + w 2 1 x 2 [ t ] ) + h 1 2 ( w 1 2 x 1 [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ) , ( 1 )

Figure 00000057
r one [ t ] = h one one ( w one one x one [ t ] + w 2 one x 2 [ t ] ) + h one 2 ( w one 2 x one [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ) , ( one )
Figure 00000057

а для второго пользователя как:and for the second user as:

r 2 [ t ] = h 2 1 ( w 1 1 x 1 [ t ] + w 2 1 x 2 [ t ] ) + h 2 2 ( w 1 2 x 1 [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ) , ( 2 )

Figure 00000058
r 2 [ t ] = h 2 one ( w one one x one [ t ] + w 2 one x 2 [ t ] ) + h 2 2 ( w one 2 x one [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ) , ( 2 )
Figure 00000058

где t есть индекс дискретного времени, hmn и wmn являются соответственно весами канала и предварительного кодирования DIDO между m-м пользователем и n-й передающей антенной, а xm - сигнал, передаваемый к пользователю m. Отметим, что hmn и wmn не являются функциями от t, поскольку мы предполагаем, что канал является постоянным за период времени между передачей обучающих и фактических данных. При наличии частотного и фазового сдвига принятые сигналы выражаются как:where t is the discrete time index, h mn and w mn are the channel and DIDO precoding weights between the mth user and the nth transmit antenna, respectively, and x m is the signal transmitted to user m. Note that h mn and w mn are not functions of t, since we assume that the channel is constant over the period of time between the transmission of training and actual data. In the presence of a frequency and phase shift, the received signals are expressed as:

r 1 [ t ] = e j ( ω U 1 ω T 1 ) T 3 ( t t 11 ) h 11 ( w 21 x 2 [ t ] + w 21 x 2 [ t ] ) + e j ( ω U 1 ω T 2 ) T 3 ( t t 12 ) h 12 ( w 12 x 1 [ t ] + w 22 x 2 [ t ] ) ( 3 )

Figure 00000059
r one [ t ] = e j ( ω U one - ω T one ) T 3 ( t - t eleven ) h eleven ( w 21 x 2 [ t ] + w 21 x 2 [ t ] ) + e j ( ω U one - ω T 2 ) T 3 ( t - t 12 ) h 12 ( w 12 x one [ t ] + w 22 x 2 [ t ] ) ( 3 )
Figure 00000059

иand

r 2 [ t ] = e j ( ω U 2 ω T 2 ) T 3 ( t t 21 ) h 21 ( w 11 x 1 [ t ] + w 21 x 2 [ t ] ) + e j ( ω U 2 ω T 2 ) T 3 ( t t 22 ) h 22 ( w 12 x 1 [ t ] + w 22 x 2 [ t ] ) ( 4 )

Figure 00000060
r 2 [ t ] = e j ( ω U 2 - ω T 2 ) T 3 ( t - t 21 ) h 21 ( w eleven x one [ t ] + w 21 x 2 [ t ] ) + e j ( ω U 2 - ω T 2 ) T 3 ( t - t 22 ) h 22 ( w 12 x one [ t ] + w 22 x 2 [ t ] ) ( four )
Figure 00000060

где Ts есть период символа, ωTn=2ПfTn для n-й передающей антенны, ωUm=2ПfUm, для m-го пользователя, и fTn и fUn являются реальными несущими частотами (подверженные сдвигу), соответственно, для n-й передающей антенны и m-го пользователя. Значения tmn означают случайные задержки, которые вызывают фазовый сдвиг на канале hmn. На фиг.46 показана модель системы DIDO 2×2.where T s is the symbol period, ω Tn = 2Пf Tn for the nth transmit antenna, ω Um = 2Пf Um , for the mth user, and f Tn and f Un are real carrier frequencies (subject to shift), respectively, for n th transmitting antenna and mth user. The values of t mn mean random delays that cause a phase shift on the channel h mn . On Fig shows a model system DIDO 2 × 2.

Пока мы используем следующие определения:For now, we use the following definitions:

Δ ω m n = ω U m ω T n ( 5 )

Figure 00000061
Δ ω m n = ω U m - ω T n ( 5 )
Figure 00000061

для обозначения частотного сдвига между m-м пользователем и n-й передающей антенной.to indicate the frequency shift between the mth user and the nth transmit antenna.

Описание одного варианта осуществления изобретенияDescription of one embodiment of the invention

Способ согласно одному варианту осуществления изобретения иллюстрируется на фиг.47. Этот способ включает в себя следующие общие этапы (которые включают в себя подэтапы, как проиллюстрировано): период 4701 обучения для оценки частотного сдвига; период 4702 обучения для оценки канала; передача 4703 данных посредством предварительного кодирования DIDO с компенсацией. Эти этапы подробно описываются ниже.The method according to one embodiment of the invention is illustrated in FIG. This method includes the following general steps (which include sub-steps, as illustrated): a training period 4701 for estimating the frequency shift; training period 4702 for channel assessment; transmitting 4703 data through compensated DIDO precoding. These steps are described in detail below.

(а) Период обучения для оценки частотного сдвига (4701)(a) Training period for estimating the frequency shift (4701)

Во время первого периода обучения базовая станция посылает одну или несколько обучающих последовательностей от каждой передающей антенны к одному из пользователей (4701а). Как описано здесь, «пользователями» являются беспроводные клиентские устройства. Для случая DIDO 2×2 сигнал, принятый m-м пользователем, задается уравнениемDuring the first training period, the base station sends one or more training sequences from each transmitting antenna to one of the users (4701a). As described here, “users” are wireless client devices. For the case of DIDO 2 × 2, the signal received by the mth user is given by the equation

r m [ t ] = e j Δ ω m 1 T 3 ( t t m 1 ) h m 1 p 1 [ t ] + e j Δ ω m 2 T 3 ( t t m 2 ) h m 2 p 2 [ t ] ( 6 )

Figure 00000062
r m [ t ] = e j Δ ω m one T 3 ( t - t m one ) h m one p one [ t ] + e j Δ ω m 2 T 3 ( t - t m 2 ) h m 2 p 2 [ t ] ( 6 )
Figure 00000062

где р1 и р2 есть обучающие последовательности, переданные соответственно от первой и второй антенн,where p 1 and p 2 are training sequences transmitted respectively from the first and second antennas,

m-й пользователь может применять любой тип узла оценки частотного сдвига (т.е. свертку обучающими последовательностями) и оценивает сдвиги Δωm1 и Δωm2. Затем из этих значений пользователь вычисляет частотный сдвиг между двумя передающими антеннами как:The mth user can apply any type of frequency shift estimation node (i.e., convolution by training sequences) and estimates the shifts Δω m1 and Δω m2 . Then, from these values, the user calculates the frequency shift between the two transmitting antennas as:

Δ ω T = Δ ω m 2 Δ ω m 1 = ω T 1 ω T 2 ( 7 )

Figure 00000063
Δ ω T = Δ ω m 2 - Δ ω m one = ω T one - ω T 2 ( 7 )
Figure 00000063

Наконец, значение (7) подается обратно к базовой станции (4701b).Finally, the value (7) is fed back to the base station (4701b).

Отметим, что р1 и p2 в (6) сделаны ортогональными, так что пользователи могут оценивать Δωm1 и Δωm2. Альтернативно, в одном варианте осуществления одна и та же обучающая последовательность используется в двух следующих друг за другом временных сегментах, и пользователь оценивает сдвиг из них. Кроме того, для улучшения оценки сдвига в (7) описанные выше одни и те же вычисления можно выполнять для всех пользователей в системах DIDO (не только для n-го пользователя), и конечная оценка может быть (взвешенным) средним значений, полученных от всех пользователей. Этот вариант, однако, требует больше времени вычисления и объема обратной связи. Наконец обновления оценки частотного сдвига требуются, только если частотный сдвиг изменяется во времени. Следовательно, в зависимости от стабильности часов в передатчике этот этап 4701 алгоритма может осуществляться на долговременной основе (т.е. не для каждой передачи данных), в результате снижаются затраты обратной связи.Note that p 1 and p 2 in (6) are made orthogonal, so that users can evaluate Δω m1 and Δω m2 . Alternatively, in one embodiment, the same training sequence is used in two consecutive time segments, and the user estimates the shift from them. In addition, to improve the estimate of the shift in (7), the same calculations described above can be performed for all users in DIDO systems (not only for the nth user), and the final estimate can be a (weighted) average of the values obtained from all users. This option, however, requires more computation time and feedback volume. Finally, updates to the frequency shift estimate are required only if the frequency shift changes over time. Therefore, depending on the stability of the clock in the transmitter, this algorithm step 4701 may be carried out on a long-term basis (i.e., not for each data transmission), resulting in reduced feedback costs.

(b) Период обучения для оценки канала (4702)(b) Training period for channel assessment (4702)

Во время второго периода обучения базовая станция сначала получает информацию обратной связи относительно частотного сдвига со значением в (7) от m-го пользователя или от множества пользователей. Значение в (7) используется для предварительной компенсации частотного сдвига на передающей стороне. Затем базовая станция посылает обучающие данные ко всем пользователям для оценки канала (4702а).During the second training period, the base station first receives feedback information regarding the frequency shift with a value in (7) from the mth user or from a plurality of users. The value in (7) is used for preliminary compensation of the frequency shift on the transmitting side. The base station then sends training data to all users for channel estimation (4702a).

