Способ и устройство для снижения ранговой оценки канала в системе связи

Способ и устройство для снижения ранговой оценки канала в системе связи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к беспроводной связи. В частности, настоящее изобретение относится к новому и улучшенному способу снижения ранговой оценки канала в системе связи.

Чтобы улучшить качество беспроводной связи, в системах связи часто применяют в передатчике антенные элементы множественного излучения для передачи информации к приемнику. Приемник может тогда иметь одну или более приемных антенн. Желательно множество антенн, т.к. имеется тенденция ограничивать системы беспроводной связи по интерференции, а использование множества антенных элементов снижает межсимвольную интерференцию и интерференцию от соседних каналов, вводимую во время модуляции и передачи радиосигналов, повышая качество связи. Моделирование, а затем проектирование такой системы включает в себя оценивание нескольких параметров пространственно-временного канала или линии между передатчиком и приемником.

Число оцениваемых канальных параметров на пару приемопередающих антенн умножается на число перестановок пар приемопередающих антенн, что создает резко усложняющиеся вычисления и снижает качество оценки. Поэтому желательно иметь способы канальной оценки, которые используют уменьшенный набор параметров. Аналогично, имеется необходимость в улучшенном способе оценки систем радиосвязи со множеством передающих антенн.

Раскрытые здесь варианты осуществления направлены на новые и улучшенные способ и устройство для оценивания канальных параметров в линии связи в системе беспроводной связи со множеством передающих антенн, использующей способ сниженной ранговой оценки. Каждый тракт от передающей антенны к приемнику составляет канал в этой линии. Число каналов, следовательно, увеличивается с ростом числа передающих антенн и приемных антенн. Данный способ использует избыточное и/или априорное знание в системе, чтобы упростить канальную модель, используемую в качестве основы для оценочных вычислений, и чтобы улучшить качество оценки. В одном варианте выполнения ковариационная матрица вычисляется и анализируется для определения того, можно ли снизить число канальных параметров для канальной оценки. Если нет, оцениваются все параметры, в противном случае для вычислений оценок канальных параметров используется канальная модель со сниженным рангом.

В одном аспекте, способ моделирования линии в системе беспроводной связи, которая имеет передатчик с N антеннами и приемник с М антеннами, причем каждый тракт от одной из N передающих антенн к М приемным антеннам составляет канал, включает в себя: определение матрицы, описывающей параметрические соотношения в линии; ранжирование матрицы; определение того, меньше ли этот ранг, чем N×M; если ранг меньше, чем N×M, выполнение выделения подпространства матрицы; выведение канальных импульсных откликов для каждого канала на основании выделенного подпространства матрицы; демодулирование принятого сигнала с помощью канальных импульсных откликов. Матрица может быть ковариационной матрицей, описывающей линию, причем эта ковариационная матрица представляет множество импульсных откликов между передатчиком и приемником. Альтернативно, матрица может быть матрицей отсчетов, описывающих линию.

Далее, определение матрицы может включать в себя оценивание множества параметров, описывающих по меньшей мере один канал. Параметры могут включать в себя расстояние между передающими антеннами. В одном варианте выполнения параметры включают в себя угол передачи по отношению к конфигурации передающих антенн. В альтернативном варианте выполнения матрица описывает параметрические соотношения линии в частотной области.

Далее, ранжирование матрицы может включать в себя определение собственного значения матрицы. В одном варианте выполнения, если ранг равен (N×M), для демодулирования применяется набор коррелированных импульсов. В одном аспекте беспроводное устройство работает для моделирования линии в системе беспроводной связи за счет следующих действий: определение матрицы, описывающей параметрические соотношения линии; ранжирование матрицы; определение того, меньше ли этот ранг, чем N×M; если ранг меньше, чем N×M, то выполнение выделения подпространства матрицы; выведение канальных импульсных откликов для каждого канала на основании выделенного подпространства матрицы; демодулирование принятого сигнала с помощью канальных импульсных откликов.

