Патент на изобретение №2305898

(54) СИСТЕМА И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛА В СИСТЕМЕ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ СХЕМУ АДАПТИВНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ С МНОЖЕСТВОМ ВХОДОВ И МНОЖЕСТВОМ ВЫХОДОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к системе мобильной связи. Техническим результатом является формирование и управление весового коэффициента передающего устройства с использованием информации о весовом коэффициенте приемного устройства. Система передачи/приема информации о весовых коэффициентах для формирования передающего/приемного лучей в системе мобильной связи, использующей схему адаптивной антенной решетки с множеством входов и множеством выходов, включает в себя приемное устройство, принимающее заранее определенный сигнал и дифференцированно предоставляющее весовые коэффициенты первой схеме и второй схеме для минимизации ошибки между принятым сигналом и заранее определенным опорным сигналом, тем самым получая минимальное значение ошибки, приемное устройство формирует сжатый сигнал посредством сжатия принятого сигнала, генерирует весовой коэффициент приема для формирования приемного луча приемным устройством посредством вычисления с использованием сжатого сигнала и минимального значения ошибки и генерирует весовой коэффициент передачи для формирования передающего луча передающим устройством посредством вычисления с использованием весового коэффициента приема и минимального значения ошибки. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 12 ил.

Область техники

Настоящее изобретение, в общем, относится к системе мобильной связи и, более конкретно, к системе и способу передачи и приема данных в системе мобильной связи, использующей схему адаптивной антенной решетки с множеством входов и множеством выходов.

Описание предшествующего уровня техники

Системы связи с услугами пакетной передачи, которые используются для передачи пакеты данных к множеству мобильных станций, разработаны в качестве систем мобильной связи следующего поколения и оснащены средствами передачи больших объемов данных.

За последнее время был разработан ряд систем связи с услугами пакетной передачи для предоставления услуг высокоскоростной пакетной передачи. 3GGP (Партнерский проект третьего поколения), который является консорциумом, созданным для предоставления асинхронных телекоммуникационных стандартов, предложил схему высокоскоростного пакетного доступа по нисходящей линии связи (HSDPA) для предоставления услуг высокоскоростной пакетной передачи. Помимо этого, 3GGP2 (Партнерский проект 2 третьего поколения), который является консорциумом, созданным для предоставления синхронных телекоммуникационных стандартов, предложил схему 1x EV-DO/V (1x Evolution Data Only/Voice) для предоставления услуг высокоскоростной пакетной передачи.

Схема HSDPA и 1x EV-DO/V предлагают услуги высокоскоростной пакетной передачи, чтобы просто передавать услуги Интернет, такие как веб-службы. При предоставлении услуг высокоскоростной пакетной передачи пиковая пропускная способность, а также средняя пропускная способность должна быть оптимизирована, чтобы свободно передавать пакетные данные и канальные данные, такие как голосовые услуги.

Более конкретно, чтобы предоставить возможность системе связи, использующей схему HSDPA (далее упоминаемой как “система связи HSDPA”), для передачи высокоскоростных пакетных данных, эти схемы, включающие в себя схему адаптивной модуляции и кодирования (AMC), схему гибридного запроса на автоматическую повторную передачу (HARQ) и схему быстрого выбора сотовой ячейки (FCS), в последнее время предоставлены системой связи HSDPA.

Система связи HSDPA повышает скорость пакетной передачи посредством использования схемы AMC, схемы HARQ и схемы FCS. Хотя система связи HSDPA описана в качестве примера, система связи, использующая схему 1x EV-DO/V (далее упоминаемая как “система связи 1x EV-DO/V”), может быть предоставлена, чтобы повысить скорость передачи данных. Чтобы повысить производительность системы связи 1x EV-DO/V, скорость передачи данных в ней должна быть увеличена.

Помимо вышеописанных новых схем, таких как схема AMC, схема HARQ и схема FCS, могут быть использованы схемы с множеством антенн, чтобы увеличить скорость передачи данных, одновременно преодолевая ограничение выделенной ширины полосы. Эта схема с множеством антенн использует пространственную область для преодоления ограничения ресурса ширины полосы в частотной области.

Система мобильной связи создана таким образом, чтобы обмениваться данными с множеством мобильных станций посредством базовой станции. Если базовая станция передает высокоскоростные данные к мобильным станциям, может возникать явление затухания вследствие характеристик радиоканала. Для преодоления влияния затухания предложена схема передачи с разнесением антенн. Согласно схеме передачи с разнесением антенн, сигналы передаются посредством, по меньшей мере, двух антенн, т.е. посредством множеством антенн таким образом, чтобы потери данных при передаче, вызываемые явлением затухания, могли быть минимизированы, тем самым повышая скорость пакетной передачи данных.

В общем, в отличие от среды проводного канала среда радиоканала в системе мобильной связи находится под влиянием различных параметров, таких как интерференция при многолучевом распространении, затенение, ослабление волн, шум и интерференция. В результате радиоканал может принимать сигнал, искаженный по сравнению с фактическим сигналом передачи.

При этом явление замирания, вызываемое интерференцией при многолучевом распространении, тесно связано с отражающим объектом или пользователем, т.е. связано с мобильностью мобильной станции, поэтому радиоканал может принимать сигнал передачи, смешанный с интерференционным сигналом, обусловленным явлением замирания. Поэтому сигнал, принимаемый в радиоканале, искажается по сравнению с фактическим сигналом передачи, так что производительность системы мобильной связи ухудшается. Т.е. явление замирания может искажать амплитуду и фазу сигнала, принимаемого в радиоканале, так что явление замирания становится основным фактором, мешающим высокоскоростной передаче данных в среде радиоканала.

Проводились различные исследования в попытке разрешить проблему замирания. В принципе, чтобы передавать высокоскоростные данные в системе мобильной связи, необходимо минимизировать потери, обусловленные характеристиками канала мобильной связи, таких как явление замирания и взаимные помехи пользователей. Чтобы предотвратить нестабильную связь, вызываемую явлением затухания, системой мобильной связи применялись различные схемы разнесения. Одной из этих схем разнесения является схема пространственного разнесения, которая использует множество антенн.

Помимо этого, предложена схема передачи с разнесением антенн, чтобы эффективно разрешать проблему замирания. Согласно схеме передачи с разнесением антенн, радиоканал принимает множество сигналов передачи, которые подвергаются влиянию эффектов замирания, чтобы преодолеть воздействие искажения сигналов, вызываемого явлением замирания. Схема передачи с разнесением антенн включает в себя схему временного разнесения, схему частотного разнесения, схему разнесения за счет многолучевого распространения и схему пространственного разнесения.

Для передачи высокоскоростных данных система мобильной связи должна разрешить проблему замирания, оказывающую негативное влияние на производительность системы мобильной связи, приводя к снижению амплитуды сигнала до нескольких десятков дБ. Поэтому схема разнесения используется, чтобы разрешить вышеописанную проблему замирания. Например, схема множественного доступа с кодовым разделением сигналов (CDMA) использует многоотводный приемник, который может реализовать функцию разнесения за счет использования разброса задержки в канале. Многоотводный приемник – это приемное устройство с разнесением при приеме, обеспечивающее прием многолучевого сигнала. Тем не менее, приемное устройство с разнесением при приеме имеет недостаток в том, что оно не может получить требуемый выигрыш за счет разнесения при разнесенном приеме, если канал имеет относительно небольшой разброс задержки.

Схема временного разнесения может эффективно обрабатывать ошибку в линии передачи пакетных данных, возникающую в среде радиоканала за счет использования схем перемежения и кодирования. В общем случае, схема временнуго разнесения используется в канале с доплеровским расширением полосы частот.

Однако, согласно вышеуказанной схеме временнуго разнесения, эффект разнесения уменьшается в низкоскоростном канале с доплеровским расширением полосы частот.

Схема пространственного разнесения главным образом используется в канале, имеющем относительно небольшой разброс задержки. Например, схема пространственного разнесения используется в канале внутри помещений и пешеходном канале, которые являются низкоскоростным каналом с доплеровским расширением полосы частот. Согласно схеме пространственного разнесения используются, по меньшей мере, две антенны для получения выигрыша за счет разнесенного приема. Если сигнал, передаваемый через одну антенну, ослабляется вследствие эффектов замирания, сигнал, передаваемый через другую антенну, принимается в канале, тем самым обеспечивая получение выигрыша за счет разнесенного приема. Схемы пространственного разнесения подразделяются на схему приема с разнесением антенн, использующую множество приемных антенн, схему передачи с разнесением антенн, использующую множество передающих антенн, и схему с множеством входов и множеством выходов (MIMO), использующую множество приемных антенн и передающих антенн.

Согласно схеме MIMO адаптивной антенной решетки (AAA), сигналы принимаются посредством антенной решетки, включающей в себя множество приемных антенн, и заранее определенные весовые векторы применяются к сигнальным векторам принятых сигналов таким образом, что интенсивность полезных сигналов, передаваемых в приемное устройство в надлежащем направлении передачи, может быть максимизирована, а интенсивность нежелательных сигналов, передаваемых в приемное устройство в ненадлежащем направлении передачи (т.е. интенсивность нежелательных сигналов, ненадлежащим образом переданных в приемное устройство), может быть уменьшена. Помимо этого, приемное устройство передает сигнал в передающее устройство после вычисления весового вектора передачи для сигнала для эффективного формирования луча сигнала, передаваемого в приемное устройство от передающего устройства. Т.е. согласно вышеуказанной схеме MIMO-AAA, только полезный сигнал усиливается в максимальной степени при приеме сигнала в приемном устройстве. Сигнал излучается в направлении приемного устройства с максимальной интенсивностью, так что качество речи может быть повышено и зоны обслуживания могут быть расширены.

Хотя вышеуказанная схема MIMO-AAA адаптируется для различных систем мобильной связи, использующих схему множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA), схему множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) или CDMA, схема MIMO-AAA описана применительно к системе мобильной связи, использующей схему CDMA (далее упоминаемая как “система мобильной связи CDMA”), для удобства описания.

На фиг.1 представлена блок-схема, иллюстрирующая структуры передающего устройства и приемного устройства традиционной системы мобильной связи CDMA. Однако перед описанием фиг.1 следует отметить, что последующее описание относится к случаю, когда система мобильной связи CDMA использует схему MIMO-AAA. Следовательно, передающее устройство и приемное устройство должны иметь множество передающих антенн и приемных антенн соответственно. Тем не менее, согласно фиг.1 передающее устройство и приемное устройство не имеют отдельных передающих антенн и приемных антенн, а одни и те же антенны используются для передачи и приема посредством схемы временного разделения сигналов с использованием антенного переключателя. Кроме того, согласно фиг.1 используется N антенн. Передающее устройство и приемное устройство могут представлять собой базовую станцию или мобильную станцию.

Согласно фиг.1, передающее устройство включает в себя кодер 101, перемежитель 103, генератор 105 передающего луча, процессор 107 сигналов, множество блоков расширения с 1-ого по N-ый, в том числе блоки 111, 121,… и 131 расширения с 1-ого по N-ый, и N радиочастотных (РЧ) процессоров с 1-ого по N-ый, в том числе РЧ-процессоры 113, 123,… и 133. Антенный переключатель 140 и N антенн с 1-ой по N-ую, в том числе антенны 141, 143,… и 145, как правило, используются для передающего устройства и приемного устройства.

Если данные, которые должны быть переданы, сформированы, то данные вводятся в кодер 101. Кодер 101 может кодировать данные посредством заранее определенного способа кодирования и выводить сигнал на перемежитель 103. Способ кодирования включает в себя способ турбокодирования или способ сверточного кодирования.

После приема сигнала от кодера 101 перемежитель 103 может перемежать сигнал посредством заранее определенного способа перемежения, чтобы предотвратить ошибку в линии передачи пакетных данных, и выводит сигнал на генератор 105 передающего луча. При этом сигнал, выводимый из перемежителя 103, представляется как “z_k“. После этого процессор 107 сигналов рассчитывает вес на основе сигнала z_k с выхода перемежителя 103 и выдает сигнал на генератор 105 передающего луча. Генератор 105 передающего луча генерирует передающий луч на основе сигнала z_k с выхода перемежителя 103 и веса, рассчитанного в процессоре 107 сигналов, и выдает передающий луч на блоки 111, 121,… и 131 расширения с 1-ого по N-ый соответственно. Т.е. генератор 105 передающего луча принимает сигнал с выхода перемежителя 103, формирует передающий луч и передает передающий луч на каждый из блоков 111, 121,… и 131 расширения с 1-ого по N-ый так, что передающий луч может быть передан каждой из антенн 141, 143,… и 145 с 1-ой по N-ую. При этом процедура формирования передающего луча не относится непосредственно к настоящему изобретению. Поэтому ее подробное описание опущено.

Набор сигналов с выхода генератора 105 передающего луча представляется как “y_k“. Т.е. y_k– это набор сигналов, генерируемых генератором 105 передающего луча и сопоставленных с k-ой антенной.

Первый блок 111 расширения принимает сигнал y₁ с выхода генератора 105 передающего луча и расширяет сигнал y₁ с использованием заранее определенного кода расширения. После этого первый блок 111 расширения подает сигнал x₁ на первый РЧ-процессор 113. После приема сигнала от первого блока 111 расширения первый РЧ-процессор 113 выполняет процесс РЧ-обработки этого сигнала и выдает сигнал на антенный переключатель 140. Каждый из РЧ-процессоров включает в себя усилитель, преобразователь частоты, фильтр и аналого-цифровой преобразователь для обработки РЧ-сигналов.

Второй блок 121 расширения принимает сигнала y₂ с выхода генератора 105 передающего луча и расширяет сигнал y₂ с использованием заранее определенного кода расширения. После этого второй блок 121 расширения выдает сигнал x₂ на второй РЧ-процессор 123. После приема сигнала от второго блока 121 расширения второй РЧ-процессор 123 выполняет процесс РЧ-обработки этого сигнала и выдает сигнал на антенный переключатель 140.

Аналогичным образом N-ный блок 131 расширения принимает сигнала y_N с выхода генератора 105 передающего луча и расширяет сигнал y_N с использованием заранее определенного кода расширения. После этого N-ный блок 131 расширения выдает сигнал x_N на N-ный РЧ-процессор 133. После приема сигнала от N-ного блока 131 расширения N-ный РЧ-процессор 133 выполняет процесс РЧ-обработки этого сигнала и выдает сигнал на антенный переключатель 140.

Антенный переключатель 140 управляет операциями передачи и приема сигнала посредством определения момента передачи и момента приема сигнала под управлением контроллера (не показан). Помимо этого, антенны 141, 143,… и 145 с 1-ой по N-ую могут управляться как передающие антенны (Tx ANT) или приемные антенны (Rx ANT) согласно операциям передачи и приема сигналов антенного переключателя 140.

Приемное устройство базовой станции системы мобильной связи CDMA включает в себя N РЧ-процессоров, в том числе РЧ-процессоры с 1-ого по N-ый 151, 161,… и 171, N блоков поиска многолучевых сигналов с 1-ого по N-ый, в том числе блоки 153, 163,…, 173, соответствующие РЧ-процессорам, L отводов с 1-ого по L-ый, в том числе отводы 180-1, 180-2,…, 180-L для обработки сигналов, относящиеся к L каналам многолучевого распространения, поиск которых осуществляется блоками поиска многолучевых сигналов, многолучевой сумматор 191 для объединения многолучевых сигналов с выходов L отводов, обращенный перемежитель 193 и декодер 195.

