Способ и устройство для выбора виртуальных антенн

Способ и устройство для выбора виртуальных антенн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет предварительных заявок США №60/710,371 на "СПОСОБ ВЫБОРОЧНОЙ ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ ПЕРЕСТАНОВКИ ВИРТУАЛЬНЫХ АНТЕНН", поданной 22 августа 2005 года, и №60/711,144 на "СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗНЕСЕНИЯ АНТЕНН В СИСТЕМАХ СВЯЗИ СО МНОГИМИ ВХОДАМИ И МНОГИМИ ВЫХОДАМИ", поданной 24 августа 2005 года, и заявки США №11/261,823 на "СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАЗНЕСЕНИЯ АНТЕНН В БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ", поданной 27 октября 2005 года, и переуступленных правопреемнику настоящей заявки и включенных в нее посредством ссылки.

Область техники

Настоящее раскрытие в целом имеет отношение к средствам связи и, более определенно, к технологиям для передачи данных в беспроводной системе связи.

Уровень техники

В беспроводной системе связи передающее устройство (например, базовая станция или терминал) может использовать множество (T) передающих антенн для передачи данных на принимающее устройство, оборудованное множеством (R) приемных антенн. Множество передающих и приемных антенн могут использоваться для увеличения пропускной способности и/или улучшения надежности. Например, передающее устройство может передавать T символов одновременно от T передающих антенн, чтобы улучшить пропускную способность. С другой стороны, передающее устройство может передавать один и тот же символ с избыточностью от всех T передающих антенн, чтобы улучшить прием принимающим устройством.

Передача от каждой передающей антенны вызывает помехи передачам от других передающих антенн. В некоторых случаях можно получить улучшенные характеристики, передавая меньше, чем T символов, одновременно от T передающих антенн. Это может быть достигнуто путем выбора подмножества из T передающих антенн и передачи меньше, чем T символов, от выбранного подмножества передающих антенн. Передающая антенна(ы), которая не используется для передачи, не вызывает помехи в передающей антенне (антеннах), которая используется для передачи. Следовательно, могут быть получены улучшенные характеристики для выбранного подмножества передающих антенн.

Каждая передающая антенна обычно сопоставляется с определенной пиковой мощностью передачи, которая может использоваться для этой антенны. Пиковая мощность передачи может определяться усилителем мощности, использующимся для передающей антенны, регулирующими ограничивающими условиями и/или другими факторами. Для каждой передающей антенны, которая не используется для передачи, мощность передачи для этой антенны по существу растрачивается впустую.

Таким образом, в данной области техники существует потребность в технологиях для более эффективного использования мощности передачи, доступной для передающих антенн.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем описании излагаются технологии для передачи данных от виртуальных антенн вместо физических антенн. Физическая антенна является антенной, применяемой для излучения сигнала. Обычно физическая антенна имеет ограниченную максимальную мощность передачи, которая часто определяется соотнесенным усилителем мощности. Виртуальная антенна является антенной, от которой могут быть переданы данные. Виртуальная антенна может соответствовать лучу, сформированному с помощью объединения множества физических антенн посредством вектора коэффициентов или весов. Множество виртуальных антенн могут быть сформированы множеством физических антенн так, что каждая виртуальная антенна отображается на некоторые или на все физические антенны с помощью различных отображений, которые описаны ниже. Виртуальные антенны обеспечивают возможность эффективного использования имеющейся мощности передачи физических антенн.