В другом варианте выполнения устройство беспроводной связи включает в себя: коррелятор, работающий, чтобы оценивать ковариационную матрицу, представляющую линию с передатчиком на основании сигналов, принятых от этого передатчика; блок рангового анализа, связанный с коррелятором и работающий, чтобы оценивать ранг ковариационной матрицы; и блок канальной оценки, связанный с блоком рангового анализа и работающий, чтобы генерировать канальную оценку со сниженным рангом. Ковариационная матрица может представлять множество импульсных откликов между данным устройством и передатчиком. В одном варианте выполнения блок рангового анализа работает, чтобы определять собственное значение, соответствующее ковариационной матрице, и работает, чтобы сравнивать оцененный ранг ковариационной матрицы с заранее заданным полным значением.

В еще одном варианте выполнения способ оценивания линии в системе беспроводной связи включает в себя: оценивание ковариационной матрицы для этой линии; определение того, допускает ли снижение ранг ковариационной матрицы; снижение ранга ковариационной матрицы; оценивание набора импульсных откликов для линии с помощью ковариационной матрицы со сниженным рангом. Кроме того, способ может включать в себя: определение корреляции канала; ранжирование ковариационной матрицы; выполнение выделения матрицы со сниженным рангом из ковариационной матрицы.

В одном варианте выполнения устройство беспроводной связи работает в системе беспроводной связи, имеющей передатчик с N антеннами и приемник с М антеннами, причем каждый тракт от одной из N передающих антенн к М приемным антеннам составляет канал. Устройство включает в себя: первый набор машиночитаемых команд, работающих, чтобы определить ковариационную матрицу, описывающую линию; второй набор машиночитаемых команд, работающих, чтобы ранжировать ковариационную матрицу; третий набор машиночитаемых команд, работающих, чтобы определить, меньше ли этот ранг, чем N×M; четвертый набор машиночитаемых команд, работающих, чтобы выполнять выделение матрицы со сниженным рангом из ковариационной матрицы, если ранг меньше, чем N×M; пятый набор машиночитаемых команд, работающих, чтобы вывести канальные импульсные отклики для каждого канала на основании ковариационной матрицы со сниженным рангом; шестой набор машиночитаемых команд, работающих, чтобы демодулировать принятый сигнал с помощью канальных импульсных откликов. Устройство может далее включать в себя выравниватель, работающий в ответ на шестой набор машиночитаемых команд, при этом конфигурация выравнивателя определяется рангом ковариационной матрицы. В одном варианте выполнения устройство включает в себя седьмой набор машиночитаемых команд, работающих, чтобы вывести коррелированный канальный импульсный отклик.

В еще одном аспекте устройство беспроводной связи включает в себя: средство канальной оценки, работающее, чтобы оценивать ковариационную матрицу, представляющую линию с передатчиком на основании сигналов, принятых от передатчика; блок рангового анализа, связанный с коррелятором и работающий, чтобы оценивать ранг ковариационной матрицы; и средство канальной оценки, связанное с блоком рангового анализа и работающее, чтобы вырабатывать канальную оценку со сниженным рангом.

Далее, в другом аспекте, устройство беспроводной связи включает в себя: коррелятор, работающий, чтобы оценивать ковариационную матрицу, представляющую линию с передатчиком на основании сигналов, принятых от передатчика; блок рангового анализа, связанный с коррелятором и работающий, чтобы оценивать ранг ковариационной матрицы; и средство канальной оценки, связанное с блоком рангового анализа и работающее, чтобы вырабатывать канальную оценку со сниженным рангом.

В еще одном аспекте способ оценивания линии в системе беспроводной связи включает в себя: оценивание ковариационной матрицы для этой линии; определение того, допускает ли снижение ранг ковариационной матрицы; снижение ранга ковариационной матрицы; оценивание набора импульсных откликов для линии с помощью ковариационной матрицы со сниженным рангом. Кроме того, способ может включать в себя: определение корреляции канала; ранжирование ковариационной матрицы; выполнение выделения матрицы со сниженным рангом из ковариационной матрицы.