Сигналы, передаваемые из множества передающих устройств, принимаются N антеннами по многолучевому радиоканалу с замираниями. Антенный переключатель 140 выдает сигнал, принятый первой антенной 141, на первый РЧ-процессор 151. После приема сигнала от антенного переключателя 140 первый РЧ-процессор 151 выполняет процесс РЧ-обработки этого сигнала для преобразования сигнала в цифровой сигнал базовой полосы. Затем первый РЧ-процессор 151 подает цифровой сигнал базовой полосы на первый блок 153 поиска многолучевых сигналов. После приема цифрового сигнала базовой полосы от первого РЧ-процессора 151 первый блок 153 поиска многолучевых сигналов делит цифровой сигнал базовой полосы на L многолучевых компонентов и выдает многолучевые компоненты на отводы 180-1, 180-2,…, 180-L с 1-ого по L-ый соответственно. Каждый из отводов 180-1, 180-2,…, 180-L с 1-ого по L-ый однозначно сопоставлен с каждым из L каналов многолучевого распространения, чтобы обрабатывать многолучевые компоненты. Поскольку L каналов многолучевого распространения могут быть рассмотрены для каждого сигнала, принятого посредством N приемных антенн, обработка сигналов должна выполняться для NxL сигналов. Из NxL сигналов те сигналы, которые относятся к одному и тому же каналу, выдаются на один и тот же отвод.

Антенный переключатель 140 выдает сигнал, принятый второй антенной 143, на второй РЧ-процессор 161. После приема сигнала от антенного переключателя 140 второй РЧ-процессор 161 выполняет процесс РЧ-обработки этого для его преобразования в цифровой сигнал базовой полосы. Затем второй РЧ-процессор 161 подает цифровой сигнал базовой полосы на второй блок 163 поиска многолучевых сигналов. После приема цифрового сигнала базовой полосы от второго РЧ-процессора 161 второй блок 163 поиска многолучевых сигналов делит цифровой сигнал базовой полосы на L многолучевых компонентов и выдает многолучевые компоненты на отводы 180-1, 180-2,…, 180-L с 1-ого по L-ый соответственно.

Аналогичным образом антенный переключатель 140 выдает сигнал, принятый N-ной антенной 145, на N-ный РЧ-процессор 171. После приема сигнала от антенного переключателя 140 N-ный РЧ-процессор 171 выполняет процесс РЧ-обработки этого сигнала для его преобразования в цифровой сигнал базовой полосы. Затем N-ный РЧ-процессор 171 подает цифровой сигнал базовой полосы на N-ный блок 173 поиска многолучевых сигналов. После приема цифрового сигнала базовой полосы от N-ного РЧ-процессора 171 второй блок 173 поиска многолучевых сигналов делит цифровой сигнал базовой полосы на L многолучевых компонентов и выдает многолучевые компоненты на отводы 180-1, 180-2,…, 180-L с 1-ого по L-ый соответственно.

Следовательно, среди сигналов, принятых посредством N антенн, одни и те же многолучевые сигналы из L многолучевых сигналов подаются на один и тот же отвод. Например, первые многолучевые сигналы антенн 141-145 с 1-ой по N-ую подаются на первый отвод 180-1, а L-ные многолучевые сигналы антенн 141-145 с 1-ой по N-ую подаются на L-ный отвод 180-L. Отводы 180-1-180-L с 1-ого по L-ый имеют одинаковую структуру и рабочую характеристику несмотря на то, что различные сигналы подаются на отводы 180-1-180-L с 1-ого по L-ый и выводятся из них. Поэтому далее в качестве примера описана только структура и работа первого отвода 180-1.

Первый отвод 180-1 включает в себя N блоков сжатия, в том числе блоки 181, 182,… и 183 сжатия с 1-ого по N-ый, соответствующих N блокам поиска многолучевых сигналов, процессор 184 сигналов для приема сигналов с выхода блоков 181-183 сжатия с 1-ого по N-ый и вычисления их весов для формирования приемного луча, а также генератор 185 приемного луча для формирования приемного луча на основе весов, вычисленных процессором 184 сигналов.

Первый многолучевой сигнал с выхода первого блока 153 поиска многолучевых сигналов подается на первый блок 181 сжатия. После приема первого многолучевого сигнала первый блок 181 сжатия осуществляет сжатие многолучевого сигнала с использованием заранее определенного кода сжатия и выдает первый многолучевой сигнал в процессор 184 сигналов и генератор 185 приемного луча. Код сжатия идентичен коду расширения, используемому в каждом передающем устройстве, а процесс сжатия называется “временной обработкой”.

Кроме того, первый многолучевой сигнал с выхода второго блока 163 поиска многолучевых сигналов подается на второй блок 182 сжатия. После приема первого многолучевого сигнала второй блок 182 сжатия осуществляет сжатие первого многолучевого сигнала с использованием заранее определенного кода сжатия и выдает первый многолучевой сигнал в процессор 184 сигналов и генератор 185 приемного луча.

Аналогичным образом, первый многолучевой сигнал с выхода N-ного блока 173 поиска многолучевых сигналов подается на N-ный блок 183 сжатия. После приема первого многолучевого сигнала N-ный блок 183 сжатия осуществляет сжатие первого многолучевого сигнала с использованием заранее определенного кода сжатия и выдает первый многолучевой сигнал в процессор 184 сигналов и генератор 185 приемного луча.

Процессор 184 сигналов принимает сигналы с выходов блоков 181-183 сжатия с 1-ого по N-ый и вычисляет набор весов w_k для формирования приемного луча. Набор первых многолучевых сигналов с выходов блоков 153-173 поиска многолучевых сигналов с 1-ого по N-ый задается как “x_k“. Т.е. “x_k” представляет набор первых многолучевых сигналов, принятых в k-ый момент посредством антенн 141-145 с 1-ой по N-ую. Все первые многолучевые сигналы, образуюшие набор первых многолучевых сигналов “x_k“, являются векторными сигналами. Помимо этого, w_k представляет набор весов, которые должны быть применены к каждому из первых многолучевых сигналов, принятых в k-ый момент посредством антенн 141-145 с 1-ой по N-ую. Все веса, образующие набор весов w_k, являются векторными сигналами.

Помимо этого, набор сжатых сигналов для первых многолучевых сигналов, образующих набор первых многолучевых сигналов “x_k“, задается как “y_k“. При этом “y_k” представляет набор сжатых сигналов для первых многолучевых сигналов, принятых в k-ый момент посредством антенн 141-145 с 1-ой по N-ую. Все сжатые сигналы, образующие набор “y_k” сжатых сигналов, являются векторными сигналами. В целях удобства описания термин “набор” далее опускается. Следует отметить, что параметры, имеющие знаки подчеркивания, представляют набор конкретных элементов.

Помимо этого, поскольку блоки 181-183 сжатия с 1-ого по N-ый сжимают первые многолучевые сигналы x_k с использованием заранее определенного кода сжатия, мощность полезного сигнала, принимаемого в надлежащем направлении передачи, может быть усилена на величину выигрыша за счет обработки по сравнению с мощностью сигнала взаимных помех.

Как описано выше, сжатые сигналы y_k, соответствующие первым многолучевым сигналам x_k, подаются в процессор 184 сигналов. Процессор 184 сигналов рассчитывает веса w_k на основе сжатых сигналов y_k, соответствующих первым многолучевым сигналам x_k, и выдает веса w_k на генератор 185 приемного луча. Т.е. процессор 184 сигналов вычисляет N весов w_k, применяемых к первым многолучевым сигналам x_k с выходов антенн 141-145 с 1-ой по N-ую с использованием сжатых сигналов y_k, соответствующих N первым многолучевым сигналам x_k. Генератор 185 приемного луча принимает сжатые сигналы y_k, соответсвующие N первым многолучевым сигналам x_k, и N весов w_k.

Кроме того, генератор 185 приемного луча формирует приемный луч с использованием N весов w_k. После этого генератор 185 приемного луча выводит сигнал в качестве выходного сигнала z_k первого отвода 180-1 посредством объединения сжатых сигналов y_k, соответсвующих N первым многолучевым сигналам x_k, с весами w_k приемных лучей. Выходной сигнал z_k первого отвода 180-1 может быть представлен, как показано ниже в уравнении (1).

Уравнение (1) представляет эрмитов оператор, т.е. транспонирование сопряженных величин. Кроме того, набор z_k сигналов z_k с выходов N отводов приемного устройства подается в многолучевой сумматор 191.

Хотя в качестве примера выше описана работа только первого отвода 180-1, другие отводы могут работать так же, как и первый отвод 180-1. Поэтому многолучевой сумматор 191 принимает сигналы с выходов отводов с 1-ого по L-ый, объединяет сигналы друг с другом согласно схеме многолучевого распространения и выдает сигналы на обращенный перемежитель 193. Обращенный перемежитель 193 принимает сигналы с выхода многолучевого сумматора 191, выполняет обратное перемежение сигналов посредством заранее определенного способа обратного перемежения, соответствующего способу перемежения, используемому в передающем устройстве, и выдает сигналы на декодер 195. После приема сигналов от обращенного перемежителя 193 декодер 195 декодирует сигналы способом декодирования, соответствующим способу кодирования, используемому в передающем устройстве, и выдает сигналы как окончательные приемные данные.

Процессор 184 сигналов вычисляет веса w_k согласно заранее определенному алгоритму, чтобы минимизировать среднеквадратическую погрешность (MSE) сигнала, передаваемого из требуемого передающего устройства. Кроме того, генератор 185 приемного луча формирует приемный луч с использованием весов w_k, вычисленных процессором 184 сигналов. Процесс формирования приемного луча для минимизации MSE называется “пространственной обработкой”. Разумеется, процесс формирования передающего луча для минимизации MSE также называется “пространственной обработкой”. Поэтому когда схема MIMO-AAA используется в системе мобильной связи, временная обработка и пространственная обработка выполняются одновременно как “пространственно-временная обработка”.

Как описано выше, процессор 184 сигналов вычисляет веса w_k, обеспечивающие максимизацию коэффициента усиления схемы MIMO-AAA согласно заранее определенному алгоритму посредством приема многолучевых сигналов до сжатия многолучевых сигналов и после сжатия многолучевых сигналов в каждом отводе. Аналогичным способом веса w_k, обеспечивающие максимизацию коэффициента усиления схемы MIMO-AAA, рассчитываются в передающем устройстве согласно заранее определенному алгоритму. Процессор 184 сигналов и генератор 105 передающего луча действуют для достижения минимальной MSE.

В последнее время активно проводились исследования, касающиеся алгоритма вычисления весов для минимизации MSE. Согласно алгоритму вычисления весов для минимизации MSE, ошибка уменьшается на основе опорного сигнала. Если опорный сигнал отсутствует, алгоритм может обеспечивать схему постоянных модулей (CM) и схему с управлением по решению (DD) посредством слепого метода.

Однако алгоритм минимизации MSE согласно опорному сигналу не адаптируется, если канал подвергается влиянию среды с быстрыми замираниями. Например, если канал подвергается влиянию среды с быстрыми затираниями или среды модуляции более высокого порядка, такой как 16QAM, то посредством алгоритма трудно получить MSE, имеющую минимальное значение, требуемое системой.

Дополнительно, даже если минимальная MSE может быть получена посредством алгоритма, минимальная MSE имеет относительно высокое значение. Если минимальная MSE определяется относительно высоким значением, то ожидаемый коэффициент усиления, когда схема MIMO-AAA применяется к системе связи, может быть значительно уменьшен, так что он не является адаптированным для системы высокоскоростной передачи данных. Кроме того, поскольку в передающем и приемном устройствах должны вычисляться веса для формирования передающего луча и приемного луча соответственно, то при вычисления весов может иметь место большая вычислительная нагрузка.

Сущность изобретения

Следовательно, настоящее изобретение направлено на разрешение вышеуказанной и других проблем, свойственных предшествующему уровню техники. Целью настоящего изобретения является создание системы и способа передачи и приема данных с помощью схемы адаптивной антенной решетки в системе мобильной связи.

Другой целью настоящего изобретения является создание системы и способа, обеспечивающих управление весового коэффициента передающего устройства с использованием информации о весовом коэффициенте приемного устройства в системе мобильной связи, использующей схему адаптивной антенной решетки.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание системы и способа, использующих формирование весовых коэффициентов при передаче и приеме данных в системе мобильной связи, использующей схему адаптивной антенной решетки.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, чтобы достичь вышеуказанных и других целей, предусмотрен способ передачи и приема информации о весовых коэффициентах для формирования передающего и приемного лучей в системе беспроводной связи, использующей схему адаптивной антенной решетки. Способ включает в себя этапы, на которых: вычисляют минимальное значение ошибки посредством применения весов отдельно к первой схеме и второй схеме для минимизации ошибки принятого сигнала; вычисляют весовой коэффициент приема для формирования приемного луча с использованием принятого сигнала и минимального значения ошибки; вычисляют весовой коэффициент передачи для формирования передающего луча с использованием весового коэффициента приема и минимальной ошибки; генерируют информацию обратной связи, включающую в себя весовой коэффициент передачи; и передают информацию обратной связи.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предусмотрен способ передачи и приема сигнала в системе беспроводной связи, включающей в себя первое устройство и второе устройство, использующие схему адаптивной антенной решетки, причем первое устройство включает в себя первое передающее устройство и первое приемное устройство, второе устройство включает в себя второе передающее устройство и второе приемное устройство. Способ включает в себя применение веса первым приемным устройством к первой схеме и второй схеме для минимизации ошибки принятого сигнала, тем самым получая минимальное значение ошибки; формирование весового коэффициента приема для формирования приемного луча первым устройством посредством вычисления с использованием принятого сигнала и минимального значения ошибки и генерирования весового коэффициента передачи для формирования передающего луча вторым устройством посредством вычисления с использованием весового коэффициента приема и минимального значения ошибки; формирование информации обратной связи, включающей в себя весовой коэффициент передачи второго устройства; и передачу информации обратной связи от первого передающего устройства второму приемному устройству; прием информации обратной связи вторым приемным устройством; и получение вторым устройством весового коэффициента передачи из информации обратной связи, формирование передающего луча соответственно весовому коэффициенту передачи и передачи сигнала передающего луча посредством второго передающего устройства первому устройству.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предусмотрена система передачи и приема сигнала в системе беспроводной связи, использующей схему адаптивной антенной решетки. Система содержит блок сжатия для формирования сжатого сигнала посредством сжатия принятого сигнала; процессор сигналов для получения минимального значения ошибки посредством отдельного предоставления весовых коэффициентов первой схеме и второй схеме для минимизации ошибки принятого сигнала, формирование весового коэффициента приема для формирования приемного луча приемным устройством посредством вычисления с использованием сжатого сигнала и минимального значения ошибки и генерирования весового коэффициента передачи для формирования передающего луча соответствующим передающим устройством посредством вычисления с использованием весового коэффициента приема и минимального значения ошибки; генератор информации обратной связи для формирования информации обратной связи, включающей в себя весовой коэффициент передачи; и передающее устройство для передачи информации обратной связи соответствующему приемному устройству.