Согласно одному аспекту, оценивается характеристика различных наборов, по меньшей мере, из одной виртуальной антенны, и выбирается для использования набор из виртуальной антенны (антенн) с наилучшей характеристикой. Характеристика может количественно определяться различными показателями, такими как качество сигнала, пропускная способность, общая скорость, и так далее. В варианте осуществления оценивается множество гипотез на основании, по меньшей мере, одного показателя. Каждая гипотеза соответствует отличающемуся набору, по меньшей мере, из одной виртуальной антенны. Гипотеза с наилучшей характеристикой (например, с самыми высокими качеством сигнала, пропускной способностью или общей скоростью) выбирается из числа всех оцениваемых гипотез. Если выбор виртуальной антенны выполняется принимающим устройством, то информация о состоянии канала для выбранной виртуальной антенны (антенн) может быть передана на передающее устройство. Информация о состоянии канала может переносить различные виды информации, например, о выбранной виртуальной антенне (антеннах), качестве сигнала или скорости (скоростях) для выбранной виртуальной антенны (антенн), одну или более матриц, используемых для формирования выбранной виртуальной антенны (антенн), и так далее. Передающее устройство и/или принимающее устройство могут использовать выбранную виртуальную антенну (антенны) для передачи данных.

Ниже более подробно описываются различные аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Признаки и сущность настоящего изобретения станут более наглядными из детального описания, излагаемого ниже, при рассмотрении в сочетании с чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых элементов на всех чертежах.

Фиг.1 показывает структурную схему передающего устройства и принимающего устройства.

Фиг.2 показывает структурную схему устройства пространственной обработки передачи.

Фиг.3 показывает модель передачи для виртуальной антенны.

Фиг.4A и 4B показывают две иллюстративные передачи от виртуальных антенн.

Фиг.5 показывает выбор виртуальной антенны для четырех виртуальных антенн.

Фиг.6 показывает пример распределения мощности по принципу «заполнения водой».

Фиг.7 показывает технологический процесс для выбора и использования виртуальных антенн.

Фиг.8 показывает устройство для выбора и использования виртуальных антенн.

Фиг.9 показывает технологический процесс для передачи данных от виртуальных антенн.

Фиг.10 показывает устройство для передачи данных от виртуальных антенн.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Слово "иллюстративный" используется в настоящем описании, чтобы обозначить "служащий примером, вариантом или иллюстрацией". Любой вариант осуществления или образец, охарактеризованный в настоящем описании как "иллюстративный", не должен обязательно истолковываться как предпочтительный или выгодный перед другими вариантами осуществления или образцами.

Фиг.1 показывает структурную схему варианта осуществления передающего устройства 110 и принимающего устройства 150 в системе 100 связи. Передающее устройство 110 оборудовано множеством (T) антенн, а принимающее устройство 150 оборудовано множеством (R) антенн. Каждая передающая антенна и каждая приемная антенна может быть физической антенной или антенной решеткой. Для передачи по нисходящей линии связи (или прямой линии связи) передающее устройство 110 может быть частью базовой станции, узла доступа, Узла B и/или какого-то другого сетевого объекта и может содержать некоторые или все их функциональные средства. Принимающее устройство 150 может быть частью мобильной станции, пользовательского терминала, пользовательского оборудования и/или какого-то другого устройства и может содержать некоторые или все их функциональные средства. Для передачи по восходящей линии связи (или обратной линии связи) передающее устройство 110 может быть частью мобильной станции, пользовательского терминала, пользовательского оборудования и так далее, а принимающее устройство 150 может быть частью базовой станции, узла доступа, Узла B и так далее.

В передающем устройстве 110 устройство 120 обработки данных передачи принимает данные трафика от источника 112 данных и обрабатывает (например, форматирует, кодирует, выполняет перемежение и отображение символов) данные трафика, чтобы сгенерировать символы данных. В том смысле, в каком это используется в настоящем описании, символ данных представляет собой модуляционный символ для данных, пилотный символ является модуляционным символом для пилотного сигнала, модуляционный символ является комплексным значением для точки в сигнальном созвездии (например, для М-ФМ (M-чная фазовая манипуляция) или М-КАМ (M-чная квадратурная амплитудная модуляция)), и символ обычно является комплексной величиной. Пилотный сигнал представляет собой данные, которые заранее известны и передающему устройству, и принимающему устройству, и могут также именоваться как обучающий, опорный сигнал, преамбула и так далее. Устройство 130 пространственной обработки передачи мультиплексирует символы данных с пилотными символами, выполняет пространственную обработку на мультиплексированных данных и пилотных символах и предоставляет T потоков символов передачи для T передающих модулей 132a-132t. Каждый передающий модуль 132 обрабатывает (например, модулирует, преобразует в аналоговое представление, фильтрует, усиливает и преобразует с повышением частоты) свой поток символов передачи и генерирует модулированный сигнал. T модулированных сигналов от передающих модулей 132a-132t передаются от антенн 134a-134t соответственно.