Для систем DIDO 2×2 сигнал, принятый первым пользователем, задается уравнением:For DIDO 2 × 2 systems, the signal received by the first user is given by the equation:

r 1 [ t ] = e j Δ ω 1 1 T 3 ( t t ˜ 1 1 ) h 11 p 1 [ t ] + e j Δ ω 12 T 3 ( t t ˜ 12 ) h 12 e j Δ ω T T 3 t p 2 [ t ] ( 8 )

Figure 00000064
r one [ t ] = e j Δ ω one one T 3 ( t - t ˜ one one ) h eleven p one [ t ] + e j Δ ω 12 T 3 ( t - t ˜ 12 ) h 12 e j Δ ω T T 3 t p 2 [ t ] ( 8 )
Figure 00000064

иand

r 2 [ t ] = e j Δ ω 2 1 T 3 ( t t ˜ 2 1 ) h 21 p 1 [ t ] + e j Δ ω 22 T 3 ( t t ˜ 22 ) h 22 e j Δ ω T T 3 t p 2 [ t ] ( 9 )

Figure 00000065
r 2 [ t ] = e j Δ ω 2 one T 3 ( t - t ˜ 2 one ) h 21 p one [ t ] + e j Δ ω 22 T 3 ( t - t ˜ 22 ) h 22 e j Δ ω T T 3 t p 2 [ t ] ( 9 )
Figure 00000065

где t ˜ m n = t m n + Δ t

Figure 00000066
, и Δt есть случайная или известная задержка между первой и второй передачами базовой станции. Кроме того, р1 и p2 являются обучающими последовательностями, переданными от первой и второй антенн, соответственно, для оценки частотного сдвига и канала.Where t ˜ m n = t m n + Δ t
Figure 00000066
, and Δt is a random or known delay between the first and second transmissions of the base station. In addition, p 1 and p 2 are training sequences transmitted from the first and second antennas, respectively, for estimating the frequency shift and the channel.

Отметим, что предварительная компенсация применяется только ко вторым антеннам в данном варианте осуществления.Note that pre-compensation only applies to the second antennas in this embodiment.

Делая замену в (8), получаем:Making a substitution in (8), we obtain:

r 1 [ t ] = e j Δ ω 1 1 T 3 t e j θ 1 1 [ h 11 p 1 [ t ] + e j ( θ 1 2 θ 11 ) h 12 p 2 [ t ] ] ( 10 )

Figure 00000067
r one [ t ] = e j Δ ω one one T 3 t e j θ one one [ h eleven p one [ t ] + e j ( θ one 2 - θ eleven ) h 12 p 2 [ t ] ] ( 10 )
Figure 00000067

иand

r 2 [ t ] = e j Δ ω 2 1 T 3 t e j θ 2 1 [ h 21 p 1 [ t ] + e j ( θ 22 θ 21 ) h 22 p 2 [ t ] ] ( 11 )

Figure 00000068
r 2 [ t ] = e j Δ ω 2 one T 3 t e j θ 2 one [ h 21 p one [ t ] + e j ( θ 22 - θ 21 ) h 22 p 2 [ t ] ] ( eleven )
Figure 00000068

где θ m n = Δ ω m n T s t ˜ m n

Figure 00000069
.Where θ m n = Δ ω m n T s t ˜ m n
Figure 00000069
.

На приемной стороне пользователи компенсируют остаточный частотный сдвиг с помощью обучающих последовательностей р1 и р2. Затем пользователи путем обучения оценивают векторные каналы (4702b):On the receiving side, users compensate for the residual frequency shift using the training sequences p 1 and p 2 . Users then evaluate the vector channels through training (4702b):

h 1 = [ h 11 e j ( θ 1 2 θ 11 ) h 12 ] h 2 = [ h 21 e j ( θ 22 θ 21 ) h 22 ] ( 12 )

Figure 00000070
h one = [ h eleven e j ( θ one 2 - θ eleven ) h 12 ] h 2 = [ h 21 e j ( θ 22 - θ 21 ) h 22 ] ( 12 )
Figure 00000070

Эти каналы в (12) или информация о состоянии канала (ИСК) подается обратно на базовую станцию (4702b), которая рассчитывает предварительный кодер DIDO, как описано следующем подразделе.These channels in (12) or channel status information (LST) are fed back to the base station (4702b), which calculates the preliminary DIDO encoder, as described in the next subsection.

(c). Предварительное кодирование DIDO с предварительной компенсацией (4703)(c). DIDO precoding with precompensation (4703)

Базовая станция принимает информацию о состоянии канала (ИСК) в (12) от пользователей и рассчитывает веса предварительного кодирования посредством блоковой диагонализации (БД) (4703а), так что:The base station receives information about the channel status (ISK) in (12) from users and calculates the precoding weights by means of block diagonalization (DB) (4703a), so that:

w 1 T h 2 = 0, w 2 T h 1 0, ( 13 )

Figure 00000071
w one T h 2 = 0 w 2 T h one 0 ( 13 )
Figure 00000071

где векторы h1 определены в (12), wm=[wm1, wm2]. Отметим, что представленное в данном описании изобретение может быть применено к любому иному способу предварительного кодирования DIDO помимо БД. Базовая станция также предварительно компенсирует частотный сдвиг путем применения оценки в (7) и фазовый сдвиг путем оценки задержки (Δtо) между второй обучающей передачей и текущей передачей (4703а). Наконец, базовая станция посылает данные пользователям через предварительный кодер DIDO (4703b).where the vectors h 1 are defined in (12), w m = [w m1 , w m2 ]. Note that the invention presented in this description can be applied to any other method of precoding DIDO in addition to the database. The base station also pre-compensates for the frequency shift by applying the estimate in (7) and the phase shift by estimating the delay (Δt o ) between the second training transmission and the current transmission (4703a). Finally, the base station sends data to users through the DIDO precoder (4703b).

После обработки передачи сигнал, принятый пользователем 1, задается как:After processing the transmission, the signal received by user 1 is set as:

r 1 [ t ] = e j Δ ω 1 1 T 3 ( t t ˜ 11 Δ t o ) h 1 1 [ w 11 x 1 [ t ] + w 21 x 2 [ t ] ] = e j Δ ω 1 2 T 3 ( t t ˜ 1 2 Δ t o ) h 1 2 e j Δ ω T T S ( t Δ t o ) [ w 1 2 x 1 [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ] γ 1 [ t ] [ h 1 1 ( w 1 1 x 1 [ t ] + w 2 1 x 2 [ t ] ) + e j ( Δ ω 1 1 t 1 1 Δ ω 1 2 t 1 2 ) T 3 h 1 2 ( w 1 2 x 1 [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ) ] = γ 1 [ t ] [ ( h 1 1 w 1 1 + e j ( θ 1 2 θ 1 1 ) h 1 2 w 1 2 ) x 1 [ t ] + ( h 1 1 w 2 1 + e j ( θ 1 2 θ 1 1 ) h 1 2 w 2 2 ) x 2 [ t ] ] ( 14 )

Figure 00000072
r one [ t ] = e j Δ ω one one T 3 ( t - t ˜ eleven - Δ t o ) h one one [ w eleven x one [ t ] + w 21 x 2 [ t ] ] = e j Δ ω one 2 T 3 ( t - t ˜ one 2 - Δ t o ) h one 2 e - j Δ ω T T S ( t - Δ t o ) [ w one 2 x one [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ] γ one [ t ] [ h one one ( w one one x one [ t ] + w 2 one x 2 [ t ] ) + e j ( Δ ω one one t one one - Δ ω one 2 t one 2 ) T 3 h one 2 ( w one 2 x one [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ) ] = γ one [ t ] [ ( h one one w one one + e j ( θ one 2 - θ one one ) h one 2 w one 2 ) x one [ t ] + ( h one one w 2 one + e j ( θ one 2 - θ one one ) h one 2 w 2 2 ) x 2 [ t ] ] ( fourteen )
Figure 00000072

где γ 1 [ t ] = e j Δ ω 11 T 3 ( t t ˜ 11 Δ t o )

Figure 00000073
. Используя свойство (13), получим:Where γ one [ t ] = e j Δ ω eleven T 3 ( t - t ˜ eleven - Δ t o )
Figure 00000073
. Using property (13), we obtain:

r 1 [ t ] = γ 1 [ t ] w 1 T h 1 x 1 [ t ] ( 15 )

Figure 00000074
r one [ t ] = γ one [ t ] w one T h one x one [ t ] ( fifteen )
Figure 00000074

Аналогично для пользователя (2) имеем:Similarly for user (2) we have:

r 2 [ t ] = e j Δ ω 2 1 T 3 ( t t ˜ 21 Δ t o ) h 2 1 [ w 11 x 1 [ t ] + w 21 x 2 [ t ] ] + e j Δ ω 2 2 T 3 ( t t ˜ 2 2 Δ t o ) h 2 2 e j Δ ω T T S ( t Δ t o ) [ w 1 2 x 1 [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ] ( 16 )

Figure 00000075
r 2 [ t ] = e j Δ ω 2 one T 3 ( t - t ˜ 21 - Δ t o ) h 2 one [ w eleven x one [ t ] + w 21 x 2 [ t ] ] + e j Δ ω 2 2 T 3 ( t - t ˜ 2 2 - Δ t o ) h 2 2 e - j Δ ω T T S ( t - Δ t o ) [ w one 2 x one [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ] ( 16 )
Figure 00000075

и, делая замену в (16),and, making a replacement in (16),

r 2 [ t ] = γ 2 [ t ] w 2 T h 2 x 2 [ t ] ( 17 )

Figure 00000076
r 2 [ t ] = γ 2 [ t ] w 2 T h 2 x 2 [ t ] ( 17 )
Figure 00000076

где γ 2 [ t ] = e j Δ ω 21 T 3 ( t t ˜ 21 Δ t o )

Figure 00000077
.Where γ 2 [ t ] = e j Δ ω 21 T 3 ( t - t ˜ 21 - Δ t o )
Figure 00000077
.

Наконец, пользователи вычисляют остаточный частотный сдвиг и оценку канала для демодуляции потоков x1[t] и x2[t] данных (4703 с).Finally, users calculate the residual frequency offset and channel estimate to demodulate the data streams x 1 [t] and x 2 [t] (4703 s).