В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предусмотрена система передачи и приема информации о весовом коэффициенте передачи в системе беспроводной связи, использующей схему адаптивной антенной решетки. Система содержит первое устройство, включающее в себя первое приемное устройство и первое передающее устройство; и второе устройство, включающее в себя второе приемное устройство и второе передающее устройство, причем первое приемное устройство принимает сигнал, генерирует сжатый сигнал посредством сжатия принятого сигнала, при этом первое устройство получает минимальное значение ошибки посредством отдельного предоставления весов первой схеме и второй схеме для минимизации ошибки принятого сигнала, генерирует весовой коэффициент приема для формирования приемного луча первым приемным устройством посредством вычисления с использованием сжатого сигнала и минимального значения ошибки, генерирует весовой коэффициент передачи для формирования передающего луча вторым передающим устройством второго устройства посредством вычисления с использованием весового коэффициента приема и минимального значения ошибки и формирует информацию обратной связи, включающую в себя весовой коэффициент передачи, причем первое передающее устройство передает информацию обратной связи второму устройству, при этом второе приемное устройство принимает информацию обратной связи, причем второе устройство получает весовой коэффициент передачи из информации обратной связи и формирует передающий луч соответственно весовому коэффициенту передачи, и причем второе передающее устройство передает сигнал передающего луча посредством второго передающего устройства первому устройству.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются в последующем подробном описании со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

Фиг.1 – блок-схема, иллюстрирующая структуру традиционной системы мобильной связи CDMA;

Фиг.2 – блок-схема, иллюстрирующая структуры передающего устройства и приемного устройства базовой станции в системе мобильной связи CDMA, выполняющих функции согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 – блок-схема, иллюстрирующая структуры передающего устройства и приемного устройства мобильной станции системы мобильной связи, выполняющих функции согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 – блок-схема, иллюстрирующая структуру процессора сигналов, выполняющего функции согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5 – блок-схема, иллюстрирующая процедуру передачи/приема данных с помощью схемы MIMO-AAA согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.6 – блок-схема, иллюстрирующая процедуру приема сигналов приемного устройства базовой станции согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.7 – график, импортирующий кривую сигмоидной функции, используемой в настоящем изобретении;

Фиг.8 – схематичное представление схемы CM, используемой в системе мобильной связи, когда p=2, d(k)=R_2,R + jR_2,I, а J=0 (при этом k=0);

Фиг.9 – схематичное представление схемы DD, когда в системе мобильной связи используется схема BPSK;

Фиг.10 – блок-схема, иллюстрирующая структуры передающего устройства базовой станции и приемного устройства базовой станции системы мобильной связи OFDM, выполняющих функции согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.11 – блок-схема, иллюстрирующая структуры передающего устройства мобильной станции и приемного устройства мобильной станции системы мобильной связи OFDM, выполняющих функции согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.12 – график, иллюстрирующий характеристическую кривую способа формирования весовых коэффициентов комбинированного типа согласно настоящему изобретению, в соответствии с числом приемных антенн базовой станции.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

Далее подробно описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. В последующем описании подробное описание известных функций и конфигураций, содержащихся в данном документе, опущено, чтобы не затенять сущность настоящего изобретения.

Перед описанием настоящего изобретения ниже описана модель сигналов, принимаемых в приемном устройстве системы мобильной связи, использующей схему CDMA. Приемное устройство может включать в себя приемное устройство базовой станции или приемное устройство мобильной станции, обеспечивающее прием сигнала. Однако в качестве примера приемного устройства, для описания модели принимаемого сигнала, используется приемное устройство базовой станции.

Приемное устройство базовой станции включает в себя приемную антенную решетку (антенную решетку Rx), имеющую множество приемных антенн. Кроме того, хотя настоящее изобретение может адаптироваться для различных систем мобильной связи, использующих схему FDMA, схему TDMA, схему CDMA или схему OFDM-мультиплексирования с ортогональным частотным разделением сигналов, настоящее изобретение описано применительно к системе мобильной связи, использующей схему CDMA (в дальнейшем упоминаемой как “система мобильной связи CDMA”), и системе мобильной связи, использующей схему OFDM (в дальнейшем упоминаемой как “система мобильной связи OFDM”), для удобства описания.

Сигнал, передаваемый заранее определенной мобильной станцией, которая находится в сотовой ячейке в зоне обслуживания базовой станции, т.е. сигнал, передаваемый передающим устройством m-ной мобильной станции, представляется, как показано ниже в уравнении (2).

В уравнении (2) s_m(t) представляет сигнал передачи m-ной мобильной станции, p_m представляет мощность передачи m-ной мобильной станции, b_m(t) представляет последовательность битов пользовательской информации m-ной мобильной станции, а c_m(t) представляет последовательность пользовательского кода расширения m-ной мобильной станции, имеющей интервал T_c передачи элементарного сигнала.

Сигнал передачи, передаваемый передающим устройством мобильной станции, принимается приемным устройством базовой станции посредством многолучевого векторного канала. При этом считается, что параметры многолучевого векторного канала могут варьироваться с относительно небольшой скоростью по отношению к интервалу T_b побитовой передачи. Следовательно, считается, что параметры канала сохраняются постоянными в течение заранее определенных интервалов побитовой передачи. Поэтому комплексный сигнал базовой полосы, принимаемый в приемном устройстве базовой станции посредством первого канала многолучевого распространения m-ной мобильной станции, представляется, как показано ниже в уравнении (3). Следует заметить, что принимаемый сигнал, представленный в уравнении (3), – это РЧ-сигнал, который принят в приемном устройстве базовой станции и преобразован с понижением частоты в сигнал базовой полосы.

(3)

В вышеприведенном уравнении (3) x_ml(t) представляет набор комплексных сигналов базовой полосы, принимаемых в приемном устройстве посредством первого канала многолучевого распространения m-ной мобильной станции, _ml представляет амплитудное затухание для замирания, соответствующее первому каналу многолучевого распространения m-ной мобильной станции, ф_ml представляет фазовый переход, применяемый к первому каналу многолучевого распространения m-ной мобильной станции, _ml представляет временную задержку, применяемую к первому каналу многолучевого распространения m-ной мобильной станции, а a_ml представляет набор откликов решетки (AR), применяемый к первому каналу многолучевого распространения m-ной мобильной станции. Поскольку приемное устройство базовой станции включает в себя N приемных антенн, сигнал, передаваемый из m-ной мобильной станции, может быть принят в приемном устройстве посредством N приемных антенн, так чтобы N сигналов принимались в приемном устройстве посредством первого канала многолучевого распространения m-ной мобильной станции. Таким образом, N комплексных сигналов базовой полосы, принимаемых в приемном устройстве посредством первого канала многолучевого распространения m-ной мобильной станции, могут формировать набор комплексных сигналов базовой полосы. В целях удобства описания термин “набор” далее опускается. Как указано выше, параметры, имеющие знаки подчеркивания, представляют набор конкретных элементов.

Если применяется используемая в настоящее время линейная антенная решетка, отклики решетки a_ml могут быть представлены, как показано ниже в уравнении (4).

(4)

В уравнении (4) d представляет интервал между приемными антеннами, представляет длину волны в используемой полосе частот, N представляет число приемных антенн, а _ml представляет направление прихода (DOA), применяемое к первому каналу многолучевого распространения m-ной мобильной станции.

Помимо этого, в предположении, что число мобильных станций, имеющихся в сотовой ячейке, расположенной в зоне обслуживания базовой станции, равно “M”, и может существовать L каналов многолучевого распространения, соответствующих M мобильным станциям, сигнал, принимаемый в базовой станции, может включать в себя не только сигналы, передаваемые из каждой из мобильных станций, но также аддитивный белый шум. Сигнал представлен, как показано в уравнении (5).

(5)

В вышеприведенном уравнении (5) n(t) представляет набор аддитивного белого шума, добавляемого в сигналы передачи, передаваемые из M мобильных станций.

Из сигналов приема, удовлетворяющих уравнению (5), полезные сигналы, требуемые базовой станцией, заданы как x₁₁. При этом x₁₁ может представлять сигналы, передаваемые из первой мобильной станции посредством первого канала многолучевого распространения. Поскольку полезные сигналы, требуемые базовой станцией, заданы как x₁₁, все сигналы за исключением x₁₁, рассматриваются как сигналы взаимных помех и шум. Поэтому уравнение (5) может быть заменено уравнением (6).

(6)

В уравнении (6) i(t) представляет сигналы взаимных помех. Сигналы взаимных помех могут быть представлены следующим образом в уравнении (7):

(7)

В уравнении (7), представляющем сигналы взаимных помех, хотя первый член указывает полезные сигналы передачи мобильной станции, требуемые базовой станцией, первый член представляет нежелательные сигналы переходных взаимных помех, передаваемые посредством многолучевого распространения. Помимо этого, второй член уравнения (7) представляет сигналы взаимных помех множественного доступа, вызываемые другими мобильными станциями.

Кроме того, x(t) сжимается с использованием кода c₁(t-₁₁) сжатия, который определен для отвода, т.е. для первого отвода (l=1), выделенного для соответствующего канала многолучевого распространения соответствующей канальной платы приемного устройства базовой станции, т.е. канальной платы (m=1), назначенной первой мобильной станции. После того, как сжатие сигналов x(t) выполнено, обеспечиваются сигналы y(t). Уравнение (8) ниже показывает сигналы y(t). При этом код c₁(t-₁₁) сжатия идентичен коду c₁(t-₁₁) расширения, используемому в передающем устройстве мобильной станции для передачи сигнала. Кроме того, базовая станция имеет множество приемных устройств, имеющих структуру, описанную со ссылкой на фиг.1. При этом каждое из приемных устройств называется “канальной платой”, и одна канальная плата назначается одной мобильной станции. Кроме того, как описано выше со ссылкой на фиг.1, канальная плата имеет множество отводов, соответствующих числу каналов многоканального распространения, и каждый отвод сопоставлен однозначным образом каждому сигналу многоканального распространения.

(8)

В уравнении (8) k представляет k-тый момент выборки.

Если сигналы y(t) созданы посредством сжатия сигналов x(t) с помощью кода c₁(t-₁₁) сжатия, мощность полезных сигналов, требуемых приемным устройством базовой станции, может быть усилена согласно выигрышу G обработки, соответствующего характеристикам блока сжатия. При этом следует отметить, что мощность полезных сигналов, требуемых приемным устройством базовой станции, может быть усилена согласно выигрышу G обработки, а мощность нежелательных сигналов может быть сохранена постоянной. Следовательно, можно получить корреляционную матрицу между сигналами x(t) приема и сжатыми сигналами y(t) приема. Чтобы получить корреляционную матрицу между сигналами x(t) приема и сжатыми сигналами y(t) приема, действие выборки сигналов x(t) приема выполняется в k-ый момент выборки, в который также выполняется действие выборки сжатых сигналов y(t) приема. Уравнение (9) показывает сигналы выборки сигналов x(t) приема в k-ый момент выборки.

(9)

Т.е. корреляционная матрица между сигналами x(t) приема и сжатыми сигналами y(t) приема может быть получена в предположении, что сигналы выборки, как показано в уравнении (9), получаются посредством выборки сигналов x(t) приема в k-ый момент выборки, который идентичен моменту выборки сжатых сигналов y(t) приема, и сигналы x(t) приема и сигналы y(t) приема сохраняют установившееся состояние.

Далее описан двухэтапный метод наименьших квадратов (LMS).

Комплексные сигналы приема, принимаемые посредством N приемных антенн в заранее определенный момент, т.е. набор комплексных сигналов x₁-x_N приема, которые принимаются посредством приемных антенн с 1-ой по N-ую и для которых еще не выполнено сжатие, задаются как x=[x₁x₂…x_N]^T. При этом T – это оператор, представляющий операцию транспонирования. Кроме того, набор комплексных сигналов x₁-x_N приема, которые принимается посредством приемных антенн с 1-ой по N-ую и для которых выполнено сжатие, задается как y=[y₁y₂…y_N]^T. Сжатые сигналы y приема могут состоять из полезных сигнальных компонентов s, требуемых приемным устройством базовой станции, и нежелательных сигнальных компонентов u. Уравнение (10) представляет сжатые сигналы y приема.

(10)

Помимо этого, набор комплексных весовых коэффициентов, применяемых к комплексным сигналам x₁-x_N приема, принимаемым посредством N приемных антенн, т.е. набор комплексных весовых коэффициентов w₁-w_N, которые умножаются на комплексные сигналы x₁-x_N приема, принимаемые посредством N приемных антенн соответственно, задается как w=[w₁w₂…w_N]^T.

Таким образом, выходные сигналы z канальной платы заранее определенного пользователя, т.е. выходные сигналы z отводов в канальной плате, назначенной конкретной мобильной станции, могут быть получены посредством объединения весовых коэффициентов w со сжатыми сигналами y приема. Уравнение (11) представляет выходные сигналы z.

(11)

В уравнении (11) i представляет число приемных антенн.

Выходные сигналы z могут быть разделены на полезные сигнальные компоненты w^Hs, которые требуются приемному устройству базовой станции, и нежелательные сигнальные компоненты w^Hu согласно уравнениям (10) и (11). Метод LMS предусмотрен для минимизации ошибки опорного сигнала и сигнала приема, т.е. метод LMS может минимизировать функцию J(w) затрат, показанную в уравнении (12).

(12)

В уравнении (12) J – это функция затрат. Следовательно, необходимо найти значение w, допускающее минимизацию значения функции J затрат. Кроме того, e_k представляет разницу между принятым сигналом и полезным сигналом, т.е. e_k представляет ошибку, а d_k представляет полезный сигнал. Согласно алгоритму формирования лучей с помощью неслепого метода в качестве полезного сигнала d_k используется пилот-сигнал. Однако настоящее изобретение предлагает алгоритм формирования лучей с помощью слепого метода, поэтому алгоритм формирования лучей с помощью неслепого метода далее не описывается.

В уравнении (12) функция J затрат предусмотрена в форме квадратичной выпуклой функции. Таким образом, чтобы минимизировать значение функции J затрат, необходимо дифференцировать функцию J затрат так, чтобы дифференциальное значение функции J затрат было равно нулю. Дифференциальное значение функции J затрат представлено в уравнении (13).

(13)

Однако трудно получить оптимальное взвешенное значение w^opt за один раз в реальных условиях канала. Соответственно, поскольку сжатые сигналы y_k приема подаются на вход в каждый заранее определенный период времени, рефлексивное уравнение, такое как уравнение (14) ниже, должно быть использовано для адаптивного получения оптимального взвешенного значения w^opt.

(14)

В уравнении (14) k представляет k-тый момент, w_R,k представляет весовой коэффициент, принятый в k-ый момент, – постоянное значение коэффициента усиления, а v_R,k представляет вектор пути в k-ый момент. Вектор v_R,k пути для k-ого момента обеспечивает то, что функция J затрат имеет дифференциальное значение, сходящееся к минимальному значению, т.е. к нулю. Для удобства описания весовой коэффициент, используемый для формирования передающего луча передающего устройства, упоминается как “весовой коэффициент передачи”, а весовой коэффициент, используемый для формирования приемного луча приемного устройства, упоминается как “весовой коэффициент приема”.

Уравнение (14) представляет процесс обновления весового коэффициента. Т.е., если задан w_R,k, который должен быть использован в текущий момент, весовой коэффициент, полученный посредством перехода вперед или назад весового коэффициента w_R,k в направлении вектора v_R,k пути на постоянное значение коэффициента усиления, обновляется как следующий весовой коэффициент w_R,k+1, который должен быть использован в следующий раз.