В принимающем устройстве 150 R антенн 152a-152r принимают T модулированных сигналов, и каждая антенна 152 предоставляет принятый сигнал на соответствующий принимающий модуль 154. Каждый принимающий модуль 154 обрабатывает свой принятый сигнал методом, являющимся комплиментарным к обработке, выполненной передающими модулями 132, чтобы получить принятые символы, предоставляет принятые символы для данных трафика на устройство 160 пространственной обработки приема и предоставляет принятые символы для пилотного сигнала на канальное обрабатывающее устройство 194. Канальное обрабатывающее устройство 194 оценивает отклик MIMO-канала от передающего устройства 110 к принимающему устройству 150 на основании принятых символов для пилотного сигнала (и, возможно, принятых символов для данных трафика) и предоставляет оценки канала на устройство 160 пространственной обработки приема. Устройство 160 пространственной обработки приема выполняет обнаружение на принятых символах для данных трафика, используя оценки канала, и предоставляет оценки символов данных. Устройство 170 обработки данных приема дополнительно обрабатывает (например, выполняет обращенное перемежение и декодирует) оценки символов данных и предоставляет декодированные данные на накопитель 172 данных.

Принимающее устройство 150 может оценивать условия канала и может передавать информацию о состоянии канала на передающее устройство 110. Информация о состоянии канала может указывать, например, конкретный набор, по меньшей мере, из одной виртуальной антенны для использования при передаче, одну или более матрицы, используемые для формирования выбранной виртуальной антенны (антенн), одну или более скоростей или форматов пакета для использования при передаче, качество сигнала для выбранной виртуальной антенны (антенн), символы квитирования (ACK) и/или символы негативного квитирования (NAK) для пакетов, декодированных принимающим устройством 150, другие виды информации, или любую их комбинацию. Информация о состоянии канала обрабатывается (например, кодируется, подвергается перемежению и отображению символов) устройством 180 обработки сигнализации передачи, подвергается пространственной обработке устройством 182 пространственной обработки передачи и дополнительно обрабатывается передающими модулями 154a-154r для генерирования R модулированных сигналов, которые передаются через антенны 152a-152r.

В передающем устройстве 110 R модулированных сигналов принимаются антеннами 134a-134t, обрабатываются принимающими модулями 132a-132t, подвергаются пространственной обработке устройством 136 пространственной обработки приема и дополнительно обрабатываются (например, подвергаются обращенному перемежению и декодируются) устройством 138 обработки сигнализации приема для восстановления информации о состоянии канала. Управляющее/обрабатывающее устройство 140 управляет передачей данных на принимающее устройство 150 исходя из информации о состоянии канала. Канальное обрабатывающее устройство 144 может оценивать отклик MIMO-канала от принимающего устройства 150 на передающее устройство 110 и может предоставлять существенную информацию, используемую для передачи данных на принимающее устройство 150.

Управляющие/обрабатывающие устройства 140 и 190 управляют операциями в передающем устройстве 110 и принимающем устройстве 150 соответственно. Запоминающие устройства 142 и 192 хранят данные и программные коды для передающего устройства 110 и принимающего устройства 150 соответственно.