Обобщение на DIDO N×МGeneralization to DIDO N × M

В данном разделе ранее описанные методы обобщаются на системы DIDO с N передающими антеннами и М пользователями.In this section, the previously described methods are generalized to DIDO systems with N transmit antennas and M users.

i. Период обучения для оценки частотного сдвигаi. Training period for estimating frequency shift

Во время первого периода обучения сигнал, принятый m-м пользователем, как результат обучающих последовательностей, посланных из N антенн, задается как:During the first training period, the signal received by the mth user as a result of training sequences sent from N antennas is defined as:

r m [ t ] = n = 1 N e j Δ ω m n T 3 ( t t m n ) h m n p n [ t ] ( 18 )

Figure 00000078
r m [ t ] = n = one N e j Δ ω m n T 3 ( t - t m n ) h m n p n [ t ] ( eighteen )
Figure 00000078

где рn - обучающие последовательности, переданные от n-й антенны.where p n are training sequences transmitted from the nth antenna.

После оценки сдвигов Δωmn, ∀n=1, …, N, m-й пользователь вычисляет частотный сдвиг между первой и n-й передающими антеннами как:After estimating the shifts Δω mn , ∀n = 1, ..., N, the m-th user calculates the frequency shift between the first and nth transmit antennas as:

Δ ω T ,1 n = Δ ω m n Δ ω m 1 = Δ ω T 1 Δ ω T n . ( 19 )

Figure 00000079
Δ ω T ,one n = Δ ω m n - Δ ω m one = Δ ω T one - Δ ω T n . ( 19 )
Figure 00000079

Наконец, значения в (19) подаются обратно в базовую станцию.Finally, the values in (19) are fed back to the base station.

ii. Период обучения для оценки каналаii. Channel Assessment Training Period

Во время второго периода обучения базовая станция сначала получает информацию обратной связи относительно частотного сдвига со значением в (19) от m-го пользователя или от множества пользователей. Значение в (19) используется для предварительной компенсации частотного сдвига на передающей стороне. Затем базовая станция посылает обучающие данные ко всем пользователям для оценки канала.During the second training period, the base station first receives feedback information regarding the frequency shift with the value in (19) from the mth user or from a plurality of users. The value in (19) is used for preliminary compensation of the frequency shift on the transmitting side. The base station then sends training data to all users for channel estimation.

Для систем DIDO N×M сигнал, принятый m-м пользователем, задается как:For DIDO N × M systems, the signal received by the mth user is defined as:

r m [ t ] = e j Δ ω m 1 T 3 ( t t ˜ m 1 ) h m 1 p 1 [ t ] + n = 2 N e j Δ ω m n T 3 ( t t ˜ m n ) h m n e j Δ ω T , 1 n T 3 t p n [ t ] = e j Δ ω m 1 T 3 ( t t ˜ m 1 ) [ h m 1 p 1 [ t ] + n = 2 N e j ( θ m n θ m 1 ) h m n p n [ t ] ] = e j Δ ω m 1 T 3 ( t t ˜ m 1 ) n = 1 N e j ( θ m n θ m 1 ) h m n p n [ t ] ( 2 0 )

Figure 00000080
r m [ t ] = e j Δ ω m one T 3 ( t - t ˜ m one ) h m one p one [ t ] + n = 2 N e j Δ ω m n T 3 ( t - t ˜ m n ) h m n e - j Δ ω T , one n T 3 t p n [ t ] = e j Δ ω m one T 3 ( t - t ˜ m one ) [ h m one p one [ t ] + n = 2 N e j ( θ m n - θ m one ) h m n p n [ t ] ] = e j Δ ω m one T 3 ( t - t ˜ m one ) n = one N e j ( θ m n - θ m one ) h m n p n [ t ] ( 2 0 )
Figure 00000080

где θ m n = Δ ω m n T s t ˜ m n

Figure 00000081
, t ˜ m n = t m n + Δ t
Figure 00000082
, а Δt есть случайная или известная задержка между первой и второй передачами базовой станции. Кроме того, рn есть обучающая последовательность, передаваемая из n-й антенны для оценки частотного сдвига и канала.Where θ m n = - Δ ω m n T s t ˜ m n
Figure 00000081
, t ˜ m n = t m n + Δ t
Figure 00000082
, and Δt is a random or known delay between the first and second transmissions of the base station. In addition, p n is a training sequence transmitted from the nth antenna to estimate the frequency shift and channel.

На приемной стороне пользователи компенсируют остаточный частотный сдвиг с помощью обучающих последовательностей рn. 3атем каждый из m пользователей путем обучения оценивают векторный канал:On the receiving side, users compensate for the residual frequency shift using training sequences p n . Then each of the m users evaluates the vector channel through training:

h m = [ h m 1 e j ( θ m 2 θ m 1 ) h m 2 e j ( θ m N θ m 1 ) h m N ] ( 21 )

Figure 00000083
h m = [ h m one e j ( θ m 2 - θ m one ) h m 2 e j ( θ m N - θ m one ) h m N ] ( 21 )
Figure 00000083

и подает его обратно на базовую станцию, которая рассчитывает предварительный кодер DIDO, как описано в нижеследующем разделе.and feeds it back to the base station, which calculates the preliminary DIDO encoder, as described in the following section.

iii. Предварительное кодирование DIDO с предварительной компенсациейiii. DIDO precoding with precompensation

Базовая станция принимает информацию о состоянии канала (ИСК) в (12) от пользователей и подсчитывает веса предварительного кодирования посредством блоковой диагонализации (БД), так что:The base station receives the channel status information (ISK) in (12) from users and calculates the precoding weights by means of block diagonalization (DB), so that:

w m T h l = 0, m l , m = 1, , M ( 2 2 )

Figure 00000084
w m T h l = 0 m l , m = one, ... , M ( 2 2 )
Figure 00000084

где векторы hm определены в (21), wm=[wm1, wm2, …, wmN]. Базовая станция также предварительно компенсирует частотный сдвиг путем применения оценки в (19) и фазовый сдвиг путем оценки задержки (Δtо) между второй обучающей передачей и текущей передачей (4703а). Наконец, базовая станция посылает данные пользователям через предварительный кодер DIDO.where the vectors h m are defined in (21), w m = [w m1 , w m2 , ..., w mN ]. The base station also pre-compensates for the frequency shift by applying the estimate in (19) and the phase shift by estimating the delay (Δt o ) between the second training transmission and the current transmission (4703a). Finally, the base station sends data to users through the DIDO precoder.

После обработки передачи сигнал, принятый пользователем i, задается как:After processing the transmission, the signal received by user i is set as:

r i [ t ] = e j ω ω 1 1 T 3 ( t t ˜ 1 1 Δ t o ) h 1 1 m = 1 M w m 1 x m [ t ] + n = 2 N e j Δ ω m T s ( t t ˜ m Δ t o ) h i n e - j Δ ω T , 1 n T s ( t Δ t o ) m = 1 M w m n x m [ t ] = e j Δ ω 1 1 T 3 ( t Δ t o ) e j Δ ω 11 T s t ˜ 11 h i 1 m = 1 N w m 1 x m [ t ] + n = 2 N e j Δ ω 1 1 T s ( t Δ t o ) e j Δ ω v 1 T s t ˜ m h i n m = 1 M w m n x m [ t ] = γ i [ t ] [ h i 1 m = 1 M w m 1 x m [ t ] + n = 2 N e j ( θ m θ i 1 ) h i n m = 1 M w m 1 x m [ t ] ] = γ i [ t ] [ n = 1 N e j ( θ m θ i 1 ) h i n m = 1 M w m n x m [ t ] ] = γ i [ t ] m = 1 M [ n = 1 N e j ( θ m θ i 1 ) h i n w m n ] x m [ t ] = γ i [ t ] m = 1 M w m T h i x m [ t ] ( 23 )

Figure 00000085
r i [ t ] = e j ω ω one one T 3 ( t - t ˜ one one - Δ t o ) h one one m = one M w m one x m [ t ] + n = 2 N e j Δ ω m T s ( t - t ˜ m - Δ t o ) h i n e - j Δ ω T , one n T s ( t - Δ t o ) m = one M w m n x m [ t ] = e j Δ ω one one T 3 ( t - Δ t o ) e - j Δ ω eleven T s t ˜ eleven h i one m = one N w m one x m [ t ] + n = 2 N e j Δ ω one one T s ( t - Δ t o ) e - j Δ ω v one T s t ˜ m h i n m = one M w m n x m [ t ] = γ i [ t ] [ h i one m = one M w m one x m [ t ] + n = 2 N e j ( θ m - θ i one ) h i n m = one M w m one x m [ t ] ] = γ i [ t ] [ n = one N e j ( θ m - θ i one ) h i n m = one M w m n x m [ t ] ] = γ i [ t ] m = one M [ n = one N e j ( θ m - θ i one ) h i n w m n ] x m [ t ] = γ i [ t ] m = one M w m T h i x m [ t ] ( 23 )
Figure 00000085

где γ i [ n ] = e j Δ ω 11 T 3 ( t t ˜ 11 Δ t o )

Figure 00000086
. Используя свойство (22), получим:Where γ i [ n ] = e j Δ ω eleven T 3 ( t - t ˜ eleven - Δ t o )
Figure 00000086
. Using property (22), we obtain:

r i [ t ] = γ i [ t ] w i T h i x i [ t ] ( 24 )

Figure 00000087
r i [ t ] = γ i [ t ] w i T h i x i [ t ] ( 24 )
Figure 00000087

Наконец, пользователи вычисляют остаточный частотный сдвиг и оценку канала для демодуляции потоков хi[t].Finally, users calculate the residual frequency offset and channel estimate for demodulating the flows x i [t].

Результатыresults

На фиг.48 показаны результаты SER для систем DIDO 2×2 с частотным сдвигом и без него. Видно, что предложенный способ полностью подавляет частотный/фазовый сдвиги, давая такую же SER, как и системы без сдвигов.On Fig shows the SER results for DIDO 2 × 2 systems with and without frequency shift. It is seen that the proposed method completely suppresses frequency / phase shifts, giving the same SER as systems without shifts.