Кроме того, уравнение (14) может быть заменено на уравнение (15) с учетом среднеквадратического значения.

(15)

Настоящее изобретение предлагает устройство и способ с обратной связью для определения весового коэффициента при формирования передающего луча посредством использования схемы MIMO-AAA. Кроме того, настоящее изобретение предлагает устройство и способ, обеспечивающие формирование весовых коэффициентов для передающего луча и приемного луча посредством способа формирования весовых коэффициентов комбинированного типа.

При этом весовой коэффициент w_T,k передачи представляется следующим образом в уравнении (16):

(16)

Как показано в уравнении (16), весовой коэффициент для передающего устройства рассчитывается в приемном устройстве с использованием восстановленного сигнала. Соответственно, приемное устройство должно передавать вычисленный весовой коэффициент передающему устройству. Т.е. приемное устройство рассчитывает весовой коэффициент для передающего устройства с использованием восстановленного сигнала z_k, который может быть вычислен на основе сжатого сигнала приема и весового коэффициента для приема. Таким образом, согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения весовой коэффициент для передающего устройства, вычисленный приемным устройством, передается в передающее устройство.

Далее описана процедура вычисления весового коэффициента для приема со ссылкой на уравнения (17)-(28). Для удобства описания операции расширения и сжатия опущены в вышеупомянутой процедуре. Кроме того, параметры, используемые в уравнениях (17)-(28), идентичны параметрам, описанным со ссылкой на фиг.1. Сигнал, обеспечиваемый перед формированием луча в передающем устройстве, задается как “z_k” на фиг 2. Таким образом, если канал определяется матрицей H, то x_k представляется следующим образом в уравнении (17):

(17)

При этом сигнал, принимаемый посредством генератора приемного луча, представляется следующим образом в уравнении (18):

(18)

В уравнении (18) член, описывающий шум, опущен для удобства расчетов. В этом случае сигнал ошибки, возникающий в k-ом интервале времени, представляется следующим образом в уравнении (19):

(19)

При этом чтобы получить весовой коэффициент передающей антенны, уравнение (19) дифференцируется по w_T, чтобы получить дифференциальное значение ошибки, как представлено в уравнении (20).

(20)

В уравнении (20) значение _k ошибки представляется как показано в уравнении (21).

(21)

Кроме того, вектор формирования передающего луча может быть представлен следующим образом в уравнении (22) с использованием уравнения (21):

(22)

Кроме того, уравнения (23) и (24) могут быть получены посредством перегруппировки сигналов приема приемного устройства умножением обеих сторон уравнения (22) на w_T.

(23)

(24)

Член в уравнении (22) может быть заменен уравнением (25) посредством перегруппировки уравнения (24) с использованием уравнения (21):

(25)

В завершение, вектор формирования передающего луча представляется, как показано ниже в уравнении (26):

(26)

Как описано выше, оптимальный весовой коэффициент w^opt является очень важным фактором для формирования приемного луча. Настоящее изобретение минимизирует ошибку опорного сигнала и сигнала приема с использованием двухэтапного метода LMS.

Т.е. согласно настоящему изобретению весовые коэффициенты w_R,k и w_T,k, которые обеспечивают минимизацию значения функции затрат, описанной со ссылкой на уравнение (12), получают таким образом, чтобы получить оптимальный весовой коэффициент w^opt. Т.е. настоящее изобретение предлагает новый способ обнаружения полезного сигнала d(k), как показано в уравнении (12), и предлагает способ подачи весового коэффициента w_T,k передачи по обратной связи в передающее устройство с использованием весового коэффициента приема, вычисленного приемным устройством.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения полезный сигнал d(k) обнаруживается слепым методом. Таким образом, необходимо обеспечить адаптивную сходимость сигнала приема с использованием конкретного оцененного значения. Для адаптивной сходимости сигнала приема используется слепой метод комбинированного типа, который подробнее описан ниже. Здесь слепой метод комбинированного типа относится к методу, использующему комбинацию схемы CM и схемы DD для обеспечения сходимости сигнала.

Как указано выше, недостатком схемы CM является низкая скорость сходимости, а недостатком схемы DD является высокая вероятность ошибки в сходимости сигнала в среде модуляции высокого порядка или в среде быстрого замирания, такой как канал с быстрым замиранием. Поэтому согласно настоящему изобретению схема CM и схема DD комбинируются с использованием надлежащей функции (к примеру, сигмоидной функции), тем самым обеспечивая сходимость сигналов к относительно малому значению MSE.

Для надлежащего комбинирования схемы CM и схемы DD в предпочтительном варианте настоящего изобретения используется сигмоидная функция. Тем не менее, настоящее изобретение может использовать не только сигмоидную функцию, но также функцию или средство, обеспечивающее вычисление значения ошибки посредством применения весовых коэффициентов к двум схемам с учетом эффективности двух схем, определяющих значение ошибки, которое является параметром, обязательным при вычислении весового коэффициента. Другими словами, способ, обеспечивающий вычисление ошибки посредством двух различных схем (к примеру, схемы CM и схемы DD), может использовать надлежащую функцию, которая применяет больший весовой коэффициент к схеме, которая может быть более эффективно применена в течение заранее определенного периода времени.

Например, схема CM и схема DD демонстрируют различную эффективность по времени сходимости сигналов, т.е., схема CM демонстрирует более быструю сходимость на начальной стадии, тогда как схема DD может выполнять более точную сходимость в дальнейшем. Поэтому предпочтительно, чтобы весовой коэффициент вычислялся с учетом схемы CM в большей степени, чем схема DD, на начальной стадии и с учетом схемы DD в большей степени, чем схема CM, после завершения начальной стадии.

В слепом способе комбинированного типа функция ошибки может быть выражена следующим уравнением (27) с использованием сигмоидной функции:

(27)

В уравнении (27) , представляют значения ошибки, полученные при вычислениях с использованием схемы CM в большей степени, чем схемы DD. Далее описываются значения ошибки.

Уравнение (27) показывает, что схема CM используется в комбинации в большей степени, чем схема DD, во всем процессе, в котором обеспечивается адаптивная сходимость сигнала приема. Т.е. когда имеет большое значение, становится больше и элемент схемы CM оказывает более существенное влияние на общее значение ошибки.

В уравнении (27) g(x) представляет S-образную функцию (т.е. сигмоидную функцию), в соответствии с которой схема CM имеет большее влияние в диапазоне, где схема DD имеет меньшее влияние, и схема DD имеет большее влияние в диапазоне, где схема CM имеет меньшее влияние.

Как следует из уравнения (27), значение e_k ошибки получается посредством применения весового коэффициента _k к значению ошибки сигнала приема, получаемому посредством вычисления с использованием схемы CM, и применения весового коэффициента _k к значению ошибки сигнала приема, получаемому посредством вычисления с использованием схемы CM, и последующего суммирования взвешенных значений ошибки друг с другом.

В уравнении (27) g(x) является сигмоидной функцией, график которой показан на фиг.7. Согласно фиг.7, график функции S зависит от значения a. По мере того как значение a возрастает, форма функции становится все более похожей на S. По мере того, как значение a становится ближе к 1, форма функции приближается к прямой линии. Поэтому в уравнении (17), содержащем сигмоидную функцию, _k уменьшается, когда _k увеличивается, и _k увеличивается, когда _k уменьшается.

Когда значение ошибки сигнала приема, получаемое посредством вычисления с использованием схемы CM, превышает значение ошибки сигнала приема, получаемое посредством вычисления с использованием схемы CM, значение e_k ошибки получается посредством комбинации взвешенной схемы CM и схемы DD, взвешенной в большей степени, чем схема CM. Однако, когда значение ошибки сигнала приема, получаемое посредством вычисления с использованием схемы CM, не превышает значение ошибки сигнала приема, получаемое посредством вычисления с использованием схемы CM, значение e_k ошибки получается посредством комбинации взвешенной схемы DD и схемы CM, взвешенной в большей степени, чем схема DD.

Далее подробно описана схема CM и схема DD.

Схема CM предложена Годардом и главным образом используется для слепого корректора и алгоритма формирования луча. Если используется схема CM, предложенная Годардом, функция J затрат представляется следующим образом в уравнении (28):

(28)

В уравнении (28) p – заранее определенное положительное целое значение, а R_p – модуль Годарда. При этом модуль R_p Годарда представляется следующим образом в уравнении (29):

(29)

В последнее время велись активные дискуссии касательно системы мобильной связи OFDM. В принципе, система мобильной связи OFDM использует модуляцию относительно более высокого порядка в большей степени, чем квадратурную фазовую модуляцию, поэтому функция J затрат делится на сегмент действительных чисел и сегмент мнимых чисел при расчете функции J затрат так, как представлено в уравнении (30), поскольку сигнал передачи и сигнал приема имеют компоненты действительных чисел и компоненты мнимых чисел вследствие модуляции высокого порядка

(30)

Предполагается, что настоящее изобретение использует метод LMS комбинированного типа и p равно 2. Следовательно, полезный сигнал d(k) определяется как d(k)=R_2,R+jR_2,I. Кроме того, в начальной точке (при этом k=0) значение функции J затрат считается равным нулю (J=0).

На фиг.8 показана схема CM, используемая в системе мобильной связи, когда p=2, d(k)=R_2,R+jR_2,I, а J=0 (при этом k=0). Как описано выше, фиг.8 иллюстрирует схему CM, используемую, когда значение функции J затрат становится равным 0 в точке, в которой k=0, p=2, а d(k)=R_2,R+jR_2,I. Т.е. когда значение R₂ определено согласно уравнению (30), на координатной поверхности формируется окружность. Таким образом, при проведении линии из центра окружности, продолжение этой линии пересекается с линией окружности. Принятый сигнал может быть определен на основе точки, в которой продолжение линии пересекается с линией окружности. Как проиллюстрировано на фиг.8, сигнал z_k, восстановленный в приемном устройстве, проецируется на окружность.

(31)

Аналогичным способом, как в схеме CM, сегмент действительных чисел и сегмент мнимых чисел должны отдельно вычисляться в схеме DD. В уравнении (31) Pr означает, что сигнал передается практически идентично полезному сигналу d(k) посредством схемы DD. Согласно схеме DD, полезный сигнал d(k) проецируется с приближенным значением координат относительно значения координат принятого сигнала.

На фиг.9 показана схема DD, когда в системе мобильной связи используется схема BPSK. Согласно фиг.9, поскольку система мобильной связи использует схему BPSK (двоичной фазовой модуляции), если принятый сигнал имеет значение координат (1,2; -0,2) в области I-Q, полезный сигнал d(k) проецируется с приближенным значением координат 1 после измерения расстояния относительно +1 и -1.

Как описано выше, настоящее изобретение позволяет очень быстро и точно преобразовать сигнал приема в исходный сигнал посредством комбинирования схемы CM и схемы DD после применения к ним сигмоидной функции. Дополнительно, согласно настоящему изобретению, значение ошибки с минимальной функцией затрат получается посредством способа, использующего комбинацию этих двух схем, и не только весовой коэффициент приема, но также и весовой коэффициент передачи определяются посредством значения ошибки.

Далее подробно описана система и способ адаптивной антенной решетки, использующий весовой коэффициент приема и весовой коэффициент передачи, определенные посредством способа формирования весовых коэффициентов комбинированного типа, со ссылкой на фиг.2-6.

На фиг.2 представлена блок-схема, иллюстрирующая структуры передающего устройства и приемного устройства базовой станции в системе мобильной связи CDMA, выполняющих функции согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Структуры передающего устройства и приемного устройства базовой станции, выполняющих функции, показанные на фиг.2, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, идентичны структурам передающего устройства и приемного устройства базовой станции, показанным на фиг.1, за исключением генератора 286 информации обратной связи, который добавлен в настоящем изобретении, процедуры определения весовых коэффициентов процессора 284 сигналов, и операции обратной связи для передачи весового коэффициента, определенного процессором 284 сигналов, в передающее устройство мобильной связи, соответствующее приемному устройству базовой станции.

Однако перед более подробным описанием фиг.2 следует отметить, что последующее описание выполнено в предположении, что система мобильной связи CDMA использует схему MIMO-AAA. Следовательно, передающее устройство и приемное устройство должны иметь множество передающих антенн и приемных антенн соответственно. Однако, согласно фиг.2, передающее устройство и приемное устройство не имеют отдельных передающих антенн и приемных антенн, а одни и те же антенны используются для передающего устройства и приемного устройства посредством схемы временного разделения сигналов с использованием антенного переключателя. Кроме того, согласно фиг.2, используется N антенн.

Согласно фиг.2, передающее устройство базовой станции включает в себя кодер 201, перемежитель 203, генератор 205 передающего луча, процессор 207 сигналов, блоков расширения, в том числе блоков 211, 221,… и 231 расширения с 1-ого по N-ый, и N РЧ-процессоров, в том числе РЧ-процессоры 213, 223,… и 233 с 1-ого по N-ый. Антенный переключатель 240 и N антенн, в том числе антенны 241, 243,… и 245 с 1-ой по N-ую, как правило, используются для передающего устройства и приемного устройства.

Если данные, которые должны быть переданы, сформированы, то данные вводятся в кодер 201. Кодер 201 может кодировать данные посредством заранее определенного способа кодирования и выдавать сигнал на перемежитель 203. При этом данные, которые должны быть переданы, – это информация обратной связи, в том числе весовой коэффициент w_T,k передачи, сформированный процессором 284 сигналов приемного устройства базовой станции. Поскольку весовой коэффициент w_T,k передачи подробнее описан ниже, его подробное описание здесь опущено.

Помимо этого, способ кодирования включает в себя способ турбокодирования или способ сверточного кодирования. После приема сигнала от кодера 201 перемежитель 203 может перемежать сигнал посредством заранее определенного способа перемежения, чтобы предотвратить ошибку в линии передачи пакетных данных, и выдает сигнал на генератор 205 передающего луча. Сигнал с выхода перемежителя 203 представляется как “z_k“. Процессор 207 сигналов вычисляет весовой коэффициент на основе сигнала z_k с выхода из перемежителя 203 и выдает сигнал на генератор 205 передающего луча.

Генератор 205 передающего луча генерирует передающий луч на основе сигнала z_k с выхода перемежителя 203 и весового коэффициента, вычисленного в процессоре 207 сигналов, и выдает передающий луч на блоки 211, 221,… и 231 расширения с 1-ого по N-ый соответственно. Кроме того, генератор 205 передающего луча формирует передающий луч посредством отдельного вычисления весовых коэффициентов для формирования передающего луча.

Как указано выше, процедура формирования передающего луча не относится непосредственно к настоящему изобретению и поэтому не описывается подробно.

Если приемное устройство базовой станции ранее приняло информацию обратной связи от передающего устройства мобильной станции, генератор 205 передающего луча может сформировать передающий луч с использованием весового коэффициента w_T,k передачи, содержащегося в информации обратной связи. Процесс формирования передающего луча посредством приема весового коэффициента w_T,k передачи описан ниже со ссылкой на фиг.3.

Набор сигналов с выхода генератора 205 передающего луча представляется как “y_k“. Т.е. y_k – это набор сигналов, сформированных генератором 205 передающего луча и сопоставленных с k-ой антенной.