Технологии, изложенные в настоящем описании, могут использоваться для различных беспроводных систем связи, таких как система Множественного Доступа с Частотным Разделением (FDMA), система Множественного Доступа с Кодовым Разделением (CDMA), система Множественного Доступа с Временным Разделением (TDMA), система Множественного Доступа с Пространственным Разделением (SDMA), система Множественного Доступа с Ортогональным Частотным Разделением (OFDMA), система Множественного Доступа с Частотным Разделением и Одной Несущей (SC-FDMA), и так далее. Система OFDMA использует Мультиплексирование с Ортогональным Разделением Частот (OFDM). OFDM и SC-FDMA разделяют полную ширину полосы системы на множество (K) ортогональных поднесущих, которые также именуются тонами, элементами дискретизации, и так далее. Каждая поднесущая может модулироваться данными. Обычно модуляционные символы передаются в частотной области в случае OFDM и во временной области в случае SC-FDMA.

1. Обработка в Передающем Устройстве

Передающее устройство может передавать один или более выходных символов одновременно от T передающих антенн на каждой поднесущей в каждом периоде символа. Каждый выходной символ может быть модуляционным символом для OFDM, частотно-временным символом для SC-FDMA или какой-нибудь другой комплексной величиной. Передающее устройство может передавать выходные символы, используя различные схемы передачи.

В варианте осуществления передающее устройство обрабатывает выходные символы для передачи следующим образом:

x(k)=U·P(k)·G·s(k),

Ур. (1)

где

s(k)=[s₁(k) s₂(k) … s_V(k)]^T является V×1 вектором, состоящим из V выходных символов, для передачи на поднесущей k в одном периоде символа,

G является диагональной V×V матрицей, состоящей из коэффициентов усиления для V выходных символов,

P(k) является T×V матрицей перестановок для поднесущей k,

U=[u ₁ u ₂ … u _T] является ортонормированной Т×Т матрицей,

x(k)=[x₁(k) x ₂(k) … x _T(k)]^T является Т×1 вектором, состоящим из T символов передачи, для передачи от T передающих антенн на поднесущей k в одном периоде символа, и

"^T" обозначает транспонирование.

Для упрощения в настоящем описании предполагается, что средняя мощность каждого элемента s_i(k) в векторе s(k) равна единице. Уравнение (1) применяется для одной поднесущей k. Передающее устройство может выполнять такую же обработку для каждой поднесущей, используемой для передачи.

T представляет собой число передающих антенн. Кроме того, T также является числом виртуальных антенн, доступных для использования и сформированных T столбцами ортонормированной матрицы U. Виртуальные антенны также могут называться эффективными антеннами или с использованием какой-нибудь другой терминологии. V является числом выходных символов, передаваемых одновременно на одной поднесущей в одном периоде символа. Кроме того, V является числом виртуальных антенн, используемых для передачи. В общем случае, 1≤V≤min{T, R}. V может быть конфигурируемым параметром, который может выбираться, как описано ниже.

Хотя это не показано в уравнении (1), передающее устройство может применять разнесение с циклическими задержками, чтобы улучшить избирательность по частоте виртуальных антенн. Разнесение с циклическими задержками может быть реализовано (1) в частотной области, путем применения различных линейных изменений фазы на K поднесущих каждой передающей антенны, или (2) во временной области, путем применения T различных циклических задержек для T передающих антенн. Для упрощения ниже приводится описание для варианта осуществления, показанного в уравнении (1), без разнесения с циклическими задержками.

В уравнении (1) матрица G коэффициентов усиления определяет величину мощности передачи для использования по отношению к каждому из V выходных символов, передаваемых одновременно. В варианте осуществления задается такая матрица коэффициентов усиления, что суммарная мощность передачи P_total для T передающих антенн используется для передачи независимо от числа передаваемых выходных символов, т.е. независимо от величины V. В варианте осуществления суммарная мощность передачи равномерно или поровну распределяется по V выходным символам, а матрица коэффициентов усиления может быть задана следующим образом:

,

Ур. (2)

где I является единичной матрицей, а P_tx является максимальной энергией передачи для каждой передающей антенны. Уравнение (2) предполагает, что все K поднесущие используются для передачи. В этом варианте осуществления для каждого выходного символа может использоваться большая мощность передачи, если передается меньше выходных символов. В других вариантах осуществления суммарная мощность передачи может распределяться неравномерно или неровно по V выходным символам.