В другом варианте выполнения беспроводное устройство включает в себя средство канальной оценки, работающее, чтобы определить значимые задержки и определить набор оценок полноразмерных канальных параметров, связанных со значимыми задержками, при этом каждая из набора оценок соответствует моменту времени; средство вычисления собственных значений, работающее, чтобы определять собственные значения набора оценок полноразмерных канальных параметров и найти любые доминантные собственные значения; и средство канальной оценки, работающее, чтобы определять набор оценок канальных параметров со сниженным рангом в ответ на доминантные собственные значения. Далее, устройство может включать в себя средство вычисления собственного вектора, работающее, чтобы определять по меньшей мере один собственный вектор, связанный с одним из доминантных собственных значений набора оценок; при этом средство канальной оценки использует по меньшей мере один собственный вектор, чтобы спроецировать набор оценок полноразмерных канальных параметров на подпространство, охваченное по меньшей мере одним собственным вектором.

Признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из подробного описания, изложенного ниже вместе с чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции отождествляются одинаково.

Фиг.1 иллюстрирует конфигурации систем беспроводной связи, включающих в себя множество передающих антенн.

Фиг.2 иллюстрирует модель системы беспроводной связи согласно одному варианту выполнения.

Фиг.3 иллюстрирует модель канала между передатчиком и приемником в системе беспроводной связи.

Фиг.4 иллюстрирует физический план антенн в передатчике системы беспроводной связи.

Фиг.5 иллюстрирует блок-схему алгоритма для способа канальной оценки со сниженным рангом для системы беспроводной связи согласно одному варианту выполнения.

Фиг.6 иллюстрирует график оценочного усиления одного варианта выполнения.

Фиг.7 иллюстрирует конфигурацию системы согласно одному варианту выполнения.

Фиг.8 иллюстрирует примерный вариант выполнения системы беспроводной связи.

В системе беспроводной связи для улучшения качества передачи может использоваться множество излучающих антенн. В конструкции мобильных радиосистем третьего поколения, к примеру, представлены разные методы варьирования передающих антенн. Множество передающих антенн могут использоваться для передачи информации к приемнику с помощью единственной приемной антенны или множества приемных антенн. Система со множеством антенн предлагает улучшение качества. Однако это улучшение зависит от точности канальной модели, используемой в приемнике для демодулирования переданной информации. Моделирование канала передачи использует оценки параметров и определяет для канала эффективный канальный импульсный отклик. Когда используется множество антенн, моделирование включает в себя оценки каждого канала передачи для всех пар приемопередающих антенн.

Канал передачи от передатчика к приемнику представляет собой пространственно-временной канал, описываемый в общем случае по меньшей мере одним импульсным откликом. Часто канальные параметры от одного канала к другому меняются мало, как если бы канальные импульсные отклики отличались только фазой. В таком случае, может быть не нужно выводить оценки импульсных откликов независимо для каждого канала, а вместо этого можно повторно использовать некоторую информацию. Когда каналы коррелированы, можно использовать представление каналов со сниженным рангом. Сниженным рангом называется сниженное число полностью некоррелированных каналов, используемых, чтобы описать линию между передатчиком и приемником. Один способ рассмотреть этот сниженный ранг состоит в снижении ранга канальной ковариационной матрицы, используемой для описания взаимных статистических зависимостей различных канальных импульсных откликов. Отметим, что сниженный ранг можно также реализовать другими измерениями параметров. К примеру, в одном варианте выполнения матрица отсчетов формируется из столбцов, содержащих отсчеты оценок канальных импульсных откликов во времени, при этом сниженный ранг строк такой матрицы отсчетов применяется, как описано здесь. Снижение ранга может выразиться в менее сложном фильтре или демодуляторе, т.е. снизить число фильтров, и/или фильтровых элементов, и/или блоков демодуляции, используемых в приемнике. Более того, снижение числа оцененных параметров, используемых, чтобы характеризовать канал, ведет к повышенной точности канальной модели.