Первый блок 211 расширения принимает сигнал y₁ с выхода генератора 205 передающего луча и расширяет сигнал y₁ с использованием заранее определенного кода расширения. После этого первый блок 211 расширения выдает сигнал x₁ на первый РЧ-процессор 213. После приема сигнала от первого блока 211 расширения первый РЧ-процессор 213 выполняет процесс РЧ-обработки по отношению к сигналу и выдает сигнал на антенный переключатель 240. При этом каждый из РЧ-процессоров включает в себя усилитель, преобразователь частоты, фильтр и аналого-цифровой преобразователь для обработки РЧ-сигналов.

Помимо этого, второй блок 221 расширения принимает сигнал y₂ с выхода генератора 205 передающего луча и расширяет сигнал y₂ с использованием заранее определенного кода расширения. После этого второй блок 221 расширения выдает сигнал x₂ на второй РЧ-процессор 223. После приема сигнала от второго блока 221 расширения второй РЧ-процессор 223 выполняет процесс РЧ-обработки по отношению к сигналу и выдает сигнал на антенный переключатель 240.

Аналогичным образом N-ный блок 231 расширения принимает сигнал y_N с выхода генератора 205 передающего луча и расширяет сигнал y_N с использованием заранее определенного кода расширения. После этого N-ный блок 231 расширения выдает сигнал x_N на N-ный РЧ-процессор 233. После приема сигнала от N-ного блока 231 расширения N-ный РЧ-процессор 233 выполняет процесс РЧ-обработки по отношению к сигналу и выдает сигнал на антенный переключатель 240.

Антенный переключатель 240 управляет операциями передачи и приема сигнала, определяя моменты передачи и моменты приема сигнала под управлением контроллера (не показан). Кроме того, антенны 241, 243,… и 245 с 1-ой по N-ую могут управляться как передающие антенны (Tx ANT) или приемные антенны (Rx ANT) согласно операциям передачи и приема сигналов антенного переключателя 240.

Приемное устройство включает в себя N РЧ-процессоров, в том числе РЧ-процессоры 251, 261,… и 271 с 1-ого по N-ый, N блоков поиска многолучевых сигналов, в том числе блоки 253, 263,…, 273 поиска многолучевых сигналов с 1-ого по N-ый, соответствующие РЧ-процессорам, L отводов, в том числе отводы 280-1, 280-2,…, 280-L с 1-ого по L-ый для обработки сигналов, относящихся к L каналам многолучевого распространения, поиск которых осуществляется блоками поиска многолучевых сигналов, многолучевой сумматор 291 для объединения выходных многолучевых сигналов L отводов, обращенный перемежитель 293 и декодер 295.

Сигналы, передаваемые из множества передающих устройств, принимаются N антеннами по многолучевому радиоканалу с замиранием. Антенный переключатель 240 выдает сигнал, принятый первой антенной 241, на первый РЧ-процессор 251. После приема сигнала от антенного переключателя 240 первый РЧ-процессор 251 выполняет процесс РЧ-обработки сигнала для преобразования сигнала в цифровой сигнал базовой полосы. Первый РЧ-процессор 251 подает цифровой сигнал базовой полосы на первый блок 253 поиска многолучевых сигналов. После приема цифрового сигнала базовой полосы от первого РЧ-процессора 251 первый блок 253 поиска многолучевых сигналов делит цифровой сигнал базовой полосы на L многолучевых компонентов и выдает многолучевые компоненты на отводы 280-1, 280-2,…, 280-L с 1-ого по L-ый соответственно. При этом каждый из отводов 280-1, 280-2,…, 280-L с 1-ого по L-ый сопоставлен однозначным образом с каждым из L каналов многолучевого распространения для обработки многолучевых компонентов. Поскольку L каналов многолучевого распространения могут быть рассмотрены для каждого сигнала, принятого посредством N приемных антенн, обработка сигналов должна выполняться для NxL сигналов. Из NxL сигналов сигналы одного и того же канала выдаются на один и тот же отвод.

Кроме того, антенный переключатель 240 выдает сигнал, принятый посредством второй антенны 243, на второй РЧ-процессор 261. После приема сигнала от антенного переключателя 240 второй РЧ-процессор 261 выполняет процесс РЧ-обработки сигнала для преобразования сигнала в цифровой сигнал базовой полосы. Второй РЧ-процессор 261 подает цифровой сигнал базовой полосы на второй блок 263 поиска многолучевых сигналов. После приема цифрового сигнала базовой полосы от второго РЧ-процессора 261 второй блок 263 поиска многолучевых сигналов делит цифровой сигнал базовой полосы на L многолучевых компонентов и выдает многолучевые компоненты на отводы 280-1, 280-2,…, 280-L с 1-ого по L-ый соответственно.

Аналогичным образом антенный переключатель 240 выдает сигнал, принятый посредством N-ной антенны 245, на N-ный РЧ-процессор 271. После приема сигнала от антенного переключателя 240 N-ный РЧ-процессор 271 выполняет процесс РЧ-обработки сигнала для преобразования сигнала в цифровой сигнал базовой полосы. N-ный РЧ-процессор 271 подает цифровой сигнал базовой полосы на N-ный блок 273 поиска многолучевых сигналов. После приема цифрового сигнала базовой полосы от N-ного РЧ-процессора 271 N-ный блок 273 поиска многолучевых сигналов делит цифровой сигнал базовой полосы на L многолучевых компонентов и выдает многолучевые компоненты на отводы 280-1, 280-2,…, 280-L с 1-ого по L-ый соответственно.

Соответственно, из сигналов, принятых посредством N антенн, одни и те же многолучевые сигналы из L многолучевых сигналов подаются на один и тот же отвод. Например, первые многолучевые сигналы антенн 241-145 с 1-ой по N-ую подаются на первый отвод 280-1, а L-ные многолучевые сигналы антенн 241-145 с 1-ой по N-ую подаются на L-ный отвод 280-L. Отводы 280-1-180-L с 1-ого по L-ый имеют одинаковую структуру и функционируют одинаково, хотя различные сигналы подаются на отводы 280-1-180-L и выдаются с этих отводов. Поэтому в качестве примера описана только структура и работа первого отвода 280-1.

Первый отвод 280-1 содержит N блоков сжатия, в том числе блоки 281, 282,… и 283 сжатия с 1-ого по N-ый, которые соответствуют N блокам поиска многолучевых сигналов, процессор 284 сигналов для приема сигналов с выходов блоков 281-283 сжатия с 1-ого по N-ый для вычисления весовых коэффициентов w_R,k приема для формирования приемного луча и весовых коэффициентов w_T,k передачи передающего устройства мобильной станции, соответствующего приемному устройству базовой станции, генератор 285 приемного луча для формирования приемного луча на основе весовых коэффициентов w_R,k приема, вычисленных процессором 284 сигналов, а также генератор 286 информации обратной связи для формирования информации обратной связи, в том числе весовых коэффициентов передачи w_T,k, вычисленных процессором 284 сигналов.

Первый многолучевой сигнал с выхода первого блока 173 поиска многолучевых сигналов подается в первый блок 183 сжатия. После приема первого многолучевого сигнала первый блок 183 сжатия сжимает первый многолучевой сигнал с использованием заранее определенного кода сжатия и выдает первый многолучевой сигнал в процессор 284 сигналов и генератор 285 приемного луча. Кроме того, первый многолучевой сигнал с выхода второго блока 263 поиска многолучевых сигналов подается на второй блок 282 сжатия. После приема первого многолучевого сигнала второй блок 182 сжатия сжимает первый многолучевой сигнал с использованием заранее определенного кода сжатия и выдает первый многолучевой сигнал в процессор 284 сигналов и генератор 285 приемного луча. Аналогично, первый многолучевой сигнал из N-ного блока 273 поиска многолучевых сигналов подается на N-ный блок 283 сжатия. После приема первого многолучевого сигнала N-ный блок 283 сжатия сжимает первый многолучевой сигнал с использованием заранее определенного кода сжатия и выдает первый многолучевой сигнал в процессор 284 сигналов и генератор 285 приемного луча.

Процессор 284 сигналов принимает сигналы с выхода блоков 281-183 сжатия с 1-ого по N-ый и вычисляет весовые коэффициенты w_R,k приема для формирования приемного луча. При этом набор первых многолучевых сигналов с выхода блоков 253-173 поиска многолучевых сигналов с 1-ого по N-ый задается как “x_k“. Т.е. “x_k” представляет набор первых многолучевых сигналов, принятых в k-ый момент посредством антенн 241-145 с 1-ой по N-ую. Все первые многолучевые сигналы, формирующие набор первых многолучевых сигналов x_k, являются векторными сигналами. Кроме того, w_R,k представляет набор весовых коэффициентов приема, которые должны быть применены к каждому из первых многолучевых сигналов, принятых в k-ый момент антеннами 241-145 с 1-ой по N-ую. Все весовые коэффициенты, формирующие набор весовых коэффициентов w_R,k, являются векторными сигналами.

Кроме того, набор сжатых сигналов, соответствующих первым многолучевым сигналам, формирующим набор первых многолучевых сигналов x_k, задается как “y_k“. При этом y_k представляет набор сжатых сигналов, полученных из первых многолучевых сигналов, принятых в k-ый момент антеннами 241-145 с 1-ой по N-ую. Все сжатые сигналы, формирующие набор y_k сжатых сигналов, являются векторными сигналами. В целях удобства пояснения термин “набор” далее опускается. Следует отметить, что параметры, имеющие знаки подчеркивания, представляют набор конкретных элементов.

Кроме того, поскольку блоки 281-183 сжатия с 1-ого по N-ый сжимают первые многолучевые сигналы x_k с использованием заранее определенного кода сжатия, мощность полезного сигнала может быть усилена на величину выигрыша обработки по сравнению с мощностью сигнала взаимных помех.

Как описано выше, сжатые сигналы y_k, соответствующие первым многолучевым сигналам x_k, подаются в процессор 284 сигналов. Процессор 284 сигналов вычисляет весовые коэффициенты w_R,k приема на основе сжатых сигналов y_k, соответствующих первым многолучевым сигналам x_k, и выдает весовые коэффициенты w_R,k приема на генератор 285 приемного луча. Т.е. процессор 284 сигналов вычисляет N весовых коэффициентов w_R,k приема, применяемых к первым многолучевым сигналам x_k с выходов антенн 241-145 с 1-ой по N-ую с использованием сжатых сигналов y_k, соответствующих N первым многолучевым сигналам x_k. Генератор 285 приемного луча принимает сжатые сигналы y_k, соответствующие N первым многолучевым сигналам x_k, и N весовых коэффициентов w_R,k приема. Помимо этого, генератор 285 приемного луча формирует приемный луч с использованием N весовых коэффициентов w_R,k приема. После этого генератор 285 приемного луча выдает сигнал в качестве выходного сигнала z_k первого отвода 280-1 посредством объединения сжатых сигналов y_k, соответствующих N первым многолучевым сигналам x_k, с весовыми коэффициентами w_R,k приема приемных лучей.

Кроме того, z_k, который является набором сигналов z_k с выходов N отводов приемного устройства базовой станции, подается на многолучевой сумматор 291. Процессор 284 сигналов вычисляет весовые коэффициенты w_T,k передачи с использованием весовых коэффициентов w_R,k приема и затем выдает весовые коэффициенты w_T,k передачи на генератор 286 информации обратной связи. В результате генератор 286 информации обратной связи формирует информацию обратной связи, включающую в себя весовые коэффициенты w_T,k передачи. При этом передающее устройство базовой станции передает информацию обратной связи, сформированную генератором 286 информации обратной связи. Например, эта информация обратной связи может быть передана посредством выделенного физического канала (DPCH).

Хотя выше в качестве примера описана работа только первого отвода 280-1, другие отводы могут работать так же, как и первый отвод 280-1. Поэтому многолучевой сумматор 291 принимает сигналы с отводов с 1-ого по L-ый, объединяет сигналы друг с другом согласно схеме многолучевого распространения и выдает сигналы на обращенный перемежитель 293. Обращенный перемежитель 293 принимает сигналы с выхода многолучевого сумматора 291, выполняет обратное перемежение сигналов посредством заранее определенного способа обратного перемежения, соответствующего способу перемежения, используемому в передающем устройстве, и выдает сигналы на декодер 295. После приема сигналов от обращенного перемежителя 293 декодер 295 декодирует сигналы способом декодирования, соответствующим способу кодирования, используемому в передающем устройстве, и выдает сигналы как окончательные приемные данные.

Фиг.2 иллюстрирует случай, при котором приемное устройство базовой станции вычисляет весовые коэффициенты w_T,k передачи и передает весовые коэффициенты w_T,k передачи на передающее устройство базовой станции. Однако приемное устройство и передающее устройство базовой станции могут быть использованы как приемное устройство и передающее устройство мобильной станции. Т.е. следует отметить, что вышеприведенное описание относится к формированию и передаче информации обратной связи со ссылкой на фиг.2. Далее со ссылкой на фиг.3 описаны структуры передающего устройства и приемного устройства мобильной станции системы мобильной связи CDMA, выполняющих функции согласно одному варианту осуществления.

На фиг.3 показана блок-схема, иллюстрирующая структуры передающего устройства и приемного устройства мобильной станции системы мобильной связи CDMA, выполняющих функции согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Структуры передающего устройства и приемного устройства мобильной станции, выполняющих функции, проиллюстрированные на фиг.3, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, идентичны структурам передающего устройства и приемного устройства, проиллюстрированным на фиг.1, за исключением процессора 307 информации обратной связи, который добавлен на фиг.3, и работы генератора 305 передающего луча, который формирует передающий луч с использованием весовых коэффициентов передачи обратной связи.

Перед описанием фиг.3 следует отметить, что последующее описание выполнено в предположении, что система мобильной связи CDMA использует схему MIMO-AAA. Следовательно, передающее устройство и приемное устройство должны иметь множество передающих антенн и приемных антенн соответственно. Однако, согласно фиг.3, передающее устройство и приемное устройство не имеют отдельных передающих антенн и приемных антенн, а одни и те же антенны используются для передающего устройства и приемного устройства согласно схеме временного разделения сигналов с использованием антенного переключателя. Помимо этого, согласно фиг.3 используется N антенн.

Согласно фиг.3, передающее устройство включает в себя кодер 301, перемежитель 303, генератор 305 передающего луча, процессор 307 информации обратной связи, множество блоков расширения, в том числе блоки 311, 321,… и 331 расширения с 1-ого по N-ый, и N РЧ-процессоров, в том числе РЧ-процессоры 313, 323,… и 333 с 1-ого по N-ый. Помимо этого, антенный переключатель 340 и N антенн, в том числе антенны 341, 343,… и 345 с 1-ой по N-ую, как правило, используются для передающего устройства и приемного устройства. При этом структура и работа кодера 301, перемежителя 303, блоков 311, 321,… и 331 расширения с 1-ого по N-ый и N РЧ-процессоров 313, 323,… и 333 с 1-ого по N-ый, идентичны структуре и работе кодера 201, перемежителя 203, блоков 211, 221,… и 231 расширения с 1-ого по N-ый и N РЧ-процессоров 213, 223,… и 233 с 1-ого по N-ый, проиллюстрированных на фиг.2. Поэтому их подробное описание опущено.

Процессор 307 информации обратной связи анализирует информацию, принятую в приемном устройстве мобильной станции для определения весовых коэффициентов w_T,k передачи, включенных в информацию обратной связи. Кроме того, процессор 307 информации обратной связи подает весовые коэффициенты w_T,k передачи на генератор 305 передающего луча. Процедура приема информации обратной связи в приемном устройстве мобильной станции подробнее описана далее. Поэтому ее подробное описание здесь опущено.