Матрица P(k) перестановок выбирает V конкретных виртуальных антенн (или V конкретных столбцов матрицы U), чтобы использовать для поднесущей k из числа T доступных виртуальных антенн. Матрица перестановок может задаваться различными способами, что описано ниже. Такие же или отличающиеся матрицы перестановок могут использоваться для K поднесущих.

Ортонормированная матрица U характеризуется свойством U ^H·U=I, где U ^H представляет собой сопряженное транспонирование матрицы U. T столбцов матрицы U являются ортогональными друг к другу, и каждый столбец обладает единичной мощностью. В варианте осуществления матрица U задается так, что сумма квадратов амплитуд T элементов в каждой строке равна постоянной величине. Это свойство приводит к равной мощности передачи, используемой для всех T передающих антенн. Кроме того, матрица U может быть унитарной матрицей, которая характеризуется свойством U ^H·U=U·U ^H=I.

Для формирования виртуальных антенн могут использоваться различные ортонормированные и унитарные матрицы. В варианте осуществления для матрицы U используется Т×Т матрица W Уолша/Адамара. В другом варианте осуществления для матрицы U используется Т×Т матрица F Фурье. В еще одном варианте осуществления матрица U образована как U=Λ·F, где Λ является диагональной матрицей, составленной из T масштабированных значений для T строк матрицы F. Например, Λ может быть задана в виде , где θ_t для t=1, …, T-1 могут быть случайными фазами, которые изменяют пространственные направления, описываемые столбцами матрицы F. В еще одном варианте осуществления матрица U является ортонормированной матрицей с псевдослучайными элементами. Также для матрицы U могут использоваться различные другие матрицы.

В варианте осуществления единственная ортонормированная матрица U используется для всех K поднесущих во всех периодах символа. В этом варианте осуществления U не является функцией индекса k поднесущей или индекса n символа. В другом варианте осуществления разные ортонормированные матрицы используются для разных поднесущих. В еще одном варианте осуществления разные ортонормированные матрицы используются для разных наборов поднесущих, которые могут назначаться разным пользователям. В еще одном варианте осуществления разные ортонормированные матрицы используются для разных временных интервалов, причем каждый временной интервал может охватывать единственный или множество периодов символов. В еще одном варианте осуществления для использования выбираются одна или более ортонормированных матриц из набора ортонормированных матриц, доступных для использования. В общем случае данные и пилотный сигнал могут передаваться, используя одну или более ортонормированных матриц так, что принимающее устройство в состоянии оценивать отклик канала на основании пилотного сигнала и использовать оценку канала для восстановления данных, переданных на принимающее устройство.

Ортонормированная матрица (например, матрица Уолша/Адамара или матрица Фурье) может быть выбрана для использования без знания отклика MIMO-канала. Также ортонормированная матрица может быть выбрана на основании знания отклика MIMO-канала и в этом случае может именоваться как матрица предварительного кодирования. Матрица предварительного кодирования может выбираться принимающим устройством и указываться передающему устройству или может выбираться передающим устройством в системе дуплексной связи с временным разделением.

Фиг.2 показывает вариант осуществления устройства 130 пространственной обработки передачи, которое выполняет обработку, показанную в уравнении (1). Устройство 130 пространственной обработки передачи включает в себя модуль 210 масштабирования мощности, модуль 220 отображения символа на виртуальную антенну и модуль 230 пространственного отображения. В модуле 210 V множительных устройств 212a-212v принимают V выходных символов s₁(k)-s_V(k), соответственно, в вектор s(k), умножают эти выходные символы на коэффициенты усиления g₁-g_V, соответственно, из матрицы G коэффициентов усиления и предоставляют V масштабированных символов. Множительные устройства 212a-212v выполняют матричное умножение G·s(k).