Фиг.1 иллюстрирует конфигурации систем беспроводной связи со множеством передающих антенн Тх. Показаны два тракта: первый тракт "множественный вход - множественный выход" (МнМн) (MIMO) и второй тракт "множественный вход - единственный выход" (МнЕд) (MISO). Конфигурация МнЕд устанавливает множество антенн Тх в связь с единственной антенной Rx. Конфигурация МнМн расширяет это до множества антенн Rx. Канальная модель для одной из систем по фиг.1 иллюстрируется на фиг.2 в соответствии с одним вариантом выполнения, - конкретно, для беспроводной системы, применяющей когерентную демодуляцию, имеющей линию связи между передатчиком и приемником, при этом по меньшей мере передатчик применяет множество антенн. Система 10 беспроводной связи включает в себя передатчик 12 и приемник 16, которые осуществляют связь по эфирному интерфейсу. Канальная модель 14 представляет каналы для пар антенн между передатчиком 12 и приемником 16. Канальная модель 14 рассматривает каналы в линии, такой как линия МнЕд на фиг.1.

Продолжая рассматривать фиг.2, пусть N_Tx - число антенн, используемых в передатчике 12, а N_Rx - число антенн в приемнике 16, соответственно. В общем случае, для каждой значимой задержки в распространении между передатчиком и приемником (N_Tx·N_Rx) каналы передачи существуют для этой пары, при этом для значимой задержки в распространении принятые сигналы с высокой достоверностью похожи на переданные известные сигналы. Иными словами, определяет N_E как число значимых задержек в распространении, называемых также эхо. (N_Tx·N_Rx·N_E) отсчетов канальных импульсных откликов оцениваются затем, чтобы выполнить когерентную демодуляцию. Когда каналы некоррелированы, (N_Tx·N_Rx·N_E) отсчетов канальных импульсных откликов моделируются как полностью некоррелированные случайные процессы, и оценки этих отсчетов канальных импульсных откликов могут выводиться независимо без потери в характеристиках демодуляции. Однако, если (N_Tx·N_Rx·N_E) отсчетов канальных импульсных откликов не являются некоррелированными случайными процессами, эти отсчеты (N_Tx·N_Rx·N_E) канальных импульсных откликов можно моделировать как линейную комбинацию меньшего числа N_Ch отсчетов канальных импульсных откликов, причем N_Ch<(N_Tx·N_Rx·N_E). Такие случаи включают в себя - но не ограничиваются ими - минимальное угловое рассеивание в передатчике и/или приемнике в эффективных каналах вследствие условий распространения. Если N_Ch известно или оценено, а линейное преобразование N_Ch отсчетов канальных импульсных откликов разлагается в (N_Tx·N_Rx·N_E) отсчетов канальных импульсных откликов, то моделирование можно осуществить с N_Ch оценками отсчетов канальных импульсных откликов. Это снижает число параметров, подлежащих оцениванию, увеличивая качество оценивания, что приводит к увеличению характеристик демодуляции. Даже если точное представление линейного преобразования N_Ch отсчетов канальных импульсных откликов в соответствующие (N_Tx·N_Rx·N_E) отсчетов канальных импульсных откликов неизвестно, моделирование все же можно осуществить с оценками N_Ch отсчетов канальных импульсных откликов, если подпространство, охваченное векторами этого линейного преобразования, известно или может быть оценено.

Этот принцип называется "канальная оценка со сниженным рангом". Преобразование N_Ch некоррелированных канальных импульсных откликов в (N_Tx·N_Rx·N_E) коррелированных канальных импульсных откликов может зависеть от факторов, включающих в себя - но не ограниченных ими - конфигурации антенн, комбинации антенн, поляризационные характеристики, условия распространения и т.д. В некоторых случаях преобразование может быть известно заранее, в других случаях его можно вывести или оценить, например, оценкой угла прихода. Подпространство, охваченное линейным преобразованием N_Ch отсчетов канальных импульсных откликов в соответствующие (N_Tx·N_Rx·N_E) отсчетов канальных импульсных откликов, можно определять оцениванием ранга собственных значений (N_Tx·N_Rx·N_E)-мерной ковариационной матрицы (N_Tx·N_Rx·N_E) отсчетов канальных импульсных откликов. Это подпространство можно также определить использованием единственного разложения значений матрицы, содержащей столбцы со всеми (N_Tx·N_Rx·N_E) оценками отсчетов канальных импульсных откликов для разных моментов времени. Отметим, что если отсчеты канальных импульсных откликов искажены известным корреляционным шумом и если эту шумовую корреляцию можно оценить, (N_Tx·N_Rx·N_E) отсчетов канальных импульсных откликов можно сначала отфильтровать декоррелирующим шум фильтром.