Генератор 305 передающего луча формирует передающий луч, соответствующий весовым коэффициентам w_T,k передачи.

Приемное устройство включает в себя N РЧ-процессоров, в том числе РЧ-процессоры 351, 361,… и 371 с 1-ого по N-ый, N блоков поиска многолучевых сигналов, в том числе блоки 353, 363,…, 373 поиска многолучевых сигналов с 1-ого по N-ый, которые соответствуют РЧ-процессорам, L отводов, в том числе отводы 380-1, 380-2,…, 380-L с 1-ого по L-ый для обработки сигналов, относящиеся к L каналам многолучевого распространения, поиск которых осуществляется блоками поиска многолучевых сигналов, многолучевой сумматор 391 для объединения многолучевых сигналов с выходов L отводов, обращенный перемежитель 393 и декодер 395. При этом структура и работа РЧ-процессоров 351, 361,… и 371 с 1-ого по N-ый, блоков 353, 363,… и 373 поиска многолучевых сигналов с 1-ого по N-ый, отводов 380-1, 380-2,…, 380-L с 1-ого по L-ый, многолучевого сумматора 391, обращенного перемежителя 393 и декодера 395 идентичны структуре и работе РЧ-процессоров 251, 261,… и 271 с 1-ого по N-ый, блоков 253, 263,… и 273 поиска многолучевых сигналов с 1-ого по N-ый, отводов 280-1, 280-2,…, 280-L с 1-ого по L-ый, многолучевого сумматора 291, обращенного перемежителя 293 и декодера 295, проиллюстрированных на фиг.2. Поэтому их подробное описание здесь опущено.

Приемные данные, в конечном итоге выводимые из декодера 395, представляют собой информацию обратной связи, включающую в себя весовые коэффициенты w_T,k передачи, причем информация обратной связи с выхода декодера 395 подается в процессор 307 информации обратной связи.

Фиг.3 иллюстрирует случай, при котором приемное устройство мобильной станции принимает информацию обратной связи, а передающее устройство мобильной станции формирует передающий луч с использованием весовых коэффициентов w_T,k передачи, включенных в информацию обратной связи. Однако приемное устройство и передающее устройство мобильной станции могут быть использованы как приемное устройство и передающее устройство базовой станции. Т.е. следует отметить, что вышеприведенное описание выполнено с учетом приема информации обратной связи, включающей в себя весовые коэффициенты w_T,k передачи, со ссылкой на фиг.3. Далее со ссылкой на фиг.2 и 3 описан процесс, в котором информация о весовых коэффициентах генерируется и передается посредством передающего устройства и приемного устройства передающей стороны и принимающей стороны согласно настоящему изобретению.

Приемное устройство, проиллюстрированное на фиг.2, вычисляет значение ошибки принятого сигнала посредством вышеописанного процесса и определяет весовой коэффициент приема и весовой коэффициент передачи с помощью значений ошибки, полученных посредством комбинированного способа. Весовой коэффициент передачи передается в качестве информации обратной связи передающим устройством, проиллюстрированным на фиг.2, и затем принимается приемным устройством, проиллюстрированным на фиг.3. Весовой коэффициент передачи, принятый приемным устройством, проиллюстрированным на фиг.3, подается в генератор передающего луча передающего устройства, проиллюстрированного на фиг.3, и служит в качестве весового коэффициента передачи для формирования передающего луча для каждой антенны.

Как указано выше, системой, проиллюстрированной на фиг.2, может быть базовая станция или мобильная станция и системой, проиллюстрированной на фиг.3, также может быть базовая станция или мобильная станция. Т.е. когда системой, проиллюстрированной на фиг.2, является базовая станция, базовая станция вычисляет весовой коэффициент передачи из данных, принятых базовой станцией, и затем передает весовой коэффициент передачи мобильной станции, а мобильная станция отражает принятый весовой коэффициент передачи при формировании передающего луча для передачи данных. Наоборот, когда системой, проиллюстрированной на фиг.2, является мобильная станция, мобильная станция вычисляет весовой коэффициент передачи для данных, которые должны быть переданы базовой станцией, из данных, принятых мобильной станцией, и затем передает весовой коэффициент передачи базовой станции, а базовая станция отражает принятый весовой коэффициент передачи при формировании передающего луча для передачи данных.

На фиг.4 показана блок-схема, иллюстрирующая структуру процессора сигналов, выполняющего функции согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Для удобства со ссылкой на фиг.4 описаны только части приемного устройства базовой станции, которые имеют непосредственное отношение к настоящему изобретению. Поскольку вышеприведенное описание выполнено для случая, когда приемное устройство базовой станции вычисляет весовые коэффициенты w_T,k передачи, процессор сигналов, проиллюстрированный на фиг.4, описан для частей приемного устройства базовой станции. Однако процессор сигналов, проиллюстрированный на фиг.4, может быть адаптирован для приемного устройства мобильной станции.

Согласно фиг.4, когда сигналы x_k приема подаются в приемное устройство в заранее определенный момент (k), блок 410 сжатия выполняет сжатие сигналов x_k приема с помощью заранее определенного кода сжатия и выдает сжатые сигналы y_k приема в процессор 430 сигналов и генератор 420 приемного луча. Процессор 430 сигналов включает в себя вычислитель 431 весовых коэффициентов, память 433 и сумматор 435 значений ошибки. Для удобства процессор 430 сигналов, проиллюстрированный на фиг.4, описан относительно структуры первого отвода 280-1 приемного устройства базовой станции, проиллюстрированного на фиг.2. Поэтому хотя только один блок 410 сжатия проиллюстрирован на фиг.4, блок 410 сжатия может выполнять операции практически идентично работе блоков 281-283 сжатия с 1-ого по N-ый первого отвода 280-1.

Вычислитель 431 весовых коэффициентов процессора 430 сигналов принимает сжатые сигналы y_k приема, вычисляет весовые коэффициенты w_R,k приема и весовые коэффициенты w_T,k передачи посредством применения заранее определенного постоянного значения коэффициента усиления , начальных весовых коэффициентов w_R,0 и выходных сигналов z_k первого отвода 280-1, выводимых из генератора 420 приемного луча, к сжатым сигналам y_k приема и выдает вычисленные весовые коэффициенты w_R,k приема и весовые коэффициенты w_T,k передачи в память 433. Память 433 выполняет операцию буферизации для весовых коэффициентов w_R,k приема и весовых коэффициентов w_T,k передачи, вычисленных вычислителем 431 весовых коэффициентов, и вычислитель 431 весовых коэффициентов может использовать весовые коэффициенты w_R,k приема и весовые коэффициенты w_T,k передачи, сохраненные в памяти 433, при обновлении весовых коэффициентов w_R,k приема и весовых коэффициентов w_T,k передачи. Т.е. вычислитель 431 весовых коэффициентов обновляет весовые коэффициенты w_R,k и весовые коэффициенты w_T,k в следующей момент (k+1) с использованием весовых коэффициентов w_R,k и весовых коэффициентов w_T,k, вычисленных в заранее определенный момент k.

Вычислитель 431 весовых коэффициентов вычисляет весовые коэффициенты посредством надлежащей комбинации схемы CM и схемы DD. Т.е. вычислитель 431 весовых коэффициентов вычисляет весовой коэффициент w_R,k приема и весовой коэффициент w_T,k передачи под управлением сумматора 435 значений ошибки. Сумматор 435 значений ошибки определяет схему, в соответствии с которой вычислитель 431 весовых коэффициентов должен вычислить весовой коэффициент w_R,k приема и весовой коэффициент w_T,k передачи.

Как описано выше, недостатком схемы CM является низкая скорость сходимости, а недостатком схемы DD является то, что схеме DD свойственна высокая вероятность ошибки в сходимости сигнала в среде модуляции более высокого порядка или в среде с быстрыми замираниями, такой как канал с быстрыми замираниями. Поэтому настоящее изобретение использует сумматор 435 значений ошибки, чтобы объединить схему CM и схему DD с использованием надлежащей функции (к примеру, сигмоидной функции), тем самым контролируя сходимость сигналов к относительно малому значению MSE. Поэтому дифференцирование схемы CM и схемы DD очень важно для повышения производительности.

На фиг.5 представлена блок-схема, иллюстрирующая процедуру передачи и приема данных с помощью схемы MIMO-AAA согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно фиг.5, базовая станция 500 выполняет сжатие сигналов на этапе 511 и вычисляет весовые коэффициенты w_R,k приема и весовые коэффициенты w_T,k передачи с использованием сжатых сигналов приема на этапе 513. Кроме того, базовая станция 500 формирует информацию обратной связи, включающую в себя весовые коэффициенты w_T,k передачи, и передает информацию обратной связи к мобильной станции 550 на этапе 515.

Мобильная станция 550 принимает информацию обратной связи от базовой станции 500 на этапе 551 и определяет весовые коэффициенты w_T,k передачи из информации обратной связи на этапе 553. Кроме того, мобильная станция 550 формирует передающий луч с использованием весовых коэффициентов w_T,k передачи на этапе 555. Хотя фиг.5 иллюстрирует случай, при котором базовая станция 500 передает весовые коэффициенты w_T,k передачи к мобильной станции 550, а мобильная станция 550 формирует передающий луч с использованием весовых коэффициентов w_T,k передачи, мобильная станция 550 также может передавать весовые коэффициенты w_T,k передачи к базовой станции 500, и базовая станция 500 может формировать передающий луч с использованием весовых коэффициентов w_T,k передачи. Поэтому, как описано выше, базовая станция 500 и мобильная станция 550 могут заменять функции друг друга. Т.е. мобильная станция 550 вместо базовой станции 500 может выполнять сжатие сигнала приема, вычислять весовой коэффициент передачи из сжатого сигнала и передавать информацию обратной связи, включающую в себя вычисленный весовой коэффициент передачи, к базовой станции 500, и базовая станция 500 может принимать информацию обратной связи, определять весовой коэффициент передачи из информации обратной связи и генерировать передающий луч.

Далее со ссылкой на фиг.6 описана процедура приема сигналов приемного устройства базовой станции согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Перед описанием фиг.6, поскольку фиг.2 иллюстрирует случай, при котором приемное устройство базовой станции формирует информацию обратной связи, процедура приема сигналов приемного устройства базовой станции описана со ссылкой на фиг.6. При этом следует отметить, что та же процедура приема сигналов может быть реализована даже в том случае, если приемное устройство мобильной станции формирует информацию обратной связи.

На фиг.6 представлена блок-схема, иллюстрирующая процедуру приема сигналов приемного устройства базовой станции согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно фиг.6, на этапе 611 приемное устройство базовой станции задает начальные весовые коэффициенты w_R,0, w_T,0 и постоянное значение коэффициента усиления . На этапе 613 приемное устройство базовой станции проверяет, был ли завершен обмен данными. Если обмен данными завершен, приемное устройство базовой станции завершает процедуру приема сигналов. Однако, если обмен данными еще не завершен, на этапе 615 приемное устройство базовой станции принимает сжатые сигналы y_k, соответствующие сигналам x_k приема.

На этапе 617 приемное устройство базовой станции вычисляет набор z_k выходных сигналов z_k каждого из отводов, предусмотренных в приемном устройстве базовой станции, с использованием сжатых сигналов y_k и весовых коэффициентов w_R,k приема (z_k=w^H _ky_k). При этом z_k – это набор выходных сигналов отводов, формируемых приемным лучом, который формируется с использованием весовых коэффициентов w_R,k приема.

На этапе 619 приемное устройство базовой станции вычисляет функцию минимальной ошибки с помощью схемы CM, и схемы DD. При этом функция e_k минимальной ошибки получается посредством применения весового коэффициента _k к значению ошибки сигнала приема, получаемому вычислением с использованием схемы CM, и применения веса _k к значению ошибки сигнала приема, получаемому вычислением с использованием схемы CM, и последующего суммирования взвешенных значений ошибки друг с другом, согласно уравнению (27).

На этапе 621 приемное устройство базовой станции вычисляет дифференциальное значение функции затрат с использованием сжатых сигналов y_k и функции e_k, () ошибки. На этапе 623 приемное устройство базовой станции вычисляет коэффициент формирования луча, т.е. вычисляет весовой коэффициент w_R,k приема и весовой коэффициент w_T,k передачи (w_R,k=w_R,k-1–y_ke_k ^*, w_T,k=w_T,k-1–z_ke_k ^*w_T,k ^*).

На этапе 625 приемное устройство базовой станции передает вычисленный весовой коэффициент w_T,k передачи к передающему терминалу, т.е. передающему устройству базовой станции, и сохраняет вычисленный весовой коэффициент w_R,k приема. На этапе 629 приемное устройство базовой станции выполняет задержку в течение заранее определенного интервала времени. При этом задержка позволяет использовать значение, определенное в K-тый интервал времени, быть в (K+1)-ом интервале времени, т.е. учитывать время задержки на переход из одного состояния в другое. На этапе 631 приемное устройство базовой станции увеличивает значение K на 1, что означает, что приемное устройство базовой станции переходит от момента времени K в момент времени (K+1), и затем возвращается к этапу 613.

Согласно настоящему изобретению, при вычислении значения ошибки на этапе 619 используется комбинированный способ, при котором две схемы, к примеру схема CM и схема DD, объединяются, и веса применяются дифференцированно согласно сигмоидной функции. Дополнительно, на этапе 623 вычисляется не только весовой коэффициент w_R,k приема, но также и весовой коэффициент w_T,k передачи, и вычисленный весовой коэффициент w_T,k передачи передается к передающему терминалу.

На фиг.10 представлена блок-схема, иллюстрирующая структуры передающего устройства базовой станции и приемного устройства базовой станции системы мобильной связи, выполняющих функции согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Перед описанием фиг.10 следует отметить, что передающее устройство базовой станции и приемное устройство базовой станции, проиллюстрированные на фиг.10, могут управляться практически таким же образом, как передающее устройство базовой станции и приемное устройство базовой станции системы мобильной станции CDMA, описанной со ссылкой на фиг.2, хотя структуры передающего устройства базовой станции и приемного устройства базовой станции, проиллюстрированных на фиг.10, отличаются от структур передающего устройства базовой станции и приемного устройства базовой станции, проиллюстрированных на фиг.2. Т.е. аналогично передающему устройству базовой станции и приемному устройству базовой станции системы мобильной связи CDMA передающее устройство базовой станции и приемное устройство базовой станции системы мобильной станции OFDM могут вычислять весовые коэффициенты w_R,k приема и весовые коэффициенты w_T,k передачи и могут передавать вычисленные весовые коэффициенты w_T,k передачи к мобильной станции.

Также следует отметить, что последующее описание выполнено в предположении, что система мобильной связи OFDM использует схему MIMO-AAA. Следовательно, передающее устройство и приемное устройство должны иметь множество передающих антенн и приемных антенн соответственно. Однако, согласно фиг.10, передающее устройство и приемное устройство не имеют отдельных передающих антенн и приемных антенн, а одни и те же антенны используются для передающего устройства и приемного устройства посредством схемы временного разделения сигналов с использованием антенного переключателя. Кроме того, согласно фиг.10, используется N антенн.