В варианте осуществления, показанном на Фиг.2, каждый масштабированный символ отображается на одну виртуальную антенну модулем 220. V виртуальные антенны a₁-a_V выбираются для использования из числа T доступных виртуальных антенн 1-T, где a₁, a₂, … a_V ∈ {1, …, T}. Модуль 220 включает в себя V устройств 222a-222v мультиплексирования. Каждое устройство 222 мультиплексирования принимает V масштабированных символов от множительных устройств 212a-212v и предоставляет один из V масштабированных символов на своем выходе. Устройства 222a-222v мультиплексирования выполняют матричное умножение на T×V матрицу P(k) перестановок и предоставляют V отображенных символов для V выбранных виртуальных антенн и T-V нулевых символов, которые не учитываются. В других вариантах осуществления масштабированный выходной символ может отображаться на множество виртуальных антенн.

Модуль 230 умножает каждый отображенный символ на соответствующий столбец матрицы U и генерирует вектор для этого символа. Модуль 230 включает в себя V наборы 232a-232v множительных устройств для V виртуальных антенн и T суммирующих устройств 236a-236t для T передающих антенн. Каждый набор 232 множительных устройств включает в себя T множительных устройств 234 для T передающих антенн. Отображенный символ для виртуальной антенны a₁ умножается на T элементов столбца матрицы U с помощью T множительных устройств 234aa-234at, чтобы сгенерировать вектор с T элементами. Эти T элементов указывают компоненты этого отображенного символа для T передающих антенн. Отображенный символ для каждой остающейся виртуальной антенны умножается на соответствующий столбец матрицы U, чтобы сгенерировать вектор для этого отображенного символа. Суммирующее устройство 236a суммирует выходные данные V множительных устройств 234aa-234va и генерирует символ передачи x₁(k) для передающей антенны 1. Каждое из остальных суммирующих устройств 236 суммирует выходные данные соответствующего набора V множительных устройств 234 и генерирует символ передачи для своей передающей антенны. Суммирующие устройства 236a-236t предоставляют T символов передачи x₁(k)-x_T(k) в векторе x(k) для T передающих антенн. Множительные устройства 234 и суммирующие устройства 236 выполняют матричное умножение на матрицу U.

Как показано на Фиг.2, каждый отображенный символ передается от одной виртуальной антенны, но от всех T передающих антенн. Получают V векторов для передачи V отображенных символов на V выбранных виртуальных антенн. Эти V векторов суммируются для генерирования вектора x(k) символа передачи.

Фиг.3 показывает модель 300 для схемы передачи, задаваемой уравнением (1). Устройство 130 пространственной обработки передачи в принимающем устройстве принимает вектор s(k) выходного символа для каждых поднесущей и периода символа. В устройстве 130 пространственной обработки передачи модуль 210 масштабирования мощности умножает вектор s(k) выходного символа на матрицу G коэффициентов усиления. Модуль 220 отображения символа на виртуальную антенну уменьшает вектор масштабированного символа на матрицу P(k) перестановок и генерирует Т×1 вектор, составленный из V отображенных символов, которые будут переданы через V выбранных виртуальных антенн, и T-V нулевых символов, которые не учитываются. Модуль 230 пространственного отображения умножает подвергнутый перестановке вектор символов на ортонормированную матрицу U и генерирует вектор x(k) символов передачи. Вектор x(k) символов передачи передается от T передающих антенн и через MIMO-канал 250 на R приемных антенн в принимающем устройстве.

Принятые символы в принимающем устройстве могут быть выражены как:

r(k) = H(k)·x(k)+n(k),= H(k)·U·P(k)·G·s(k)+n(k),= H virtual(k)·P(k)·G·s(k)+n(k),= H used(k)·s(k)+n(k),

Ур. (3)

где

H(k) является R×T матрицей фактических откликов MIMO-каналов для поднесущей k,

H _virtual(k) является R×T матрицей виртуальных откликов MIMO-каналов для поднесущей k,

H _used(k) является R×V матрицей используемых откликов MIMO-каналов для поднесущей k,

r(k) является R×1 вектором, составленным из R символов, принятых от R приемных антенн на поднесущей k в одном периоде символа, и

n(k) является R×1 вектором помех для поднесущей k. Для упрощения можно допустить, что помехи представляют собой аддитивный белый гауссовский шум (AWGN) с нулевым вектором средних значений и ковариационной матрицей вектора n(k) = I, где является дисперсией помехи.