В одном варианте выполнения снижающее ранг преобразование известно заранее или оценивается. Иными словами, возможно установить отображение N_Ch каналов в (N_Tx·N_Rx) каналы. Затем канал со сниженным рангом оценивается с помощью установленного преобразования. При желании эквивалентную полноразмерную канальную модель можно вывести затем из оценки со сниженным рангом путем преобразования оценки со сниженным рангом обратно в более высокую размерность.

В альтернативном варианте выполнения снижающее ранг преобразование не известно в явном виде, но подпространство, охваченное этим преобразованием, может быть выделено из доминантных собственных векторов канальной ковариационной матрицы. Отметим, что это подпространство можно назвать сигнальным подпространством или канальным подпространством. Этот процесс включает в себя первое оценивание канальной ковариационной матрицы и нахождение доминантных собственных значений. Путем определения связанных собственных значений, которые охватывают канальное подпространство, процесс проецирует обычную канальную оценку в канальное подпространство, что приводит к канальной модели со сниженным рангом при сниженных ошибках оценки. Если желательно, модель со сниженным рангом может быть преобразована обратно в эквивалентную полноразмерную канальную модель.

Фиг.3 иллюстрирует модель 18 канала МнМн для непрерывного времени, имеющего линейный фильтр 20 МнМн с N_Tx входами и N_Rx выходами. Линейный фильтр 20 МнМн определяется матрицей H(t) размером N_Tx×N_Rx, состоящей из линейных функций h_ij(t), i=1...N_Tx, j=1...N_Rx. В общем случае h_ij(t), i=1...N_Tx, j=1...N_Rx являются неизвестными линейными функциями. Линейный фильтр 20 МнМн представляет (N_Tx·N_Rx) радиоканалов, через которые N_Tx переданных сигналов проходят к N_Rx приемным антеннам. Эти радиоканалы характеризуются их канальными импульсными откликами h_ij(t), i=1...N_Tx, j=1...N_Rx. Входной сигнал x(t) для модели представляет собой вектор столбца (N_Tx×1), представляющий N_Tx ограниченных по полосе передаваемых сигналов, а выходной сигнал y(t) для модели является вектором столбца (N_Rx×1), дискретизированного в моменты t=T, 2T..., как показано ключом Т, когда ширина полосы передаваемого сигнала меньше или равна 1/Т. Принятые сигналы содержат дополнительные сигналы возмущений, представленные вектором z(t) столбца N_Rx×1, введенным вследствие шума или интерференции от соседнего канала. Дополнительные сигналы возмущений суммируются в узлах 22 суммирования. Отношение между входными сигналами x(t), каналами H(t), возмущением z(t) и выходными сигналами y(t) задается уравнением:

где * означает свертку.

Фиг.4 иллюстрирует физическую конфигурацию антенн в передатчике примерного варианта выполнения, смоделированного, как на фиг.2. Способ сниженного ранга применяется, чтобы оценивать линию, представленную канальной моделью 14 и имеющую передатчик 12, выполненный с четырьмя (4) антеннами, разнесенными каждая на расстояние "d". Конкретика конфигурации и модели обсуждаются здесь ниже. Отметим, что процедура оценки выполняется в приемнике 16. Опорное направление задается горизонтальной линией. Углы передачи измеряются относительно этого опорного направления. Угол "α" соответствует углу тракта распространения по отношению к этой опоре в двумерной плоскости, как иллюстрируется. Показан также диапазон углов по отношению к опорному направлению. Для оценки линии в приемнике 16 в системе 10 используется следующий способ.