Далее, мы оцениваем чувствительность предложенного способа компенсации к ошибкам оценки частотного сдвига и/или флюктуациям сдвига во времени. Поэтому мы перепишем (14) как:Further, we evaluate the sensitivity of the proposed compensation method to errors in the estimation of the frequency shift and / or time fluctuations of the shift. Therefore, we rewrite (14) as:

r 1 [ t ] = e j Δ ω 1 1 T 3 ( t t ˜ 11 Δ t o ) h 1 1 [ w 11 x 1 [ t ] + w 21 x 2 [ t ] ] + e j Δ ω 1 2 T 3 ( t t ˜ 1 2 Δ t o ) h 1 2 e j ( Δ ω T + 2 П ) T 3 ( t Δ t o ) [ w 1 2 x 1 [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ] ( 25 )

Figure 00000088
r one [ t ] = e j Δ ω one one T 3 ( t - t ˜ eleven - Δ t o ) h one one [ w eleven x one [ t ] + w 21 x 2 [ t ] ] + e j Δ ω one 2 T 3 ( t - t ˜ one 2 - Δ t o ) h one 2 e - j ( Δ ω T + 2 P ) T 3 ( t - Δ t o ) [ w one 2 x one [ t ] + w 2 2 x 2 [ t ] ] ( 25 )
Figure 00000088

где ∈ указывает ошибку оценки и (или) изменение частотного сдвига между передачами обучения и данных. Отметим, что эффект от ∈ состоит в нарушении свойства ортогональности в (13), так что помеховые члены в (14) и (16) предварительно не полностью подавляются в передатчике. В результате этого характеристика SER ухудшается для увеличивающихся значений ∈.where ∈ indicates the estimation error and (or) a change in the frequency shift between the training and data transfers. Note that the effect of ∈ consists in violating the orthogonality property in (13), so that the interfering terms in (14) and (16) are not previously completely suppressed in the transmitter. As a result, the SER characteristic degrades for increasing values of ∈.

На фиг.48 показана характеристика SER в способе компенсации частотного сдвига для разных значений ∈. Эти результаты предполагают Ts=0,3 мс (т.е. сигнал с полосой частот 3 кГц). Мы наблюдаем, что для ∈=0,001 Гц (или менее) характеристика SER аналогичная случаю отсутствия сдвига.On Fig shows the characteristic SER in the method of compensating for the frequency shift for different values of ∈. These results assume T s = 0.3 ms (i.e., a signal with a frequency band of 3 kHz). We observe that for ∈ = 0.001 Hz (or less) the characteristic SER is similar to the case of no shift.

f. Описание одного варианта осуществления алгоритма оценки временного и частотного сдвигаf. Description of one embodiment of an algorithm for estimating the time and frequency shift

Далее мы описываем дополнительные варианты осуществления для проведения оценки временного и частотного сдвига (4701b на фиг.47). Рассматриваемая структура передачи сигналов иллюстрируется в работе Н. Minn, V.К.Bhargava, and К.В.Letaief, "A robust timing and frequency synchronization for OFDM systems," (Надежная временная и частотная синхронизация для систем DIDO) IEEE Trans. Wireless Commun., vol.2, no. 4, pp.822-839, July 2003, и более подробно исследуется в работе К. Shi and Е. Serpedin, "Coarse frame and carrier synchronization of OFDM systems: a new metric and comparison," (Грубая синхронизация по кадрам и несущей в системах OFDM: новая метрика и сравнение) IEEE Trans. Wireless Commun., vol.3, no. 4, pp.1271-1284, July 2004. Для обучения используются общие последовательности с хорошими свойствами корреляции. Например, для нашей системы используются последовательности Чу, которые получаются, как описано в работе D. Chu, "Polyphase codes with good periodic correlation properties (corresp.)," (Многофазные коды с хорошими свойствами периодической корреляции (сообщен.)) IEEE Trans. Inform. Theory, vol.18, no. 4, pp.531-532, July 1972. Эти последовательности имеют интересное свойство в том, что они обладают идеальными круговыми корреляциями. Пусть Lcp обозначает длину циклического префикса и пусть Nt обозначает длину компонентных обучающих последовательностей. Пусть Ntt где Mt есть длина обучающей последовательности. При этих предположениях переданная символьная последовательность для преамбулы может быть записана как:Next, we describe additional embodiments for performing a time and frequency offset estimate (4701b in FIG. 47). The signal transmission structure under consideration is illustrated by N. Minn, V.K.Bhargava, and K.V. Letaief, "A robust timing and frequency synchronization for OFDM systems," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 2, no. 4, pp. 822-839, July 2003, and studied in more detail by K. Shi and E. Serpedin, "Coarse frame and carrier synchronization of OFDM systems: a new metric and comparison," (Rough Frame and Carrier Synchronization in OFDM systems: a new metric and comparison) IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 3, no. 4, pp.1271-1284, July 2004. For training, general sequences with good correlation properties are used. For example, our system uses Chu sequences, which are obtained as described in D. Chu, "Polyphase codes with good periodic correlation properties (correp.)," (IEEE Trans. Multiphase codes with good periodic correlation properties (reported)). Inform. Theory, vol. 18, no. 4, pp.531-532, July 1972. These sequences have an interesting property in that they have perfect circular correlations. Let L cp denotes the cyclic prefix length, and let N t denotes the length of the training sequence component. Let N t = M t where M t is the length of the training sequence. Under these assumptions, the transmitted character sequence for the preamble can be written as:

s[n]=t[n-Nt] для n=-1, …, -Lcp s [n] = t [nN t ] for n = -1, ..., -L cp

s[n]=t[n] для n=0, …, Nt-1s [n] = t [n] for n = 0, ..., N t -1

s[n]=t[n-Nt] для n=Nt, …, 2Nt-1s [n] = t [nN t ] for n = N t , ..., 2N t -1

s[n]=-t[n-2Nt] для n=2Nt, …, 3Nt-1s [n] = - t [n-2N t ] for n = 2N t , ..., 3N t -1

s[n]=t[n-3Nt] для n=3Nt, …, 4Nt-1.s [n] = t [n-3N t ] for n = 3N t , ..., 4N t -1.

Отметим, что структура этой обучающего сигнала может быть расширена на другие длины, но с повторяющейся блоковой структурой. Например, для использования 16 обучающих сигналов мы рассматриваем такую структуру:Note that the structure of this training signal can be extended to other lengths, but with a repeating block structure. For example, to use 16 training signals, we consider the following structure:

[СР, В, В, -В, В, В, В, -В, В, -В, -В, В, -В, В, В, -В, В].[CP, B, B, -B, B, B, B, -B, B, -B, -B, B, -B, B, B, -B, B].

При использовании данной структуры и полагая Nt=4 Mt, все подлежащие описанию алгоритмы можно применять без модификации. По сути дела мы повторяем обучающую последовательность. Это особенно полезно в случаях, где подходящий обучающий сигнал может быть недоступен.Using this structure and assuming N t = 4 M t , all the algorithms to be described can be applied without modification. In fact, we are repeating the training sequence. This is especially useful in cases where a suitable training signal may not be available.

Рассмотрим следующий принятый сигнал после согласованной фильтрации и понижающей дискретизации до частоты символов:Consider the following received signal after matched filtering and downsampling to the symbol frequency:

r [ n ] = e 2 π e n i = 0 L h [ l ] s [ n Δ ] + v [ n ]

Figure 00000089
r [ n ] = e 2 π e n i = 0 L h [ l ] s [ n - - Δ ] + v [ n ]
Figure 00000089

где ε есть неизвестный дискретно-временной частотный сдвиг, Δ есть неизвестный кадровый сдвиг, h[1] являются неизвестными дискретно-временными канальными коэффициентами, a v[n] есть аддитивный шум. Для пояснения ключевых идей в нижеследующем разделе наличие аддитивного шума игнорируется.where ε is the unknown discrete-time frequency shift, Δ is the unknown frame shift, h [1] are unknown discrete-time channel coefficients, and v [n] is the additive noise. In order to clarify key ideas in the following section, the presence of additive noise is ignored.

i. Грубая кадровая синхронизацияi. Rough frame sync

Цель грубой кадровой синхронизации состоит в нахождении неизвестного кадрового сдвига Δ. Введем следующие определения:The goal of coarse frame synchronization is to find an unknown frame shift Δ. We introduce the following definitions:

r1[n]:=[r[n], r[n+1], …, r[n+Nt-1]T,r 1 [n]: = [r [n], r [n + 1], ..., r [n + N t -1] T ,

r ¯ 1 [ n ] : = [ r [ n + L c p ] , r [ n + 1 ] , , r [ n + N t 1 ] ] T

Figure 00000090
, r ¯ one [ n ] : = [ r [ n + L c p ] , r [ n + one ] , ... , r [ n + N t - one ] ] T
Figure 00000090
,

r2[n]:=[r[n+Nt], r[n+1+Nt], …, r[n+2Nt-1]T,r 2 [n]: = [r [n + N t ], r [n + 1 + N t ], ..., r [n + 2N t -1] T ,

r ¯ 2 [ n ] : = [ r [ n + L c p + N t ] , r [ n + 1 + L c p + N t ] , , r [ n + L c p + 2 N t 1 ] ] T

Figure 00000091
, r ¯ 2 [ n ] : = [ r [ n + L c p + N t ] , r [ n + one + L c p + N t ] , ... , r [ n + L c p + 2 N t - one ] ] T
Figure 00000091
,

r3[n]:=[r[n+2Nt], r[n+1+2Nt], …, r[n+3Nt-1]]T,r 3 [n]: = [r [n + 2N t ], r [n + 1 + 2N t ], ..., r [n + 3N t -1]] T ,

r ¯ 3 [ n ] : = [ r [ n + L c p + 2 N t ] , r [ n + 1 + L c p + 2 N t ] , , r [ n + L c p + 3 N t 1 ] ] T

Figure 00000092
, r ¯ 3 [ n ] : = [ r [ n + L c p + 2 N t ] , r [ n + one + L c p + 2 N t ] , ... , r [ n + L c p + 3 N t - one ] ] T
Figure 00000092
,

r4[n]:=[r[n+3Nt], r[n+1+3Nt], …, r[n+Lcp+4Nt-1]]T,r 4 [n]: = [r [n + 3N t ], r [n + 1 + 3N t ], ..., r [n + L cp + 4N t -1]] T ,

r ¯ 4 [ n ] : = [ r [ n + L c p + 3 N t ] , r [ n + 1 + L c p + 3 N t ] , , r [ n + L c p + 4 N t 1 ] ] T

Figure 00000093
. r ¯ four [ n ] : = [ r [ n + L c p + 3 N t ] , r [ n + one + L c p + 3 N t ] , ... , r [ n + L c p + four N t - one ] ] T
Figure 00000093
.