Согласно фиг.10, передающее устройство базовой станции включает в себя блок 1011 отображения символов, преобразователь 1013 последовательного кода в параллельный, устройство 1015 ввода пилот-символов, блок 1017 обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ), преобразователь 1019 параллельного кода в последовательный, устройство 1021 ввода защитных интервалов, генератор 1023 передающего луча, процессор 1022 сигналов, цифро-аналоговый преобразователь 1025 и РЧ-процессор 1027. Кроме того, антенный переключатель 1029 и N антенн, в том числе антенны 1031, 1033,… и 1035 с 1-ой по N-ую, как правило, используются для передающего устройства базовой станции и приемного устройства базовой станции.

Если информационные биты данных, которые должны быть переданы, сформированы, т.е. если сформирована информация обратной связи, включающая в себя весовые коэффициенты w_T,k передачи, то информация обратной связи подается в блок 1011 отображения символов. После приема информации обратной связи блок 1011 отображения символов модулирует информацию обратной связи посредством заранее определенного способа модуляции, чтобы добиться преобразования символов по отношению к информации обратной связи, и выводит последовательные символы модуляции на преобразователь 1013 последовательного кода в параллельный. Заранее определенный способ модуляции может включать в себя способ QPSK (квадратурную фазовую модуляцию) или способ 16QAM (квадратурную амплитудную модуляцию). После приема последовательных символов модуляции от блока 1011 отображения символов преобразователь 1013 последовательного кода в параллельный преобразует последовательные символы модуляции в параллельные символы модуляции и выдает параллельные символы модуляции на устройство 1015 ввода пилот-символов. Устройство 1015 ввода пилот-символов вставляет пилот-символы в параллельные символы модуляции, выводимые из преобразователя 1013 последовательного кода в параллельный, и выдает параллельные символы модуляции, имеющие пилот-символы, в блок 1017 ОБПФ.

После приема сигнала от устройства 1015 ввода пилот-символов блок 1017 ОБПФ выполняет N-точечное ОБПФ по отношению к сигналу и выдает сигнал в преобразователь 1019 параллельного кода в последовательный. Поэтому преобразователь 1019 параллельного кода в последовательный принимает сигнал с выхода блока 1017 ОБПФ, преобразует параллельный сигнал в последовательный сигнал и выдает последовательный сигнал в устройство 1021 ввода защитных интервалов. После приема последовательного сигнала из преобразователя 1019 параллельного кода в последовательный устройство 1021 ввода защитных интервалов вставляет сигнал защитных интервалов в последовательный сигнал и выдает сигнал, включающий в себя сигнал защитных интервалов, в процессор 1022 сигналов. Поэтому процессор 1022 сигналов вычисляет весовой коэффициент на основе сигнала, выводимого из устройства 1021 ввода защитных интервалов, и выдает сигнал на генератор 1023 передающего луча.

Генератор 1023 передающего луча генерирует передающий луч на основе сигнала, выводимого из устройства 1021 ввода защитных интервалов, и весового коэффициента, вычисленного в процессоре 1022 сигналов, и выдает передающий луч на цифро-аналоговый преобразователь 1025 для передачи луча на каждую из антенн 1031, 1033,… и 1035 с 1-ой по N-ую. Генератор 1023 передающего луча может формировать передающий луч посредством отдельного вычисления весовых коэффициентов для передающего луча. Однако подробная процедура формирования передающего луча не относится непосредственно к настоящему изобретению, поэтому она дополнительно не описывается.

Если приемное устройство базовой станции ранее приняло информацию обратной связи от передающего устройства мобильной станции, генератор 1023 передающего луча может сформировать передающий луч с использованием весового коэффициента w_T,k передачи, включенного в информацию обратной связи.

Кроме того, в передаваемый сигнал должен быть вставлен защитный интервал, чтобы предотвратить интерференцию между предыдущими символами OFDM, переданными в предыдущий момент времени передачи символов OFDM, и текущими символами OFDM, которые должны быть переданы в текущий момент времени передачи символов OFDM, при передаче символов OFDM в системе мобильной связи OFDM. Защитный интервал должен вставляться в сигнал посредством способа “цикличного префикса”, при котором заранее определенные хвостовые выборки символов OFDM, предоставленных в интервале времени, копируются для вставки в эффективный символ OFDM, либо посредством способа “цикличного постфикса”, при котором заранее определенные выборки символов OFDM, предоставленных в интервале времени, копируются для вставки в эффективный символ OFDM.

Цифроаналоговый преобразователь 1025 принимает сигнал, выводимый из генератора 1023 передающего луча для преобразования сигнала в аналоговый сигнал, и выдает аналоговый сигнал в РЧ-процессор 1027. РЧ-процессор 1027 может включать в себя фильтр и входной РЧ-каскад для выполнения процесса РЧ-обработки по отношению к сигналу с выхода цифро-аналогового преобразователя 1025, чтобы сигнал мог быть передан по радиоканалу. РЧ-процессор 1027 выдает сигнал на антенный переключатель 1029. Поэтому антенный переключатель 1029 принимает сигнал из РЧ-процессора 1027 и передает сигнал посредством антенн в соответствующий момент времени передачи сигналов.

Приемное устройство базовой станции включает в себя антенный переключатель 1029, РЧ-процессор 1037, аналого-цифровой преобразователь 1039, генератор 1041 приемного луча, процессор 1043 сигналов, устройство 1047 удаления защитных интервалов, преобразователь 1049 последовательного кода в параллельный, блок 1051 быстрого преобразования Фурье (БПФ), блок 1053 выделения пилот-символов, блок 1055 синхронизации и оценки канала, корректор 1057, преобразователь 1059 параллельного кода в последовательный и блок 1061 обратного отображения символов.

Сигнал, передаваемый из передающего устройства мобильной станции, принимается в приемном устройстве базовой станции посредством антенн приемного устройства базовой станции при прохождении через канал многолучевого распространения, в котором шум добавляется в сигнал. Сигнал, принимаемый в приемном устройстве базовой станции посредством антенн, подается на антенный переключатель 1029. Антенный переключатель 1029 выдает сигнал, принятый приемным устройством базовой станции посредством антенн в соответствующий момент времени приема сигналов, на РЧ-процессор 1037.

После приема сигнала от антенного переключателя 1029 РЧ-процессор 1037 преобразует сигнал с понижением частоты для получения сигнала полосы промежуточных частот и выдает преобразованный с понижением частоты сигнал на аналого-цифровой преобразователь 1039. Аналого-цифровой преобразователь 1039 преобразует аналоговый сигнал, выводимый из РЧ-процессора 1037, в цифровой сигнал и выдает цифровой сигнал в генератор 1041 приемного луча и процессор 1043 сигналов. После приема сигнала от аналого-цифрового преобразователя 1039 процессор 1043 сигналов вычисляет весовые коэффициенты w_R,k приема, а затем вычисляет весовые коэффициенты w_T,k передачи с использованием весовых коэффициентов w_R,k приема.

После этого процессор 1043 сигналов выдает весовые коэффициенты w_T,k передачи на генератор 1045 информации обратной связи. В результате генератор 1045 информации обратной связи формирует информацию обратной связи, включающую в себя весовые коэффициенты w_T,k передачи. Информация обратной связи, сформированная генератором 1045 информации обратной связи, передается из приемного устройства базовой станции. Например, эта информация обратной связи может быть передана посредством выделенного физического канала.

Сигнал, выводимый из генератора 1041 приемного луча, подается в устройство 1047 удаления защитных интервалов. Т.е. устройство 1047 удаления защитных сигналов принимает сигнал от генератора 1041 приемного луча, чтобы удалить сигнал защитных интервалов. После этого устройство 1047 удаления защитных интервалов выдает сигнал на преобразователь 1049 последовательного кода в параллельный. Преобразователь 1049 последовательного кода в параллельный преобразует последовательный сигнал, выводимый из устройства 1047 удаления защитных интервалов, в параллельный сигнал и выдает параллельный сигнал на блок 1051 БПФ.

После приема параллельного сигнала от устройства 1047 удаления защитных интервалов блок 1047 ОБПФ выполняет N-точечное ОБПФ по отношению к параллельному сигналу и выдает сигнал на корректор 1057 и блок 1053 выделения пилот-символов. Корректор 1057 принимает сигнал, выводимый из блока 1047 ОБПФ, и выполняет частотную коррекцию канала этого сигнала.

После того, как частотная коррекция сигнала завершена, корректор 1057 выдает сигнал на преобразователь 1059 параллельного кода в последовательный. Преобразователь 1059 параллельного кода в последовательный принимает параллельный сигнал от корректора 1057 и преобразует параллельный сигнал в последовательный. Преобразователь 1059 параллельного кода в последовательный выдает последовательный сигнал на блок 1061 обратного отображения символов. После приема сигнала от преобразователя 1059 параллельного кода в последовательный блок 1061 обратного отображения символов демодулирует сигнал заранее определенным способом демодуляции, соответствующим способу модуляции, применяемому в передающем устройстве мобильной станции, выводя информационные биты данных приема.

Кроме того, сигнал с блока 1051 БПФ подается в блок 1053 выделения пилот-символов. Блок 1053 выделения пилот-символов распознает пилот-символы из сигнала, выводимого из блока 1051 БПФ, и выдает распознанные пилот-символы в блок 1055 синхронизации и оценки канала. Кроме того, блок 1055 синхронизации и оценки канала выполняет синхронизацию и оценку канала посредством использования пилот-символов, выводимых из блока 1053 выделения пилот-символов, и выдает его данные на корректор 1057.

Фиг.10 иллюстрирует случай, когда приемное устройство базовой станции вычисляет весовые коэффициенты w_T,k передачи и передает весовые коэффициенты w_T,k передачи на передающее устройство базовой станции. Приемное устройство базовой станции и передающее устройство базовой станции могут быть использованы как приемное устройство мобильной станции и передающее устройства мобильной станции, соответственно. Т.е. следует отметить, что вышеприведенное описание выполнено с учетом создания и передачи информации обратной связи со ссылкой на фиг.10.

На фиг.11 представлена блок-схема, иллюстрирующая структуры передающего устройства базовой станции и приемного устройства базовой станции системы мобильной связи OFDM, выполняющих функции согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Перед описанием фиг.11 следует отметить, что последующее описание выполнено в предположении, что система мобильной связи OFDM использует схему MIMO-AAA. Следовательно, передающее устройство и приемное устройство должны иметь множество передающих антенн и приемных антенн соответственно. Однако, согласно фиг.11, передающее устройство и приемное устройство не имеют отдельных передающих антенн и приемных антенн, а одни и те же антенны используются для передающего устройства и приемного устройства с использованием схемы временного разделения сигналов посредством антенного переключателя. Кроме того, согласно фиг.11, используется N антенн.

Согласно фиг.11, передающее устройство мобильной станции включает в себя блок 1111 отображения символов, преобразователь 1113 последовательного кода в параллельный, устройство 1115 ввода пилот-символов, блок 1117 ОБПФ, преобразователь 1119 параллельного кода в последовательный, устройство 1121 ввода защитных интервалов, генератор 1123 передающего луча, процессор 1125 информации обратной связи, цифро-аналоговый преобразователь 1127 и РЧ-процессор 1129. Кроме того, антенный переключатель 1131 и N антенн, в том числе антенны 1133, 1135,… и 1137 с 1-ой по N-ую, как правило, используются для передающего устройства мобильной станции и приемного устройства мобильной станции.

Работа и структура блока 1111 отображения символов, преобразователя 1113 последовательного кода в параллельный, устройства 1115 ввода пилот-символов, блока 1117 ОБПФ, преобразователя 1119 параллельного кода в последовательный, устройства 1121 ввода защитных интервалов, генератора 1123 передающего луча, цифро-аналогового преобразователя 1127, РЧ-процессора 1129 и антенного переключателя 1131 идентичны работе и структуре блока 1011 отображения символов, преобразователя 1013 последовательного кода в параллельный, устройства 1015 ввода пилот-символов, блока 1017 ОБПФ, преобразователя 1019 параллельного кода в последовательный, устройства 1021 ввода защитных интервалов, генератора 1023 передающего луча, цифро-аналогового преобразователя 1025, РЧ-процессора 1027 и антенного переключателя 1029, проиллюстрированных на фиг.10. Поэтому их подробное описание опущено.

Процессор 1125 информации обратной связи анализирует информацию, принятую в приемном устройстве мобильной станции, чтобы распознать весовые коэффициенты w_T,k передачи, включенные в информацию обратной связи. Помимо этого, процессор 1125 информации обратной связи передает распознанные весовые коэффициенты w_T,k передачи на генератор 1123 передающего луча. Процедура приема информации обратной связи в приемном устройстве мобильной станции подробнее описана далее. Поэтому ее подробное описание здесь опущено. Генератор 1123 передающего луча формирует передающий луч, соответствующий весовым коэффициентам w_T,k передачи.

Приемное устройство мобильной станции включает в себя РЧ-процессор 1139, аналого-цифровой преобразователь 1141, генератор 1143 приемного луча, процессор 1145 сигналов, устройство 1147 удаления защитных интервалов, преобразователь 1149 последовательного кода в параллельный, блок 1151 БПФ, блок 1153 выделения пилот-символов, блок 1155 синхронизации и оценки канала, корректор 1157, преобразователь 1159 параллельного кода в последовательный и блок 1161 обратного отображения символов. Работа и структура РЧ-процессора 1139, аналого-цифрового преобразователя 1141, генератора 1143 приемного луча, процессора 1145 сигналов, устройства 1147 удаления защитных интервалов, преобразователя 1149 последовательного кода в параллельный, блока 1151 БПФ, блока 1153 выделения пилот-символов, блока 1155 синхронизации и оценки канала, корректора 1157, преобразователя 1159 параллельного кода в последовательный и блока 1161 обратного отображения символов идентичны работе и структуре РЧ-процессора 1037, аналого-цифрового преобразователя 1039, генератора 1041 приемного луча, процессора 1043 сигналов, устройства 1047 удаления защитных интервалов, преобразователя 1049 последовательного кода в параллельный, блока 1051 БПФ, блока 1053 выделения пилот-символов, блока 1055 синхронизации и оценки канала, корректора 1057, преобразователя 1059 параллельного кода в последовательный и блока 1061 обратного отображения символов, проиллюстрированных на фиг.10. Поэтому их подробное описание опущено.

При этом приемные данные, в конечном итоге выводимые из блока 1161 обратного отображения символов, – это информация обратной связи, включающая в себя весовые коэффициенты w_T,k передачи, и информация обратной связи с выхода блока 1161 обратного отображения символов подается в процессор 1125 информации обратной связи.

Фиг.11 иллюстрирует случай, при котором приемное устройство мобильной станции принимает информацию обратной связи, а передающее устройство мобильной станции формирует передающий луч с использованием весовых коэффициентов w_T,k передачи, включенных в информацию обратной связи. Однако приемное устройство мобильной станции и передающее устройство мобильной станции могут быть использованы как приемное устройство базовой станции и передающее устройство базовой станции. Т.е. вышеприведенное описание выполнено с учетом приема информации обратной связи, включающей в себя весовые коэффициенты w_T,k передачи, со ссылкой на фиг.11.

На фиг.12 представлен график характеристической кривой способа формирования весовых коэффициентов комбинированного типа, соответствующего настоящему изобретению, согласно числу приемных антенн базовой станции. Более конкретно, фиг.12 иллюстрирует диаграммы направленности для случая использования шести приемных антенн или десяти приемных антенн в приемном устройстве базовой станции. Например, если заранее определенная мобильная станция размещена в точке 57°, нормализованный коэффициент усиления антенны может увеличиваться на 0,2 при обеспечении десяти антенн в приемном устройстве базовой станции, в сравнении со случаем, когда в приемном устройстве базовой станции предусмотрено шесть антенн.