Фиг.5 иллюстрирует блок-схему алгоритма примерного способа канальной оценки, используемого для обработки сигналов в блоке приемника в соответствии с одним вариантом выполнения. Процесс начинается поиском значимых задержек распространения в канале, т.е. поиском значимых эхо на шаге 40. В одном варианте выполнения процесс включает в себя скользящую корреляцию принятых сигналов с известными переданными сигналами или известными компонентами переданных сигналов. Корреляцией называется степень, в которой принятые сигналы соотносятся с известными переданными сигналами, при этом полная корреляция подтверждает с высоким доверием соответствие между этими сигналами. Для сдвинутых во времени сигналов, когда для сдвига принятых сигналов во времени используются скользящие задержки, результирующая скользящая корреляция предоставляет степень определенности, с которой сдвинутые во времени сигналы похожи на известные переданные сигналы. Таким образом, в контексте беспроводной системы скользящая корреляция относится к синхронизации известных сигналов, переданных Тх антеннами, со сдвинутыми во времени вариантами принятых сигналов. Примерный вариант выполнения канальной оценки со сниженным рангом использует скользящую корреляцию принятых сигналов с известными переданными сигналами, чтобы оценить число N_E и значения τ₁, τ₂, К, τ_Ne значимых задержек распространения, т.е. задержек, для которых принятые сигналы, сдвинутые назад во времени этими задержками, похожи на известные переданные сигналы с большой определенностью. Процедура скользящей корреляции для нахождения значимых задержек распространения в системах МДКР известна также как "поиск".

Способ затем на шаге 42 оценивает параметры для множества обозримых каналов между N_Tx передающими антеннами и N_Rx приемными антеннами. Каналы представляют собой пары соединений радиосети, связывающие по меньшей мере часть от N_Tx передающих антенн с по меньшей мере частью от N_Rx приемных антенн. В примерном варианте выполнения имеется соединение между каждой антенной передатчика 12 и каждой антенной приемника 16, что дает (N_Tx·N_Rx) каналов. Параметрами, описывающими множество каналов, являются те характеристики, которые влияют на импульсные отклики каналов. В предположении, что между передатчиком и приемником существует N_E значимых задержек распространения (эхо), в качестве набора параметров, описывающих множество каналов, могут использоваться (N_Tx·N_Rx·N_E) комплексных отсчетов (N_Tx·N_rx) канальных импульсных откликов. Этот набор параметров обозначается вектором ((N_Tx·N_Rx·N_E)×1), выраженным здесь как h. Соотношение между x(t), h, z(t) и y(t) раскрывается ниже.

Когда τ₁, τ₂, К, τ_Ne являются значимыми задержками распространения между передатчиком и приемником, модель, описываемая уравнением (1), может быть выражена как

Это можно преобразовать в

где ⊗ означает произведение кронекеровых тензоров, I^(NRx) есть матрица идентичности размером (N_rx×N_rx), а вектор h получается из матрицы H(t) так, что поддерживается

Вектор h_total(τ_e) размером ((N_Tx·N_Rx)×1) состоит из элементов матрицы H(t), взятых в качестве отсчетов в момент τ_e, со всеми столбцами H(τ_e), расположенными на верху друг друга в векторе h_total(τ_e), что обозначается оператором vect{H(τ_e)} в уравнении (5), т.е. h_total(τ_e) задается уравнением

Поскольку выходные сигналы y(t) дискретизируются с частотой дискретизации 1/Т, векторы, содержащие дискретные по времени отсчеты, могут представлять сегменты конечной длительности непрерывных по времени сигналов. Для простоты принятые сигналы y(t) описываются здесь дискретным во времени представлением на конечном интервале времени t=0, T, K, (N_T-1)T, где N_T есть число отсчетов, взятых по времени. Поэтому используются нижеследующие аббревиатуры. Каждый дискретный во времени переданный сигнал в антенне n, задержанный на τ, задается вектором

При этом матрица, описывающая все дискретные во времени переданные сигналы, задержанные на τ, задается уравнением

Матрица А описывает все дискретные во времени переданные сигналы, имеющие значимые задержки.