Матрицы виртуальных и используемых откликов MIMO-каналов могут быть заданы как:

H virtual(k) = H(k)·U,= [H(k)·u 1 H(k)·u 2 … H(k)·u T],	Ур. (4)
H used(k) = H virtual(k)·P(k)·G,= [H(k)··g1 H(k)··g2 … H(k)··gV],	Ур. (5)

где

u _t, для t=1, …, T, является t-м столбцом матрицы U для t-й доступной виртуальной антенны,

, для v=1, …, V, является столбцом матрицы U для v-й используемой виртуальной антенны,

diag {G}={g₁ g₂ … g_V} являются коэффициентами усиления V потоков данных, отправленных от V используемых виртуальных антенн, и

.

T передающих антенн соотносятся с T векторами h ₁(k)-h _T(k) фактических откликов каналов. T доступных виртуальных антенн соотносятся с T векторами h _virtual,1(k)=H(k)·u ₁-h _virtual,T(k)=H(k)·u _T виртуальных откликов каналов. Каждый вектор h _virtual,t(k) формируется полной матрицей H(k) фактических откликов MIMO-каналов.

Как показано в уравнении (4) и проиллюстрировано на Фиг.3, виртуальный MIMO-канал с T виртуальными антеннами формируется ортонормированной матрицей U. Используемый MIMO-канал формируется с помощью V виртуальных антенн, которые используются для передачи. Умножение H(k) на матрицу U не изменяет статистические свойства H(k). Следовательно, фактический MIMO-канал H(k) и виртуальный MIMO-канал H _virtual(k) имеет подобные характеристики. Однако умножение на матрицу U учитывает полное использование суммарной мощности передачи для всех T передающих антенн. Пиковая мощность передачи для каждой передающей антенны может быть обозначена как P_tx и суммарная мощность передачи для T передающих антенн может быть обозначена как P_total = T·P_tx. Если V выходных символов передаются от V передающих антенн без умножения на матрицу U, то каждая передающая антенна, которая выключена, приводит к тому, что мощность передачи P_tx для этой передающей антенны расходуется впустую. Однако, если V выходных символов передаются от V виртуальных антенн с умножением на матрицу U, то каждый выходной символ передается от всех T передающих антенн, при этом может использоваться полная мощность передачи P_tx для каждой передающей антенны независимо от числа виртуальных антенн, выбранных для использования, и суммарная мощность передачи P_total для всех T передающих антенн может быть распределена по V виртуальным антеннам.

Для схемы передачи, показанной в уравнении (1), R×T MIMO-система эффективно приводится к R×V MIMO-системе. Передающее устройство представляется, как будто оно имеет V виртуальных антенн, а не T передающих антенн, где 1≤V≤T.

Передающее устройство может передавать V потоков данных по V выбранным виртуальным антеннам. V выбранные виртуальные антенны могут сопоставляться с разными значениями качества сигналов и могут иметь разные мощности передачи. В варианте осуществления каждый поток данных передается от соответствующей виртуальной антенны. Для каждого потока данных может быть выбрана подходящая скорость исходя из пропускной способности виртуальной антенны, используемой для этого потока данных. В другом варианте осуществления каждый поток данных передается через все V выбранные виртуальные антенны для достижения сходной характеристики для всех V потоков данных. Если для передачи доступна единственная поднесущая, то каждый поток данных может быть передан от V выбранных виртуальных антенн в разные периоды символа. Если для передачи доступно множество поднесущих, то каждый поток данных может быть передан от V выбранных виртуальных антенн на разных поднесущих. Если каждый поток данных передается от всех V выбранных виртуальных антенн, то может быть выбрана единая скорость для всех V потоков данных исходя из средней пропускной способности для V выбранных виртуальных антенн.