Предложенный алгоритм грубой кадровой синхронизации выведен из алгоритма в работе К. Shi and E. Serpedin, "Coarse frame and carrier synchronization of OFDM systems: a new metric and comparison," (Грубая синхронизация по кадрам и несущей в системах OFDM: новая метрика и сравнение) IEEE Trans. Wireless Commun., vol.3, no. 4, pp.1271-1284, July 2004, полученный из критерия максимального правдоподобия.The proposed coarse frame synchronization algorithm is derived from the algorithm by K. Shi and E. Serpedin, "Coarse frame and carrier synchronization of OFDM systems: a new metric and comparison," (Coarse frame and carrier synchronization in OFDM systems: a new metric and comparison ) IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 3, no. 4, pp. 1272-1284, July 2004, derived from the maximum likelihood criterion.

Способ 1 - усовершенствованная грубая кадровая синхронизация: узел оценки грубой кадровой синхронизации решает следующую оптимизацию:Method 1 - advanced coarse frame synchronization: the coarse frame synchronization evaluation unit solves the following optimization:

Δ = arg max k 3 | P 1 ( k ) | + | P 2 ( k ) | + | P 3 ( k ) | r 1 2 + r 2 2 + r 3 2 + r 4 2 + 1 2 ( r ¯ 1 2 + r ¯ 2 2 + r ¯ 3 2 + r ¯ 4 2 )

Figure 00000094
Δ = arg max k 3 | P one ( k ) | + | P 2 ( k ) | + | P 3 ( k ) | r one 2 + r 2 2 + r 3 2 + r four 2 + one 2 ( r ¯ one 2 + r ¯ 2 2 + r ¯ 3 2 + r ¯ four 2 )
Figure 00000094

гдеWhere

P 1 [ k ] = r 1 s [ k ] r 2 [ k ] r 3 s [ k ] r 4 [ k ] r ¯ 2 s [ k ] r ¯ 3 [ k ] P 2 [ k ] = r 2 s [ k ] r 4 [ k ] r 1 s [ k ] r 3 [ k ] P 3 [ k ] = r ¯ 1 s [ k ] r ¯ 4 [ k ]

Figure 00000095
. P one [ k ] = r one s [ k ] r 2 [ k ] - r 3 s [ k ] r four [ k ] - r ¯ 2 s [ k ] r ¯ 3 [ k ] P 2 [ k ] = r 2 s [ k ] r four [ k ] - r one s [ k ] r 3 [ k ] P 3 [ k ] = r ¯ one s [ k ] r ¯ four [ k ]
Figure 00000095
.

Пусть корректирующий сигнал определен как:Let the correction signal be defined as:

r c [ n ] = r [ n Δ [ L c p / 4 ] ]

Figure 00000096
. r c [ n ] = r [ n - Δ - [ L c p / four ] ]
Figure 00000096
.

Дополнительный корректирующий член используется для компенсации малых начальных отводов в канале и может регулироваться на основе приложения. Эта дополнительная задержка может быть в дальнейшем включена в канал.An additional correction term is used to compensate for small initial taps in the channel and can be adjusted based on the application. This additional delay may be further included in the channel.

ii. Частичная коррекция частотного сдвигаii. Partial frequency shift correction

Частичная коррекция частотного сдвига следует за блоком грубой кадровой синхронизации.A partial correction of the frequency shift follows the coarse frame synchronization block.

Способ 2 - усовершенствованная коррекция дробного частотного сдвига: дробный частотный сдвиг является решением для:Method 2 - advanced correction of fractional frequency shift: fractional frequency shift is a solution for:

f = p h a s e P 1 [ Δ ] 2 π N t

Figure 00000097
f = p h a s e P one [ Δ ] 2 π N t
Figure 00000097

Это известно как дробный частотный сдвиг, потому что алгоритм позволяет осуществлять коррекцию только для сдвигов:This is known as fractional frequency shift, because the algorithm allows correction only for shifts:

| f | < 1 2 N t

Figure 00000098
. | f | < one 2 N t
Figure 00000098
.

Эта проблема будет решена в следующем разделе. Пусть сигнал точной коррекции частотного сдвига определен как:This problem will be resolved in the next section. Let the signal of the exact correction of the frequency shift be defined as:

r f [ n ] = e j π e f r c [ n ]

Figure 00000099
. r f [ n ] = e - j π e f r c [ n ]
Figure 00000099
.

Отметим, что способы 1 и 2 представляют собой усовершенствование для способа по работе К. Shi and E. Serpedin, "Coarse frame and carrier synchronization ofOFDM systems: a new metric and comparison," (Грубая синхронизация по кадрам и несущей в системах OFDM: новая метрика и сравнение) IEEE Trans. Wireless Commun., vol.3, no. 4, pp.1271-1284, July 2004, который работает лучше в частотно-селективных каналах. Одним конкретным новшеством здесь является использование и r, и r ¯

Figure 00000100
, как описано выше.Note that methods 1 and 2 represent an improvement for the method of K. Shi and E. Serpedin, "Coarse frame and carrier synchronization ofOFDM systems: a new metric and comparison," (Rough frame and carrier synchronization in OFDM systems: new metric and comparison) IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 3, no. 4, pp. 1272-1284, July 2004, which works best in frequency selective channels. One specific innovation here is the use of both r and r ¯
Figure 00000100
as described above.

Использование r ¯

Figure 00000101
улучшает известный узел оценки, потому что он игнорирует отсчеты, которые могут быть засорены из-за межсимвольной помехи.Using r ¯
Figure 00000101
improves the well-known evaluation node because it ignores samples that may be clogged due to intersymbol interference.

iii. Коррекция целочисленного частотного сдвигаiii. Integer frequency shift correction

Для коррекции целочисленного частотного сдвига необходимо записать эквивалентную модель системы для принятого сигнала после точной коррекции частотного сдвига. Поглощая остающиеся временные ошибки в канале, принятый сигнал в отсутствие шума имеет следующую структуру:To correct an integer frequency shift, it is necessary to write an equivalent system model for the received signal after accurate correction of the frequency shift. Absorbing the remaining temporary errors in the channel, the received signal in the absence of noise has the following structure:

r f [ n ] = e 2 π n k N s i = 0 L c p 9 [ l ] s [ n l ]

Figure 00000102
r f [ n ] = e 2 π n k N s i = 0 L c p 9 [ l ] s [ n - l ]
Figure 00000102

n=0 для n=0. 1, … 4Nt-1. Целочисленный частотный сдвиг есть k, тогда как неизвестный эквивалентный канал есть g[1].n = 0 for n = 0. 1, ... 4N t -1. The integer frequency shift is k, while the unknown equivalent channel is g [1].

Способ 3 - усовершенствованная коррекция целочисленного частичного сдвига: целочисленный частотный сдвиг является решением для:Method 3 - advanced correction of integer partial shift: integer frequency shift is a solution for:

k = a r g m a x m = 0 , 1 , , N t 1 r * D [ k ] S ( S * S ) 1 S * D [ k ] * r

Figure 00000103
k = a r g m a x m = 0 , one , ... , N t - one r * D [ k ] S ( S * S ) - one S * D [ k ] * r
Figure 00000103

где r=D[k]Sgwhere r = D [k] Sg

D [ k ] : = d i a g { 1 , e j 2 π n 1 N t , , e j 2 π n ( 4 N t 1 ) N t }

Figure 00000104
D [ k ] : = d i a g { one , e j 2 π n one N t , ... , e j 2 π n ( four N t - one ) N t }
Figure 00000104

S : = [ s [ 0 ] s [ 1 ] s [ L c p ] s [ 1 ] s [ 0 ] s [ 1 ] s [ L c p + 1 ] s [ 4 N t 1 ] s [ 4 N t 2 ] s [ 4 N t 3 ] s [ 4 N t 1 L c p ] ]

Figure 00000105
S : = [ s [ 0 ] s [ - one ] ... ... s [ - L c p ] s [ one ] s [ 0 ] s [ one ] ... s [ - L c p + one ] s [ four N t - one ] s [ four N t - 2 ] s [ four N t - 3 ] ... s [ four N t - one - L c p ] ]
Figure 00000105

g : = [ 9 [ 0 ] 9 [ 1 ] 9 [ L c p ] ]

Figure 00000106
g : = [ 9 [ 0 ] 9 [ one ] 9 [ L c p ] ]
Figure 00000106

Это дает оценку полного частотного сдвига как:This gives an estimate of the total frequency shift as:

= k N t + f

Figure 00000107
. = k N t + f
Figure 00000107
.

На практике способ 3 имеет довольно высокую сложность. Для снижения сложности можно сделать следующие замечания. Прежде всего, произведение S S(S*S)-1 S* можно вычислить заранее. К сожалению, после этого по-прежнему необходимо выполнить довольно большое матричное умножение. Альтернативой является использование наблюдения, что с предложенными обучающими последовательностями S*S≈I. Это приводит к следующему способу с пониженной сложностью.In practice, method 3 has a rather high complexity. To reduce complexity, the following remarks can be made. First of all, the product SS (S * S) -1 S * can be calculated in advance. Unfortunately, after this, it is still necessary to perform a fairly large matrix multiplication. An alternative is to use the observation that with the proposed training sequences S * S≈I. This leads to the following method with reduced complexity.