Вектор, описывающий каждый дискретный во времени сигнал возмущений в антенне n, задается уравнением

а вектор всех дискретных во времени сигналов возмущений задается уравнением

Вектор дискретного во времени принятого сигнала в антенне n задается уравнением

а вектор всех дискретных во времени принятых сигналов задается уравнением

Используя приведенные выше аббревиатуры, дискретный во времени выходной сигнал показанной на фиг.3 модели 18 канала МнМн по периоду времени от t=0, T, K, (N_T-1)T, может быть сведен к простой модели

Второй шаг в блок-схеме алгоритма по фиг.5 на шаге 42 состоит в том, чтобы неоднократно обрабатывать оценки для набора параметров, характеризующих множество каналов между передатчиком и приемником. Для вышеописанного математического представления канальной модели это может быть эквивалентно обрабатывающим оценкам h⁽ⁿ⁾, n=1K N_h вектора h в уравнении (14) для N_h различных точек во времени. Обычная модель использует корреляцию принятых сигналов, сдвинутых назад во времени за определенные задержки, с известными переданными сигналами, такими как пилот-сигналы, конкретные для передающих антенн, или заранее заданные обучающие последовательности. Когда значимые задержки τ₁, τ₂, К, τ_Ne уже определены на шаге 40, примерный вариант выполнения канальной оценки со сниженным рангом использует корреляцию известных переданных сигналов с вариантами принятых сигналов, сдвинутых назад во времени на τ₁, τ₂, К, τ_Ne, чтобы выработать канальную модель, такую как канальная модель 14 на фиг.2, характеризуемую вектором h. Если шумовой вектор h представляет пространственные и временные возмущения типа белый шум, причем шумовая ковариационная матрица задается выражением R_n=〈nn^Н〉=σ²·I^(NRx·NRт), и если матрица А состоит из заранее известных сигналов, таких как пилот-символы системы МДКР, канальные оценки, полученные корреляцией, могут быть описаны как

Если шумовой вектор h не представляет пространственного и временного возмущения типа белый шум, канальные оценки, полученные корреляцией, могут быть описаны как

Отметим, что R_n может быть известно заранее или может оцениваться из принятых сигналов. Канальная оценка уравнения (16) содержит вектор A^HR_n ^-1h с ковариационной матрицей R_p=A^HR_n ^-1A. Эта ковариационная матрица в общем случае не является диагональной, т.е. компоненты вектора возмущения, содержащиеся в h, в общем случае коррелированы. Если R_p известно или может быть оценено, компоненты вектора возмущения, содержащегося в h, могут быть декоррелированы посредством преобразования h с помощью R_p ^-1/2. Это предполагается в нижеследующем, причем поддерживается

Как показано на фиг.5, ковариационная матрица канальных параметров оценивается на шаге 44. Ковариация измеряет расхождение одной случайной переменной по отношению к другой. В данном случае ковариационная матрица описывает расхождение разных канальных параметров по отношению друг к другу. Согласно вышеописанному математическому представлению канальной модели шаг 44 соответствует обработке оценки R_h ковариационной матрицы R_h=〈h·h^H〉. Такая оценка может задаваться уравнением

Если канал МнМн имеет сниженный ранг, причем N_Ch<(N_Tx·N_Rx·N_E), то (N_Tx·N_Rx·N_E) отсчетов импульсных откликов канала МнМн можно описать как линейную комбинацию из N_Ch некоррелированных отсчетов канальных импульсных откликов. Канальный вектор h может моделироваться как линейное преобразование канального вектора g сниженной размерности, причем

и при этом В есть матрица размером ((N_Tx·N_Rx·N_E)×N_Ch), описывающая это линейное преобразование. Как задано выше, вектор g есть вектор размером (N_Ch×1) с некоррелированными компонентами, т.е. R_g=〈g·g^H〉 является диагональной матрицей размера (N_Ch×N_Ch). В этом случае канальная ковариационная матрица задается уравнением