Фиг.4A показывает вариант осуществления передачи двух потоков данных от двух виртуальных антенн. В этом варианте осуществления доступны четыре виртуальные антенны, виртуальные антенны 2 и 4 выбираются для использования, а виртуальные антенны 1 и 3 не используется. Выходные символы для потока 1 данных передаются от виртуальной антенны 2 на всех K поднесущих. Выходные символы для потока 2 данных передаются от виртуальной антенны 4 на всех K поднесущих.

В варианте осуществления, показанном на Фиг.4A, может использоваться единственная матрица перестановок для всех K поднесущих, которая может быть определена следующим образом:

, для k=1, …, K

Ур. (6)

Каждая строка матрицы P(k) перестановок соответствует одной доступной виртуальной антенне, и каждый столбец матрицы P(k) соответствует одному потоку данных. Для каждой виртуальной антенны, которая не используется для передачи, соответствующая строка матрицы P(k) состоит только из нолей. Для каждого потока данных соответствующий столбец матрицы P(k) содержит элемент '1' для виртуальной антенны, используемой для этого потока данных.

Фиг.4B показывает вариант осуществления циклической передачи трех потоков данных через K поднесущих трех виртуальных антенн. В этом варианте осуществления доступны четыре виртуальные антенны, причем виртуальные антенны 1, 3 и 4 выбираются для использования, а виртуальная антенна 2 не используется. Выходные символы для потока 1 данных передаются от виртуальной антенны 1 на поднесущих 1, 4, 7, … , от виртуальной антенны 3 на поднесущих 2, 5, 8, … , и от виртуальной антенны 4 на поднесущих 3, 6, 9…. Выходные символы для каждого из других двух потоков данных также передаются через K поднесущих всех трех выбранных виртуальных антенн, как показано на Фиг.4B.

В варианте осуществления, показанном на Фиг.4B, матрицы перестановок могут быть заданы следующим образом:

и т.д.

Ур. (7)

Потоки 1, 2 и 3 данных ставятся в соответствие со столбцами 1, 2 и 3 соответственно каждой матрицы перестановок. Для каждого потока данных виртуальная антенна, используемая для потока данных, обозначается элементом '1' в строке, соответствующей виртуальной антенне. Как показано на Фиг.4B и указано в уравнении (7), каждый поток данных переходит от одной выбранной виртуальной антенны на следующую выбранную виртуальную антенну через K поднесущих и осуществляет циклический переход на первую выбранную виртуальную антенну после достижения последней выбранной виртуальной антенны.

Фиг.4A и 4B показывают конкретные варианты осуществления отображения потоков данных на виртуальные антенны. В общем случае любое число потоков данных может передаваться от любого числа виртуальных антенн. Потоки данных могут отображаться на выбранные виртуальные антенны детерминированным способом (например, циклически или последовательно используя все возможные перестановки) или псевдослучайным способом, основанным на последовательности псевдослучайных чисел (ПЧ), которая известна и передающему устройству, и принимающему устройству. Данный поток данных может быть отображен на все выбранные виртуальные антенны, используя любую перестановку потока или схему отображения, один пример которой показан на Фиг.4B.

1. Обработка в Принимающем Устройстве

Принимающее устройство может использовать различные технологии обнаружения для восстановления выходных символов, переданных передающим устройством. Эти технологии обнаружения включают в себя метод минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE), метод обращения в нуль незначащих коэффициентов (ZF), максимальное отношение, метод суммирования дифференциально взвешенных сигналов каждого канала (MRC) и метод последовательного подавления помех (SIC). Принимающее устройство может выводить матрицу пространственного фильтра, основываясь на методе MMSE, ZF или MRC, следующим образом:

M mmse(k)=D mmse(k)·[·H used(k)+ I]-1·,	Ур. (8)
M zf(k)=[·H used(k)]-1·, и	Ур. (9)
M mrc(k)=D mrc(k)·,	Ур. (10)

где

Q(k)=[·H _used(k)+ I]^-1··H _used(k),

D _mmse(k)=[diag {Q(k)}]^-1,

D