Способ 4 - усовершенствованная коррекция целочисленного частотного сдвига низкой сложности: узел оценки целочисленного частотного сдвига низкой сложности решает:Method 4 - improved correction of an integer frequency shift of low complexity: the evaluation unit of an integer frequency shift of low complexity decides:

k = arg max m = 0,1 , N t 1 ( S * D [ k ] * r ) * ( S * D [ k ] * r )

Figure 00000108
. k = arg max m = 0.1 ... , N t - one ( S * D [ k ] * r ) * ( S * D [ k ] * r )
Figure 00000108
.

iv. Результатыiv. results

В данном разделе мы сравниваем характеристику различных предложенных узлов оценки.In this section, we compare the characteristics of the various proposed evaluation nodes.

Сначала на фиг.50 мы сравниваем величину затрат, требуемых для каждого способа. Отметим, что оба новых способа снижают требуемые затраты на величину от 10х до 20х. Для сравнения характеристики различных узлов оценки выполнялись эксперименты по методу Монте-Карло. Рассматриваемая компоновка представляет собой наше обычное передаваемое колебание NVIS, построенное из линейной модуляции с символьной скоростью ЗК символов в секунду, соответствующее полосе пропускания 3 кГц, и с формой нарастающего косинусного импульса. Для каждой реализации Монте-Карло частотный сдвиг генерируется из равномерного распределения в интервале [-fmax, tmax].First, in FIG. 50, we compare the amount of costs required for each method. Note that both new methods reduce the required costs by an amount from 10x to 20x. To compare the characteristics of the various evaluation nodes, experiments were performed using the Monte Carlo method. The configuration under consideration is our usual transmitted NVIS oscillation, constructed from linear modulation with a symbol rate of ZK symbols per second, corresponding to a bandwidth of 3 kHz, and with the shape of an increasing cosine pulse. For each Monte Carlo implementation, a frequency shift is generated from a uniform distribution in the interval [-f max , t max ].

Моделирование с малым частотным сдвигом величиной fmax=2 Гц и в отсутствие коррекции целочисленного сдвига иллюстрируется на фиг.51. Из этого сравнения характеристик видно, что характеристика при Nt/Mt=1 немного хуже по сравнению с исходным узлом оценки, хотя все же существенно снижает затраты. Характеристика при Nt/Mt=4 намного лучше, почти на 10 дБ. Все кривые имеют перегиб в точках низкого SNR из-за ошибок в оценке целочисленного сдвига. Малая ошибка в целочисленном сдвиге может создать большую частотную ошибку и тем самым большую среднеквадратичную ошибку. Коррекция целочисленного сдвига может быть отключена при малых сдвигах для улучшения характеристики.Modeling with a small frequency shift of f max = 2 Hz and in the absence of integer-shift correction is illustrated in FIG. From this comparison of the characteristics, it is seen that the characteristic at N t / M t = 1 is slightly worse compared to the initial evaluation node, although it still significantly reduces costs. The characteristic at N t / M t = 4 is much better, almost 10 dB. All curves have kinks at low SNR points due to errors in the integer shift estimate. A small error in the integer shift can create a large frequency error, and thus a large mean square error. Integer shift correction can be turned off at small offsets to improve performance.

При наличии многолучевых каналов характеристика узлов оценки частотного сдвига обычно ухудшается. Однако отключение узла оценки целочисленного сдвига показывает вполне хорошую характеристику на фиг.52. Таким образом, в многолучевых каналах даже более важно выполнять надежную грубую коррекцию, за которой следует усовершенствованный алгоритм точной коррекции. Отметим, что характеристика сдвига при Nt/Mt=4 намного лучше в многолучевом случае.In the presence of multipath channels, the characteristic of frequency shift estimation nodes is usually degraded. However, disabling the integer-shift estimation unit shows a very good characteristic in FIG. Thus, in multipath channels, it is even more important to perform reliable coarse correction, followed by an advanced algorithm for accurate correction. Note that the shear characteristic at N t / M t = 4 is much better in the multipath case.

Варианты осуществления изобретения могут включать в себя различные этапы, изложенные выше. Эти этапы могут быть реализованы в исполняемых компьютером командах, которые заставляют универсальный или специализированный процессор выполнять некоторые этапы. Например, описанные выше различные компоненты в базовых станциях/АР и клиентских устройствах могут быть реализованы как программное обеспечение в универсальном или специализированном процессоре. Чтобы избежать непонимания соответствующих аспектов изобретения, различные общеизвестные компоненты персональных компьютеров, такие как компьютерная память, дисковод жесткого диска, входные устройства и т.п. опущены на чертежах.Embodiments of the invention may include the various steps set forth above. These steps can be implemented in computer-executable instructions that cause the universal or specialized processor to perform certain steps. For example, the various components described above in base stations / APs and client devices can be implemented as software in a universal or specialized processor. To avoid misunderstanding the relevant aspects of the invention, various well-known components of personal computers, such as computer memory, hard disk drive, input devices, etc. omitted from the drawings.

Альтернативно, в одном варианте осуществления проиллюстрированные здесь различные функциональные модули и связанные с ними этапы могут выполняться конкретными аппаратными компонентами, которые содержат зашитую логику для выполнения этапов, такими как специализированная интегральная схема (ASIC), или любой комбинацией программируемых компьютерных компонентов и заказных аппаратных компонентов.Alternatively, in one embodiment, the various function modules illustrated here and the associated steps may be performed by specific hardware components that contain wired logic to complete the steps, such as a specialized integrated circuit (ASIC), or any combination of programmable computer components and custom hardware components.

В одном варианте осуществления некоторые модули, такие как логическая схема 903 кодирования, модулирования и обработки сигналов, описанная выше, могут быть реализованы как программируемый цифровой сигнальный процессор (DSP) (или группа DSP), такой как DSP использующий архитектуру TMS320x Texas Instruments (к примеру, TMS320C6000, TMS320C5000, … и т.п.). DSP в этом варианте осуществления может быть встроен в дополнительную плату к персональному компьютеру, такую, например, как плата PCI. Разумеется, можно использовать множество различных архитектур DSP, не нарушая при этом основополагающие принципы изобретения.In one embodiment, some modules, such as the coding, modulation, and signal processing logic 903 described above, may be implemented as a programmable digital signal processor (DSP) (or DSP group), such as a DSP using the Texas Instruments TMS320x architecture (e.g. , TMS320C6000, TMS320C5000, ... etc.). The DSP in this embodiment may be integrated in an additional board to a personal computer, such as, for example, a PCI board. Of course, many different DSP architectures can be used without violating the fundamental principles of the invention.

Элементы настоящего изобретения могут также быть представлены в виде машиночитаемого носителя для хранения исполняемых компьютером команд. Этот машиночитаемый носитель может включать в себя, в частности, флэш-память, оптические диски, CD-ROM, ПЗУ на DVD, ОЗУ, СППЗУ, ЭСППЗУ, магнитные или оптические карты, среды распространения или иные типы машиночитаемых носителей, пригодных для хранения электронных команд. Например, настоящее изобретение можно загружать как компьютерную программу, которая может переноситься с удаленного компьютера (к примеру, сервера) в запрашивающий компьютер (к примеру, клиент) посредством сигналов данных, встроенных в несущее колебание или иные среды распространения по линии связи (к примеру, модемное или сетевое соединение).Elements of the present invention may also be presented as computer-readable media for storing computer-executable instructions. This computer-readable medium may include, but is not limited to, flash memory, optical disks, CD-ROMs, DVD ROMs, RAMs, EPROMs, EEPROMs, magnetic or optical cards, distribution media, or other types of computer-readable media suitable for storing electronic commands . For example, the present invention can be downloaded as a computer program that can be transferred from a remote computer (for example, a server) to the requesting computer (for example, a client) using data signals embedded in carrier wave or other propagation media via a communication line (for example, modem or network connection).

По всему вышеприведенному описанию, для целей пояснения, многочисленные конкретные подробности были изложены для обеспечения всестороннего понимания настоящих системы и способа. Специалисту, однако, очевидно, что эти система и способ могут осуществляться без некоторых из этих конкретных подробностей. Соответственно, об объеме и сущности настоящего изобретения следует судить на основе нижеследующей формулы изобретения.Throughout the foregoing description, for purposes of explanation, numerous specific details have been set forth in order to provide a thorough understanding of the present system and method. The specialist, however, it is obvious that these system and method can be implemented without some of these specific details. Accordingly, the scope and spirit of the present invention should be judged on the basis of the following claims.

Кроме того, по всему вышеприведенному описанию цитировались многочисленные публикации для обеспечения всестороннего понимания настоящего изобретения. Все эти цитированные источники включены в настоящее описание посредством ссылки.In addition, numerous publications have been cited throughout the foregoing description to provide a thorough understanding of the present invention. All of these cited sources are incorporated herein by reference.