Как следствие, ранг канальной ковариационной матрицы R_h равен N_Ch. При заданном (20) и в предположении, что корреляция согласно (17) используется для того, чтобы вывести оценки h канальных импульсных откликов, ковариационная матрица вектора h задается уравнением

Вследствие сниженного ранга N_Ch матрицы R_h декомпозиция собственных значений

дает только N_Ch ненулевых собственных значений, причем Δ есть диагональная матрица, содержащая собственные значения, а Е есть квадратная матрица, содержащая собственные значения R_p ^1/2H B·R_g·B^H R_p ^1/2. При (21) и (22) оценка R_h ковариационной матрицы может быть выражена так

т.е. R_h разделяет собственные значения с R_p ^1/2H B·R_g·B^H R_p ^1/2. Поскольку Λ является диагональной матрицей только с N_Ch ненулевых элементов, (N_Tx·N_Rx·N_E) - N_Ch собственных значений в оценке R_h постоянны, а N_Ch собственных значений в оценке R_h больше, чем предыдущие. Эти большие собственные значения называются доминантными собственными значениями в результате. При диагональной матрице Λ_С, содержащей все доминантные собственные значения ковариационной матрицы оцениваемого канала, матрице Е_С, содержащей соответствующие собственные векторы, и при матрице E_N, содержащей оставшиеся собственные векторы, (23) становится

Поэтому матрица Е_С содержит собственные векторы, охватывающие канальное или сигнальное подпространство.

Оцениваемая ковариационная матрица R_h ранжируется затем на шаге 46, что означает, что оценивается число доминантных собственных векторов. Этот ранг сравнивается с максимальным значением "МАХ" на шаге 48. Значение МАХ равно общему числу оцененных канальных параметров в векторе h. Иными словами, МАХ равно (N_Tx·N_Rx·N_E). Поскольку многие механизмы, влияющие на корреляцию, такие как направленность трактов распространения, не изменяются быстро во времени, корреляционные характеристики могут быть оценены путем усреднения по достаточно длинным временным интервалам по сравнению с обратной величиной от частоты фединга в канале(-ах).

Ранг ковариационной матрицы определяет, могут ли (N_Tx·N_Rx·N_E) канальных параметров, описывающих (N_Tx·N_Rx) существующих каналов передачи, моделироваться как линейная комбинация меньшего числа N_Ch эквивалентных некоррелированных канальных параметров. Если сниженный ранг доступен, канальное подпространство Е_С оцениваемой ковариационной матрицы R_h выводится на шаге 52. Отметим, что вместо использования оцениваемой ковариационной матрицы R_h ранг R_h и канальное подпространство Е_С также могут выводиться из матрицы оценок канальных параметров

с помощью декомпозиции сингулярных значений.

При канальном подпространстве Е_С векторы канальных параметров сниженной размерности оцениваются на шаге 54 согласно

эффективно проецируя исходно оцененные канальные параметры в канальное подпространство. Это проецирование в канальное подпространство снижает ошибку оценки. Если в приемнике используется демодулятор пониженной сложности, который использует канал сниженного ранга, т.е. учитывает при демодуляции только сниженное число канальных параметров, оценки (26) могут быть непосредственно использованы в демодуляторе для когерентной демодуляции. Иными словами, обработка перейдет от шага 54 прямо к шагу 58, либо, как минимум, шаг 58 будет использовать оценки со сниженным рангом.

Если должен использоваться обычный приемник, спроектированный для полноранговой канальной модели, оценки g⁽ⁿ⁾ можно преобразовать назад в полноразмерное пространство на шаге 56 согласно

причем коэффициент R_p ^-1/2H используется, чтобы сделать оценку несмещенной. Отметим, что оценка канального подпространства Е_С может обновляться непрерывно за счет использования скользящего временного окна для оценок R_h или X_h соответственно. Это исключает задержки ожидания нового полного набора отсчетов путем использования части предыдущего набора отсчетов с инкрементно сдвинутыми во времени новыми значениями.

Если снижение ранга невозможно, обработка продолжается, чтобы испо