Кроме того, можно точно сформировать приемный луч при обеспечении десяти антенн в приемном устройстве базовой станции. С учетом пропускной способности системы мобильной связи уровень принимаемого сигнала может быть значительно повышен по мере увеличения числа приемных антенн, так что может обеспечиваться точное предоставление услуг связи и увеличение пропускной способности системы.

Как описано выше, согласно настоящему изобретению весовые коэффициенты могут быть сформированы способом формирования весовых коэффициентов комбинированного типа, при котором весовые коэффициенты дифференцированно применяются к двум комбинированным схемам, к примеру схеме CM и схеме DD, с использованием сигмоидной функции, тем самым более быстро формируя весовые коэффициенты, имеющие минимальное значение MSE, чем в способе либо только с одной схемой, либо с двумя преобразованными схемами. Следовательно, можно точно сформировать приемный луч, чтобы приемное устройство могло принимать только полезные сигналы, и производительность системы возрастала.

Согласно настоящему изобретению весовые коэффициенты передачи, формируемые в приемном устройстве с помощью весовых коэффициентов приема, могут быть обратно переданы в передающее устройство, чтобы передающее устройство также могло использовать весовые коэффициенты передачи. Следовательно, передающему устройству необязательно выполнять отдельный процесс вычисления весового коэффициента передачи, так что рабочая нагрузка для вычисления весового коэффициента передачи может быть снижена.

Хотя настоящее изобретение показано и описано со ссылкой на его конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные изменения по форме и содержанию могут быть осуществлены без отклонения от сущности и объема изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Способ передачи и приема информации о весовых коэффициентах для формирования передающего и приемного лучей в системе беспроводной связи, использующей схему адаптивной антенной решетки, при этом способ содержит этапы, на которых

(1) вычисляют минимальное значение ошибки принятого сигнала посредством применения весовых коэффициентов отдельно к первой схеме и второй схеме для минимизации ошибки принятого сигнала;

(2) вычисляют весовой коэффициент приема для формирования приемного луча с использованием принятого сигнала и минимального значения ошибки принятого сигнала;

(3) вычисляют весовой коэффициент передачи для формирования передающего луча с использованием весового коэффициента приема и минимальной ошибки принятого сигнала;

(4) формируют информацию обратной связи, включающую в себя весовой коэффициент передачи; и

(5) передают информацию обратной связи.

2. Способ по п.1, в котором этап (1) содержит этапы, на которых применяют первый весовой коэффициент для первого значения ошибки принятого сигнала, полученного посредством вычисления для достижения минимальной функции затрат с использованием упомянутой первой схемы; применяют второй весовой коэффициент, вычисленный из первого весового коэффициента, для второго значения ошибки принятого сигнала, полученного посредством вычисления для достижения минимальной функции затрат с использованием упомянутой второй схемы; и вычисляют минимальное значение ошибки принятого сигнала из взвешенного первого значения ошибки принятого сигнала и взвешенного второго значения ошибки принятого сигнала.

3. Способ по п.2, в котором первое значение ошибки и второе значение ошибки имеют отношение сигмоидной функции между собой.

4. Способ по п.2, в котором минимальное значение ошибки принятого сигнала вычисляют согласно соотношению

где e_k представляет минимальное значение ошибки принятого сигнала, е_k ^CM представляет первое значение ошибки принятого сигнала, полученное посредством вычисления с использованием первой схемы, е_k ^DD представляет второе значение ошибки принятого сигнала, полученное посредством вычисления с использованием упомянутой второй схемы, _k представляет первый весовой коэффициент, _k представляет второй весовой коэффициент и g(x) представляет сигмоидную функцию.

5. Способ по п.2, в котором упомянутой первой схемой является схема постоянных модулей (СМ), а упомянутой второй схемой является схема с управлением по решению (DD).

6. Способ по п.1, в котором принятый сигнал генерируется посредством сжатия модулированного сигнала с расширенным спектром.

7. Способ по п.1, в котором каждое из значений ошибки принятого сигнала включает в себя среднеквадратическое значение ошибки принятого сигнала.

8. Способ передачи и приема сигнала в системе беспроводной связи, содержащей первое устройство и второе устройство, использующие схему адаптивной антенной решетки, причем первое устройство включает в себя первое передающее устройство и первое приемное устройство, второе устройство включает в себя второе передающее устройство и второе приемное устройство, при этом способ содержит этапы, на которых

(1) применяют весовые коэффициенты первым приемным устройством к первой схеме и второй схеме для минимизации ошибки принятого сигнала для получения минимального значения ошибки принятого сигнала;

(2) генерируют весовой коэффициент приема для формирования приемного луча первым устройством посредством вычисления с использованием принятого сигнала и минимального значения ошибки принятого сигнала и генерируют весовой коэффициент передачи для формирования передающего луча вторым устройством посредством вычисления с использованием весового коэффициента приема и минимального значения ошибки принятого сигнала;

(3) формируют информацию обратной связи, включающую в себя весовой коэффициент передачи второго устройства; и

(4) передают информацию обратной связи от первого передающего устройства к второму приемному устройству;

(5) принимают информацию обратной связи вторым приемным устройством;

и

(6) получают вторым устройством весовой коэффициент передачи из информации обратной связи, формируют передающий луч соответственно весовому коэффициенту передачи и передают сигнал передающего луча посредством второго передающего устройства к первому устройству.

9. Способ по п.8, в котором этап (1) содержит этапы, на которых применяют первый весовой коэффициент для первого значения ошибки принятого сигнала, полученного посредством вычисления для достижения минимальной функции затрат с использованием упомянутой первой схемы; применяют второй весовой коэффициент, вычисленный из первого весового коэффициента, для второго значения ошибки принятого сигнала, полученного посредством вычисления для достижения минимальной функции затрат с использованием упомянутой второй схемы; и вычисляют минимальное значение ошибки принятого сигнала из взвешенного первого значения ошибки принятого сигнала и взвешенного второго значения ошибки принятого сигнала.

10. Способ по п.9, в котором первое значение ошибки принятого сигнала и второе значение ошибки принятого сигнала имеют отношение сигмоидной функции между собой.

11. Способ по п.9, в котором минимальное значение ошибки принятого сигнала вычисляют согласно соотношению

где e_k представляет минимальное значение ошибки принятого сигнала, е_k ^CM представляет первое значение ошибки принятого сигнала, полученное посредством вычисления с использованием упомянутой первой схемы, e_k ^DD представляет второе значение ошибки принятого сигнала, полученное посредством вычисления с использованием упомянутой второй схемы, _k представляет первый весовой коэффициент, _k представляет второй весовой коэффициент, a g(x) представляет сигмоидную функцию.

12. Способ по п.8, в котором упомянутой первой схемой является схема постоянных модулей (СМ), а упомянутой второй схемой является схема с управлением по решению (DD).

13. Способ по п.8, в котором принятый сигнал генерируется посредством сжатия модулированного сигнала с расширенным спектром.

14. Способ по п.8, в котором каждое из значений ошибки принятого сигнала включает в себя среднеквадратическое значение ошибки принятого сигнала.

15. Система передачи и приема сигнала в системе беспроводной связи, использующей схему адаптивной антенной решетки, причем система содержит блок сжатия для формирования сжатого сигнала посредством сжатия принятого сигнала; процессор сигналов для получения минимального значения ошибки принятого сигнала посредством отдельного применения весовых коэффициентов для первой схемы и второй схемы для минимизации ошибки принятого сигнала, генерирования весового коэффициента приема для формирования приемного луча приемным устройством посредством вычисления с использованием сжатого сигнала и минимального значения ошибки принятого сигнала и формирования весового коэффициента передачи для формирования передающего луча соответствующим передающим устройством посредством вычисления с использованием весового коэффициента приема и минимального значения ошибки принятого сигнала; генератор информации обратной связи для формирования информации обратной связи, включающей в себя весовой коэффициент передачи; и передающее устройство для передачи информации обратной связи к соответствующему приемному устройству.

16. Система по п.15, в которой процессор сигналов содержит блок объединения значений ошибки принятого сигнала для приема сжатого сигнала и получения минимального значения ошибки посредством отдельного применения весовых коэффициентов для первой схемы и второй схемы для минимизации ошибки принятого сигнала; вычислитель весовых коэффициентов для вычисления весового коэффициента приема для формирования приемного луча приемным устройством посредством вычисления с использованием сжатого сигнала и минимального значения ошибки принятого сигнала и вычисления весового коэффициента передачи для формирования передающего луча соответствующим передающим устройством посредством вычисления с использованием весового коэффициента приема и минимального значения ошибки принятого сигнала; и память для сохранения весового коэффициента передачи, вычисленного вычислителем весовых коэффициентов в течение интервала времени, и последующей выдачи весового коэффициента передачи на вычислитель весовых коэффициентов для применения весового коэффициента передачи, сохраненного в каждом интервале времени, к вычислению весового коэффициента передачи следующего интервала времени.

17. Система по п.16, в котором минимальное значение ошибки принятого сигнала получается посредством применения первого весового коэффициента для первого значения ошибки принятого сигнала, полученного посредством вычисления для достижения минимальной функции затрат упомянутой первой схемой, применения второго весового коэффициента, вычисленного из первого весового коэффициента, для второго значения ошибки принятого сигнала, полученного посредством вычисления для достижения минимальной функции затрат упомянутой второй схемой, и последующего вычисления минимального значения ошибки принятого сигнала из взвешенного первого значения ошибки принятого сигнала и взвешенного второго значения ошибки принятого сигнала.

18. Система по п.17, в которой первое значение ошибки принятого сигнала и второе значение ошибки принятого сигнала имеют отношение сигмоидной функции между собой.

19. Система по п.17, в которой минимальное значение ошибки принятого сигнала вычисляется как

где e_k представляет минимальное значение ошибки принятого сигнала, е_k ^CM представляет первое значение ошибки принятого сигнала, полученное посредством вычисления с помощью упомянутой первой схемы, e_k ^DD представляет второе значение ошибки принятого сигнала, полученное посредством вычисления с помощью упомянутой второй схемы, _k представляет первый весовой коэффициент, _k представляет второй весовой коэффициент и g(x) представляет сигмоидную функцию.

20. Система по п.15, в которой упомянутой первой схемой является схема постоянных модулей (СМ), а второй схемой является схема с управлением по решению (DD).

21. Система по п.15, в которой каждое из значений ошибки принятого сигнала включает в себя среднеквадратическое значение ошибки принятого сигнала.

22. Система передачи и приема информации о весовых коэффициентах передачи в системе беспроводной связи, использующей схему адаптивной антенной решетки, причем система содержит первое устройство, включающее в себя первое приемное устройство и первое передающее устройство; и второе устройство, включающее в себя второе приемное устройство и второе передающее устройство, причем первое приемное устройство принимает сигнал, формирует сжатый сигнал посредством сжатия принятого сигнала, при этом первое устройство определяет минимальное значение ошибки принятого сигнала посредством отдельного применения весовых коэффициентов для первой схемы и второй схемы для минимизации ошибки принятого сигнала, генерирует весовой коэффициент приема для формирования приемного луча первым приемным устройством посредством вычисления с использованием сжатого сигнала и минимального значения ошибки принятого сигнала, генерирует весовой коэффициент передачи для формирования передающего луча вторым передающим устройством второго устройства посредством вычисления с использованием весового коэффициента приема и минимального значения ошибки принятого сигнала и формирует информацию обратной связи, включающую в себя весовой коэффициент передачи, при этом первое передающее устройство передает информацию обратной связи второму устройству; второе приемное устройство принимает информацию обратной связи, при этом второе устройство получает весовой коэффициент передачи из информации обратной связи и формирует передающий луч соответственно весовому коэффициенту передачи, и второе передающее устройство передает сигнал передающего луча посредством второго передающего устройства первому устройству.

23. Система по п.22, в которой первое устройство содержит процессор сигналов для получения минимального значения ошибки принятого сигнала посредством отдельного применения весовых коэффициентов для первой схемы и второй схемы для минимизации ошибки принятого сигнала, генерирования весового коэффициента приема для формирования приемного луча первым приемным устройством посредством вычисления с использованием сжатого сигнала и минимального значения ошибки принятого сигнала и генерирования весового коэффициента передачи для формирования передающего луча вторым передающим устройством посредством вычисления с использованием весового коэффициента приема и минимального значения ошибки принятого сигнала; генератор информации обратной связи для формирования информации обратной связи, включающей в себя весовой коэффициент передачи; и передающее устройство для передачи информации обратной связи второму приемному устройству.

24. Система по п.23, в которой процессор сигналов содержит блок объединения значений ошибки принятого сигнала для приема сжатого сигнала и получения минимального значения ошибки принятого сигнала посредством отдельного применения весовых коэффициентов для первой схемы и второй схемы для минимизации ошибки принятого сигнала; вычислитель весовых коэффициентов для генерирования весового коэффициента приема для формирования приемного луча приемным устройством посредством вычисления с использованием сжатого сигнала и минимального значения ошибки принятого сигнала и генерирования весового коэффициента передачи для формирования передающего луча вторым передающим устройством посредством вычисления с использованием весового коэффициента приема и минимального значения ошибки принятого сигнала; и память для сохранения весового коэффициента передачи, вычисленного вычислителем весовых коэффициентов в течение интервала времени, и последующей выдачи весового коэффициента передачи на вычислитель весовых коэффициентов, для применения весового коэффициента передачи, сохраненного в каждом интервале времени, к вычислению весового коэффициента передачи для следующего интервала времени.

25. Система по п.23, в которой минимальное значение ошибки принятого сигнала получается посредством применения первого весового коэффициента для первого значения ошибки принятого сигнала, полученного посредством вычисления для достижения минимальной функции затрат упомянутой первой схемой, применения второго весового коэффициента, вычисленного из первого весового коэффициента, для второго значения ошибки принятого сигнала, полученного посредством вычисления для достижения минимальной функции затрат упомянутой второй схемой, и вычисления минимального значения ошибки принятого сигнала из взвешенного первого значения ошибки принятого сигнала и взвешенного второго значения ошибки принятого сигнала.

26. Система по п.23, в которой первое значение ошибки принятого сигнала и второе значение ошибки принятого сигнала имеют отношение сигмоидной функции между собой.

27. Система по п.23, в которой минимальное значение ошибки вычисляется из следующего соотношения

где e_k представляет минимальное значение ошибки принятого сигнала, e_k ^CM представляет первое значение ошибки принятого сигнала, полученное посредством вычисления с помощью упомянутой первой схемы, е_k ^DD представляет второе значение ошибки принятого сигнала, полученное посредством вычисления с помощью упомянутой второй схемы, _k представляет первый весовой коэффициент, _k представляет второй весовой коэффициент, а g(x) представляет сигмоидную функцию.

28. Система по п.22, в которой упомянутой первой схемой является схема постоянных модулей (СМ), а второй схемой является схема с управлением по решению (DD).

29. Система по п.22, в которой каждое из значений ошибки принятого сигнала включает в себя среднеквадратическое значение ошибки принятого сигнала.

30. Система по п.22, в которой второе передающее устройство содержит процессор информации обратной связи для получения весового коэффициента передачи из информации обратной связи; и генератор передающего луча для формирования передающего луча посредством весового коэффициента передачи.

РИСУНКИ