Claims (5)

1. Способ динамической адаптации характеристик связи многоантенной системы (MAC) с многопользовательскими (МП) передачами (МП-MAC), содержащий этапы, на которых:
передают обучающий сигнал от каждой антенны базовой станции к каждому из множества беспроводных клиентских устройств, причем каждое из клиентских устройств анализирует каждый обучающий сигнал для выработки характеристических данных канала, и принимают характеристические данные канала на базовой станции;
определяют мгновенное или статистическое качество канала (показатель качества линии связи) для беспроводных клиентских устройств с помощью характеристических данных канала;
определяют поднабор пользователей и режим передачи МП-MAC на основе показателя качества линии связи;
вычисляют множество весов предварительного кодера МП-MAC на основе характеристических данных каналов;
предварительно кодируют данные с помощью весов предварительного кодера МП-МАС для генерирования сигналов предварительно кодированных данных для каждой антенны базовой станции; и
передают сигналы предварительно кодированных данных через каждую антенну базовой станции к каждому соответствующему клиентскому устройству в выбранном поднаборе.
1. A method for dynamically adapting the communication characteristics of a multi-antenna system (MAC) with multi-user (MP) transmissions (MP-MAC), comprising the steps of:
transmitting a training signal from each antenna of the base station to each of a plurality of wireless client devices, each client device analyzing each training signal to generate channel characteristic data, and receiving channel characteristic data at the base station;
determining instantaneous or statistical channel quality (link quality indicator) for wireless client devices using channel characteristic data;
determining a subset of users and an MP-MAC transmission mode based on a link quality indicator;
calculating a plurality of weights of the MP-MAC preliminary encoder based on the channel characteristic data;
pre-encode the data using the weights of the pre-encoder MP-MAC for generating signals of pre-encoded data for each antenna of the base station; and
transmit precoded data signals through each antenna of the base station to each respective client device in the selected subset.
2. Способ по п. 1, в котором режимы передачи МП-MAC включают в себя различные комбинации выбора/разнесения антенн или мультиплексирования, схем модуляции/кодирования (MCS) и конфигураций/геометрий решетки.2. The method of claim 1, wherein the MP-MAC transmission modes include various combinations of antenna selection / diversity or multiplexing, modulation / coding (MCS) schemes, and lattice configurations / geometries. 3. Способ по п. 1, в котором показатель качества линии связи оценивают во временной, частотной и/или пространственной областях.3. The method according to p. 1, in which the quality index of the communication line is evaluated in the time, frequency and / or spatial areas. 4. Способ по п. 1, в котором показатель качества линии связи включает в себя отношение сигнал-шум (SNR) для сигналов, принятых в клиентских устройствах.4. The method according to claim 1, in which the indicator of the quality of the communication line includes a signal-to-noise ratio (SNR) for signals received at client devices. 5. Способ по п. 1, в котором система МП-MAC представляет собой систему связи с распределенными входами и распределенными выходами (DIDO), при этом режим передачи МП-MAC является режимом передачи DIDO на основе показателя качества линии связи, а веса предварительного кодера МП-MAC являются весами предварительного кодера DIDO. 5. The method according to claim 1, in which the MP-MAC system is a communication system with distributed inputs and distributed outputs (DIDO), wherein the MP-MAC transmission mode is a DIDO transmission mode based on the quality index of the communication line and the weight of the preliminary encoder MP-MACs are DIDO precoder weights.
RU2011131821/07A 2007-08-20 2011-07-28 Distributed input and distributed output communication system and method RU2580324C2 (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/894,362 US7633994B2 (en) 2004-07-30 2007-08-20 System and method for distributed input-distributed output wireless communications
US11/894,394 US7599420B2 (en) 2004-07-30 2007-08-20 System and method for distributed input distributed output wireless communications
US11/894,362 2007-08-20
US11/894,394 2007-08-20
US11/894,540 US7636381B2 (en) 2004-07-30 2007-08-20 System and method for distributed input-distributed output wireless communications
US11/894,540 2007-08-20

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010110620/07A Division RU2455779C2 (en) 2007-08-20 2008-08-20 System and method for wireless communication with distributed inputs and distributed outputs

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016107617A Division RU2700568C2 (en) 2007-08-20 2016-03-02 Wireless communication system and method with distributed inputs and distributed outputs

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011131821A RU2011131821A (en) 2013-02-10
RU2580324C2 true RU2580324C2 (en) 2016-04-10

Family

ID=48023331

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011131821/07A RU2580324C2 (en) 2007-08-20 2011-07-28 Distributed input and distributed output communication system and method
RU2011131822/07A RU2578206C2 (en) 2007-08-20 2011-07-28 Distributed input and distributed output wireless communication system and method
RU2016107617A RU2700568C2 (en) 2007-08-20 2016-03-02 Wireless communication system and method with distributed inputs and distributed outputs
RU2019126350A RU2019126350A (en) 2007-08-20 2019-08-21 WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND MULTIPLAYER MULTI-ANTENNA SYSTEM AND METHODS PERFORMED IN THEM

Family Applications After (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011131822/07A RU2578206C2 (en) 2007-08-20 2011-07-28 Distributed input and distributed output wireless communication system and method
RU2016107617A RU2700568C2 (en) 2007-08-20 2016-03-02 Wireless communication system and method with distributed inputs and distributed outputs
RU2019126350A RU2019126350A (en) 2007-08-20 2019-08-21 WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND MULTIPLAYER MULTI-ANTENNA SYSTEM AND METHODS PERFORMED IN THEM

Country Status (5)

Country Link
JP (5) JP2013251915A (en)
KR (3) KR101805345B1 (en)
CN (3) CN103117975B (en)
CA (2) CA3025857C (en)
RU (4) RU2580324C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2698316C1 (en) * 2016-04-15 2019-08-26 Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. Frame format with a short ssw for the process of forming an sls beam between connected associated stations and a method of preparing wireless communication
RU2769813C2 (en) * 2017-03-22 2022-04-06 Идак Холдингз Инк. Methods, devices, systems, architectures and interfaces for a channel state information reference signal for next generation wireless communication systems
RU2780219C2 (en) * 2017-10-20 2022-09-21 Панасоник Интеллекчуал Проперти Корпорейшн Оф Америка Initiator device for data exchange, responder device for data exchange, method for data exchange for initiator device, and method for data exchange for responder device

Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10749582B2 (en) 2004-04-02 2020-08-18 Rearden, Llc Systems and methods to coordinate transmissions in distributed wireless systems via user clustering
US10985811B2 (en) 2004-04-02 2021-04-20 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US11451275B2 (en) 2004-04-02 2022-09-20 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US11394436B2 (en) 2004-04-02 2022-07-19 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US11309943B2 (en) 2004-04-02 2022-04-19 Rearden, Llc System and methods for planned evolution and obsolescence of multiuser spectrum
US10886979B2 (en) 2004-04-02 2021-01-05 Rearden, Llc System and method for link adaptation in DIDO multicarrier systems
US10425134B2 (en) 2004-04-02 2019-09-24 Rearden, Llc System and methods for planned evolution and obsolescence of multiuser spectrum
US9685997B2 (en) 2007-08-20 2017-06-20 Rearden, Llc Systems and methods to enhance spatial diversity in distributed-input distributed-output wireless systems
EP3518485B1 (en) 2007-06-05 2021-08-04 Constellation Designs, LLC Method and apparatus for signaling with capacity optimized constellations
US8265175B2 (en) 2007-06-05 2012-09-11 Constellation Designs, Inc. Methods and apparatuses for signaling with geometric constellations
US9191148B2 (en) 2007-06-05 2015-11-17 Constellation Designs, Inc. Methods and apparatuses for signaling with geometric constellations in a Raleigh fading channel
AU2013262546B2 (en) * 2012-05-18 2017-02-16 Rearden, Llc Systems and methods to enhance spatial diversity in distributed input distributed output wireless systems
US10194346B2 (en) 2012-11-26 2019-01-29 Rearden, Llc Systems and methods for exploiting inter-cell multiplexing gain in wireless cellular systems via distributed input distributed output technology
US11050468B2 (en) 2014-04-16 2021-06-29 Rearden, Llc Systems and methods for mitigating interference within actively used spectrum
US11189917B2 (en) 2014-04-16 2021-11-30 Rearden, Llc Systems and methods for distributing radioheads
US20150229372A1 (en) * 2014-02-07 2015-08-13 Rearden, Llc Systems and methods for mapping virtual radio instances into physical volumes of coherence in distributed antenna wireless systems
US11190947B2 (en) 2014-04-16 2021-11-30 Rearden, Llc Systems and methods for concurrent spectrum usage within actively used spectrum
US10164698B2 (en) 2013-03-12 2018-12-25 Rearden, Llc Systems and methods for exploiting inter-cell multiplexing gain in wireless cellular systems via distributed input distributed output technology
RU2767777C2 (en) 2013-03-15 2022-03-21 Риарден, Ллк Systems and methods of radio frequency calibration using the principle of reciprocity of channels in wireless communication with distributed input - distributed output
CN104283819B (en) * 2013-07-01 2018-07-03 华为技术有限公司 Channel estimation process method, apparatus and communication equipment
US11290162B2 (en) 2014-04-16 2022-03-29 Rearden, Llc Systems and methods for mitigating interference within actively used spectrum
US10263686B2 (en) 2014-11-05 2019-04-16 Nec Corporation Communication system, transmission device, and communication method
JP6784675B2 (en) * 2014-12-09 2020-11-11 マイリオタ ピーティーワイ エルティーディーMyriota Pty Ltd Multi-carrier communication system
US10731052B2 (en) 2015-02-16 2020-08-04 Basf Se System for forming elastomeric compositions for application to metal
TWI555360B (en) * 2015-03-27 2016-10-21 In the uplink transmission system to solve the radio frequency is not perfect joint estimation compensation method
JP6697003B2 (en) * 2015-04-29 2020-05-20 インターデイジタル パテント ホールディングス インコーポレイテッド Method and device for subchannelized transmission scheme in WLAN
KR102305628B1 (en) * 2015-05-11 2021-09-28 엘지전자 주식회사 Apparatus and method for cancelling interference signal between UEs and enhancing downlink diversity gain in wireless communication system supportable full duplex radio scheme
CN106302299B (en) * 2015-05-20 2020-06-05 中兴通讯股份有限公司 Multi-user access method and device
JP6557874B2 (en) * 2015-05-25 2019-08-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 Wireless communication apparatus and wireless communication method
EP3306830A4 (en) * 2015-05-25 2018-12-19 LG Electronics Inc. Method and apparatus for transmitting and receiving channel information in inter-vehicle communication system
EP3311541B1 (en) * 2015-06-22 2021-11-17 Cohere Technologies, Inc. Symplectic orthogonal time frequency space modulation system
WO2017003952A1 (en) * 2015-06-27 2017-01-05 Cohere Technologies, Inc. Orthogonal time frequency space communication system compatible with ofdm
EP3360264B1 (en) * 2015-10-05 2018-12-12 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (PUBL) Method and apparatus to account for effective downlink channels arising from beamforming uplink reference signals
CN106612135B (en) * 2015-10-19 2021-07-27 北京三星通信技术研究有限公司 Signal sending method, receiving method and device based on multi-carrier spatial modulation
US10003390B2 (en) * 2016-04-21 2018-06-19 Huawei Technologies Canada Co., Ltd. System and method for precoded Faster than Nyquist signaling
CN107332600B (en) * 2016-04-29 2020-03-24 电信科学技术研究院 Channel state information feedback and receiving method and device
GB2554631B (en) * 2016-05-13 2019-11-20 Cambium Networks Ltd Method and apparatus for beam pattern stabilisation
US11202239B2 (en) 2017-04-20 2021-12-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Data connection switching
CN109219935B (en) * 2017-05-02 2021-07-23 联发科技股份有限公司 Load reduction method for linear combination codebook and feedback mechanism in mobile communication
CN107196880B (en) * 2017-05-22 2019-08-02 电子科技大学 A kind of phase noise compensation method in differential space-time coding
CN107395267A (en) * 2017-08-28 2017-11-24 王洋 A kind of AIS multiple antennas multi channel signals simulator
TWI639314B (en) * 2017-12-12 2018-10-21 財團法人工業技術研究院 Multi-antenna system and percoding method thereof
RU2685286C1 (en) * 2018-02-21 2019-04-17 Общество с ограниченной ответственностью "Формик" Method for implementing frequency and multiparameter adaptation in multi-antenna hf communication system
CN111903065B (en) * 2018-03-23 2023-12-05 株式会社Ntt都科摩 Base station and transmission method
CN108983155B (en) * 2018-07-09 2022-04-05 重庆大学 Radar communication integrated waveform design method
TWI717736B (en) 2019-05-15 2021-02-01 財團法人工業技術研究院 Multi-antenna system and channel calibration method thereof
CN113691297B (en) * 2020-05-18 2022-08-02 中国电信股份有限公司 Signal receiving method and device and signal transmission system
KR20230074167A (en) * 2020-09-23 2023-05-26 엘지전자 주식회사 A receiver including an analog-to-digital converter in a wireless communication network and a method of operating the receiver
CN112511201B (en) * 2020-11-19 2021-10-26 东南大学 Sky wave large-scale MIMO communication method, model and system
CN113659567B (en) * 2021-07-21 2024-03-26 上海外高桥造船有限公司 Design method and device of FPSO power system
CN113381956B (en) * 2021-08-13 2021-12-03 电子科技大学 Safe communication method based on motion state space position point
CN113746534B (en) * 2021-09-22 2022-04-19 东南大学 Satellite large-scale MIMO communication perception integrated sending method
CN115665847B (en) * 2022-12-26 2023-02-28 为准(北京)电子科技有限公司 Uplink synchronization method and device for single carrier signal of narrow-band Internet of things
CN117335929B (en) * 2023-12-01 2024-02-20 十方星链(苏州)航天科技有限公司 Satellite ground station multipath concurrency code modulation communication terminal and communication method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5838671A (en) * 1995-06-23 1998-11-17 Ntt Mobile Communications Network Inc. Method and apparatus for call admission control in CDMA mobile communication system
RU2005115854A (en) * 2002-10-25 2005-10-10 Квэлкомм Инкорпорейтед (US) SPACING PROCESSING FOR A MULTI-ANTENNA COMMUNICATION SYSTEM
US7072413B2 (en) * 2001-05-17 2006-07-04 Qualcomm, Incorporated Method and apparatus for processing data for transmission in a multi-channel communication system using selective channel inversion

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6259687B1 (en) * 1997-10-31 2001-07-10 Interdigital Technology Corporation Communication station with multiple antennas
US20030048753A1 (en) 2001-08-30 2003-03-13 Ahmad Jalali Method and apparatus for multi-path elimination in a wireless communication system
CA2468574A1 (en) * 2001-11-29 2003-06-05 Qualcomm, Incorporated Method and apparatus for determining the log-likelihood ratio with precoding
EP1359683B1 (en) * 2002-04-30 2006-08-30 Motorola, Inc. Wireless communication using multi-transmit multi-receive antenna arrays
FR2841068B1 (en) * 2002-06-14 2004-09-24 Comsis METHOD FOR DECODING LINEAR SPACE-TIME CODES IN A MULTI-ANTENNA WIRELESS TRANSMISSION SYSTEM, AND DECODER IMPLEMENTING SUCH A METHOD
US7072693B2 (en) * 2002-08-05 2006-07-04 Calamp Corp. Wireless communications structures and methods utilizing frequency domain spatial processing
EP1392004B1 (en) * 2002-08-22 2009-01-21 Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw Method for multi-user MIMO transmission and apparatuses suited therefore
US8705659B2 (en) * 2003-11-06 2014-04-22 Apple Inc. Communication channel optimization systems and methods in multi-user communication systems
US7711030B2 (en) * 2004-07-30 2010-05-04 Rearden, Llc System and method for spatial-multiplexed tropospheric scatter communications
US7418053B2 (en) * 2004-07-30 2008-08-26 Rearden, Llc System and method for distributed input-distributed output wireless communications
CN1930789A (en) * 2004-08-09 2007-03-14 松下电器产业株式会社 Wireless communication apparatus
KR100909539B1 (en) * 2004-11-09 2009-07-27 삼성전자주식회사 Apparatus and method for supporting various multi-antenna technologies in a broadband wireless access system using multiple antennas
JP4599192B2 (en) * 2005-03-02 2010-12-15 株式会社日立製作所 Wireless data communication system and wireless data communication method
US8483200B2 (en) * 2005-04-07 2013-07-09 Interdigital Technology Corporation Method and apparatus for antenna mapping selection in MIMO-OFDM wireless networks
US9408220B2 (en) * 2005-04-19 2016-08-02 Qualcomm Incorporated Channel quality reporting for adaptive sectorization
US7480497B2 (en) * 2005-06-29 2009-01-20 Intel Corporation Multicarrier receiver and method for carrier frequency offset correction and channel estimation for receipt of simultaneous transmissions over a multi-user uplink
JP4702883B2 (en) * 2005-08-23 2011-06-15 国立大学法人東京工業大学 Transmitting apparatus, receiving apparatus, MIMO-OFDM communication system, and IQ imbalance compensation method in MIMO-OFDM communication system
US7917100B2 (en) * 2005-09-21 2011-03-29 Broadcom Corporation Method and system for a double search user group selection scheme with range in TDD multiuser MIMO downlink transmission
US7720173B2 (en) * 2005-10-17 2010-05-18 Samsung Electronics Co., Ltd Apparatus and method for transmitting/receiving data in multi-user multi-antenna communication system
JP2008118380A (en) * 2006-11-02 2008-05-22 Samsung Electronics Co Ltd Communication device and communication method
JP5208453B2 (en) * 2007-06-19 2013-06-12 三星電子株式会社 Communication device and transmission rate setting method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5838671A (en) * 1995-06-23 1998-11-17 Ntt Mobile Communications Network Inc. Method and apparatus for call admission control in CDMA mobile communication system
US7072413B2 (en) * 2001-05-17 2006-07-04 Qualcomm, Incorporated Method and apparatus for processing data for transmission in a multi-channel communication system using selective channel inversion
RU2005115854A (en) * 2002-10-25 2005-10-10 Квэлкомм Инкорпорейтед (US) SPACING PROCESSING FOR A MULTI-ANTENNA COMMUNICATION SYSTEM

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2698316C1 (en) * 2016-04-15 2019-08-26 Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. Frame format with a short ssw for the process of forming an sls beam between connected associated stations and a method of preparing wireless communication
US10404344B2 (en) 2016-04-15 2019-09-03 Huawei Technologies Co., Ltd. Short SSW frame format for SLS beamforming process between enabled, associated stations, and method of preparing wireless communication
RU2769813C2 (en) * 2017-03-22 2022-04-06 Идак Холдингз Инк. Methods, devices, systems, architectures and interfaces for a channel state information reference signal for next generation wireless communication systems
RU2780219C2 (en) * 2017-10-20 2022-09-21 Панасоник Интеллекчуал Проперти Корпорейшн Оф Америка Initiator device for data exchange, responder device for data exchange, method for data exchange for initiator device, and method for data exchange for responder device

Also Published As

Publication number Publication date
CA2937021C (en) 2019-01-08
RU2700568C2 (en) 2019-09-18
KR20160136476A (en) 2016-11-29
JP2020127215A (en) 2020-08-20
KR101805345B1 (en) 2018-01-10
JP2013251915A (en) 2013-12-12
RU2011131822A (en) 2013-02-10
RU2016107617A (en) 2017-09-07
CA3025857A1 (en) 2009-02-26
RU2011131821A (en) 2013-02-10
JP6055524B2 (en) 2016-12-27
CN103501193B (en) 2017-04-12
JP2015111849A (en) 2015-06-18
CN103501193A (en) 2014-01-08
CN103036839A (en) 2013-04-10
JP2017085589A (en) 2017-05-18
RU2019126350A (en) 2021-02-24
RU2578206C2 (en) 2016-03-27
CN103036839B (en) 2015-09-30
CA3025857C (en) 2022-10-18
KR20150136548A (en) 2015-12-07
CN103117975A (en) 2013-05-22
CA2937021A1 (en) 2009-02-26
KR101598324B1 (en) 2016-02-26
KR20150018900A (en) 2015-02-24
CN103117975B (en) 2017-05-24
RU2016107617A3 (en) 2019-06-25
JP2015216699A (en) 2015-12-03
JP6922027B2 (en) 2021-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2700568C2 (en) Wireless communication system and method with distributed inputs and distributed outputs
US7633994B2 (en) System and method for distributed input-distributed output wireless communications
US7636381B2 (en) System and method for distributed input-distributed output wireless communications
US7599420B2 (en) System and method for distributed input distributed output wireless communications
US8160121B2 (en) System and method for distributed input-distributed output wireless communications
AU2020201409C1 (en) System and method for distributed input distributed output wireless communications
AU2023202310A1 (en) System and method for distributed input distributed output wireless communications

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner