Способ передачи-приема сигнала в многопользовательской системе радиосвязи с множеством передающих и множеством приемных антенн

Способ передачи-приема сигнала в многопользовательской системе радиосвязи с множеством передающих и множеством приемных антенн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способу передачи-приема сигнала в многопользовательской системе радиосвязи с множеством передающих и множеством приемных антенн.

Технология использования нескольких передающих и нескольких приемных антенн привлекает внимание как эффективный способ повышения пропускной способности канала связи, не требующий для этого дополнительных затрат радиочастотного спектра. В системах радиосвязи, использующих данную технологию, канал связи между передающей и приемной стороной имеет множество входов (multiple inputs) - передающих антенн, - и множество выходов (multiple outputs) - приемных антенн, вследствие чего технология получила название MIMO (multiple-input-multiple-output).

Всю совокупность каналов распространения сигнала между передающими и приемными антеннами принято называть каналом MIMO. Один из способов увеличения пропускной способности состоит в одновременной передаче различных информационных потоков по различным пространственным подканалам канала MIMO. Данный способ известен как пространственное мультиплексирование (spatial multiplexing) [1] G.J.Foshini, G.D.Golden, R.A.Valenzuela, "Simplified processing for high spectral efficiency wireless communication employing multi-element arrays," IEEE Selected Areas Communication, vol.17, pp.1841-1852, November, 1999, [2] 802.16TM IEEE Standard for local and metropolitan area networks. Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, 1 October 2004.

При пространственном мультиплексировании независимые информационные потоки передают через различные передающие антенны. На приемной стороне оценивают коэффициенты передачи h_j,i всех пространственных каналов связи, каждый из которых образован одной передающей и одной приемной антенной, где i,j - индексы передающей и приемной антенн соответственно. Из этих коэффициентов формируют канальную матрицу Н, которую используют при приеме сигнала.

До недавнего времени весьма интенсивно развивались методы передачи-приема для однопользовательских каналов MIMO, охватывающих один приемник и один передатчик (в терминах зарубежных публикаций - point-to-point - от точки к точке).

Одним из наиболее серьезных препятствий на пути использования технологии MIMO в системе «от точки к точке» является необходимость размещения на абонентской станции (АС) нескольких антенн. Это довольно сложно реализовать, так как к абонентской станции, как правило, предъявляются требования малых габаритов и низкой стоимости.

Другая проблема использования однопользовательской технологии MIMO состоит в том, что увеличение пропускной способности зависит от рассеивающих свойств среды распространения сигнала. При этом для получения существенного выигрыша в пропускной способности требуется, чтобы среда распространения сигнала имела объекты рассеяния, а антенные системы имели антенны, удаленные друг от друга на большое расстояние.

Вариант решения данных проблем представляет многопользовательская технология MIMO. В данной технологии в качестве канала MIMO рассматривается канал, образованный несколькими антеннами базовой станции (БС) с одной стороны и антеннами нескольких абонентских станций (АС) с другой стороны. При этом каждая абонентская станция может иметь как несколько, так и только одну антенну.

Многопользовательские подходы дают возможность использовать дополнительные преимущества технологии MIMO.

Во-первых, появляется возможность увеличения пропускной способности за счет пространственного разделения пользователей, когда несколько абонентских станций используют для связи с БС один и тот же физический канал.

Во-вторых, многопользовательский канал MIMO имеет относительно низкую корреляцию между пространственными подканалами, за счет того, что они принадлежат различным абонентским терминалам. Это обеспечивает выигрыш в пропускной способности даже в среде с низким рассеянием.

В-третьих, появляется возможность реализовывать алгоритмы MIMO в случае, когда абонентское оборудование имеет одну или небольшое количество антенн.

К настоящему моменту имеется достаточно практичное решение для многопользовательского алгоритма MIMO в обратном канале системы связи (от абонентских станций к базовой). Это способ совместного пространственного мультиплексирования (collaborative spatial multiplexing), используемый для передачи сигналов от нескольких абонентских терминалов на базовую станцию. Данное решение предусмотрено современными стандартами связи, например [2] 802.16ТМ IEEE Standard for local and metropolitan area networks. Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, 1 October 2004.

Однако проблема увеличения емкости наиболее актуальна для прямого канала - от базовой станции к абонентским терминалам, по которому передаются наиболее объемные и высокоскоростные потоки данных. В то же время пока не разработано простого и эффективного многопользовательского алгоритма для прямого канала системы связи MIMO. Реализация многопользовательских подходов MIMO в прямом канале сталкивается с двумя основными проблемами. Прежде всего, это необходимость обеспечивать передатчик информацией о канале связи. Другая проблема состоит в том, что в отличие от однопользовательского канала MIMO в многопользовательском канале практически невозможна совместная обработка сигналов различных абонентских терминалов.

Таким образом, весьма актуальной является задача разработки многопользовательского алгоритма передачи-приема сигнала в прямом канале системы связи MIMO.

Известно несколько многопользовательских подходов MIMO в прямом канале. К ним относятся «кодирование грязной страницы» (dirty paper coding) [3] M.Airy, A.Forenza, R.W.Heath, Jr.S.Shakkottai, "Practical Costa preceding for the multiple antenna broadcast channel," IEEE Global Telecommunications Conference, GLOBECOM, 29 Nov.-3 Dec. 2004, Volume 6, Page(s): 3942-3946, блочная диагонализация (block diagonalization) [4] Q.H.Spencer, and M.Haardt, "Capacity and Downlink Transmission Algorithms for a Multi-user MIMO Channel," Signals, Systems and Computers, 2002. Conference Record of the Thirty-Sixth Asilomar Conference, Volume 2, Issue, 3-6 Nov. 2002 Page(s): 1384-1388 vol.2, и различные методы линейного многопользовательского предварительного кодирования (multiuser precoding) [5] J.C.Mundarath, J.H.Kotecha, "Zero-Forcing Beamfbrming for Non-Collaborative Space Division Multiple Access," Proceedings of 2006 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing ICASSP, 14-19 May 2006, Volume: 4, page(s): IV-IV. [6] A Wiesel, Y.C.Eldar, and Sh.Shamai, "Optimal Generalized Inverses for Zero Forcing Preceding," 41st Annual Conference on Information Sciences and Systems, CISS'07, 14-16 March 2007, pages: 130-134.

Большинство из этих методов обладает высокой сложностью реализации и требует серьезных исследований, направленных на их практическое применение.

Известен, например, алгоритм блочной диагонализации (block diagonalization), который теоретически является весьма эффективным способом реализации многопользовательской технологии MIMO [4] Q.Н.Spencer, and M.Haardt, "Capacity and Downlink Transmission Algorithms for a Multi-user MIMO Channel," Signals, Systems and Computers, 2002. Conference Record of the Thirty-Sixth Asilomar Conference, Volume 2, Issue, 3-6 Nov. 2002 Page(s): 1384-1388 vol.2. В этом алгоритме многопользовательское предварительное преобразование (кодирование) сигнала выполняют таким образом, что канал MIMO трансформируется в ортогональные пространственные подканалы, соответствующие различным пользовательским терминалам. При этом данные каналы не создают взаимных помех. Прием-передачу сигналов для каждого абонентского терминала выполняют в соответствующем пространственном подканале с использованием какого-либо из известных однопользовательских алгоритмов MIMO.

Для реализации этого подхода необходимо оценить коэффициенты передачи всех пространственных каналов связи и сформировать канальную матрицу. Информация о канальной матрице является вспомогательной контрольной информацией, которую тем или иным способом необходимо передать на базовую станцию. После этого базовая станция должна выполнить декомпозицию канальной матрицы по сингулярным значениям. Полученную в результате информацию о правых сингулярных векторах БС использует в процессе передачи сигналов. При этом информацию о левых сингулярных векторах базовая станция должна передать абонентским терминалам с тем, чтобы они могли выполнить прием сигнала.

Такой алгоритм сложен для практической реализации, так как требует двусторонней передачи весьма объемных контрольных данных с высокой скоростью. Другим недостатком этого алгоритма является то, что он применим лишь для случая, когда абонентские терминалы имеют по две и более приемных антенн.

Известны более простые - линейные способы многопользовательского предварительного кодирования, к которым относятся способ минимума среднеквадратичной ошибки (minimum mean squared error - MMSE) и способ обращения в нуль (zero forcing - ZF) [5] J.C.Mundarath, J.H.Kotecha, "Zero-Forcing Beamforming for Non-Collaborative Space Division Multiple Access," Proceedings of 2006 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing ICASSP, 14-19 May 2006, Volume: 4, page(s): IV-IV, [6] A Wiesel, Y.C.Eldar, and Sh.Shamai, "Optimal Generalized Inverses for Zero Forcing Preceding," 41st Annual Conference on Information Sciences and Systems, CISS'07, 14-16 March 2007, pages: 130-134.

В этих алгоритмах предшествующая передаче обработка сигнала (предварительное кодирование) выполняется путем линейного преобразования, матрица которого формируется на основе инверсии или псевдоинверсии канальной матрицы Н. В результате такой предварительной обработки в каждой приемной антенне каждой из АС формируется только предназначенный данной антенне полезный сигнал без помех, создаваемых сигналами других приемных антенн. Способы ZF и MMSE применимы для терминалов, оборудованных как одной, так и несколькими антеннами.

Один из наиболее простых методов многопользовательского предварительного кодирования - это метод инверсии канала или обращения в нуль (ZF).

Согласно методу инверсии канала из символов модуляции α₁, …, α_M, предназначенных для одновременной передачи К абонентским терминалам, формируют пакет или вектор символов модуляции a=[α₁, … α_M]^T, в котором количество символов, передаваемых каждой АС, равно количеству приемных антенн данной АС, где М - суммарное количество приемных антенн абонентских станций. Из данного вектора формируют вектор передаваемых сигналов s путем умножения вектора а на инверсию канальной матрицы или псевдоинверсию, если матрица Н не квадратная. В дальнейшем для простоты будем рассматривать случай M=N, когда матрица Н квадратная. Тогда

Множество сигналов, принимаемых абонентскими станциями, могут быть представлены как элементы вектора у, который, в свою очередь, может быть выражен как

где n - вектор шумовых составляющих приемных антенн, которые хорошо аппроксимируются, как независимые Гауссовские случайные величины, x - нормированный вектор передаваемых сигналов, полученный следующим преобразованием вектора s:

- мощность сигнала, E[γ] - матожидание γ.

Подстановкой (1) и (3) в (2) можно получить, что

где n - вектор шумовых составляющих приемников AC, I_M - единичная диагональная матрица размерности М×М.

Из формулы (4) видно, что принимаемые сигналы пользователей являются взаимно независимыми и не создают взаимных помех. Однако нормировка (3) приводит к тому, что коэффициент передачи сигнала равен

Величина в знаменателе этого выражения зависит от инверсии канальной матрицы Н и может быть весьма значительной, особенно при плохо обусловленной канальной матрице. Наличие этого коэффициента является основной причиной снижения относительной полезной мощности в точке приема и, вместе с этим, помехоустойчивости приема.

Таким образом, значительное увеличение мощности сигнала s за счет многопользовательской предварительной обработки является основным недостатком методов ZF и MMSE. Поскольку в системе связи существует ограничение на мощность передачи, то амплитуду сигнала линейно снижают (в соответствии с (3)), однако это приводит к значительному снижению полезной мощности сигнала относительно шума в точке приема. В результате помехоустойчивость приема становится низкой.

Существует и другой способ ограничения мощности передачи, который позволяет избежать значительного снижения относительной полезной мощности в точке приема. В основе данного способа лежит операция нелинейного модульного редуцирования, которая применяется, например, в [7] R.F.H.Fischer, C.Windpassinger, A.Lampe, J.B.Huber, "Space-Time Transmission using Tomlinson-Harashima Preceding," In Proc. 4th Int. ITG Conf., pp.139-147, Berlin, Jan. 2002.

Входной величиной для данной операции является комплексное число, отражающее преобразованный сигнал. Операция модульного редуцирования (modulo reducing) состоит в добавлении к действительной и мнимой части входного числа величин, кратных действительной величине А, называемой модулем.

Добавляемые значения выбираются так, что суммарное комплексное число оказывается в центральной области комплексной плоскости, в которой располагаются все комплексные символы используемого созвездия модуляции. Величина модуля известна как передающей, так и приемной стороне, что позволяет восстановить редуцированный сигнал в процессе приема.

Наиболее эффективный способ использования нелинейного модульного редуцирования представляет собой алгоритм векторного возмущения (vector perturbation) [8] Christoph Windpassinger, Robert F.H.Fischer, and Johannes B.Huber, "Lattice-Reduction-Aided Broadcast Precoding," IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL.52, NO.12, DECEMBER 2004, pp.2057-2060.

Векторное возмущение состоит в том, что к вектору информационных символов а прибавляют некоторый возмущающий вектор р. В результате сигнал после многопользовательского преобразования может быть представлен как

Действительные и мнимые части элементов вектора р определяют кратными величине модуля А, выбираемой таким образом, что

где Reα, Imα - действительная и соответственно мнимая части любого комплексного символа используемого созвездия модуляции.

Сигнал γ, принимаемый в канале каждой приемной антенны каждой абонентской станции, подвергают операции нелинейного модульного редуцирования

где

[x] - максимальное целое число, не превышающее х.

Основным свойством этой операции является то, что она инвариантна к добавлению величин, кратных A:

где r - любое целое число.

В силу этого свойства, после выполнения модульного редуцирования сигналы приемных антенн всех АС могут быть представлены вектором

где I_M - единичная диагональная матрица размерности М×М.

Данное равенство показывает, что векторы передаваемых и принимаемых сигналов связаны линейно с помощью диагональной матрицы I_M. То есть в результате предшествующего передаче многопользовательского преобразования в каждой из приемных антенн сформирован соответствующий ей передаваемый сигнал без помех, создаваемых сигналами, передаваемыми для других приемных антенн.

Равенство (10) получено в предположении, что искаженные шумом символы созвездия модуляции не выходят за пределы квадрата комплексной плоскости, ограниченной значениями

то есть:

где Ren, Imn - действительная и соответственно мнимая части шумовой составляющей сигнала приемной антенны.

В случаях, когда условие (11) не выполняется, нелинейное модульное редуцирование (10) вызывает искажение сигнала, что, в свою очередь, приводит к потере помехоустойчивости и соответственно емкости канала связи. Поэтому желательно в максимальной степени снизить мощность передаваемого сигнала х=Н^-1·(а+р). Для этого необходимо определить оптимальный вектор возмущений p_opt таким образом, что добавление его к вектору информационных символов а обеспечит минимум мощности сигнала после предварительного многопользовательского кодирования:

где - множество М-мерных векторов, элементы которых имеют целочисленные действительную и мнимую часть.

Решение оптимизационной задачи (12) затрудняется тем, что множество целых чисел не ограничено, в силу чего множество бесконечно. Поэтому поиск решения методом перебора всех значений множества невозможен. Даже если ограничить множество рассматриваемых целых чисел несколькими наиболее близкими к нулю значениями, например {-2, -1, 0, 1, 2}, то и в этом случае множество поиска может быть весьма велико. Например, это множество состоит из (5²)^M=625 векторов при М=2, и (5²)^M=390625 векторов при М=4.

Поэтому метод перебора для решения (12) приводит к значительному увеличению сложности реализации.

Один из подходов к решению оптимизационной задачи (12) состоит в использовании редукции базиса решетки [8] Christoph Windpassinger, Robert F.H.Fischer, and Johannes B.Huber, "Lattice-Reduction-Aided Broadcast Preceding," IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL. 52, NO.12, DECEMBER 2004, pp.2057-2060. Данный способ является наиболее близким к способу заявляемого изобретения. Способ-прототип заключается в следующем.

Способ передачи-приема сигнала в системе радиосвязи, включающей передающую станцию, оборудованную N передающими антеннами, и К приемных станций, где К≥2, причем каждая приемная станция оборудована, по меньшей мере, одной приемной антенной, а суммарное количество приемных антенн приемных станций М удовлетворяет условию 1<M≤N, заключающийся в том, что

оценивают параметры совокупности пространственных каналов связи, каждый из которых образован одной передающей антенной передающей станции и одной приемной антенной приемной станции,

в качестве оцениваемых параметров используют коэффициенты передачи канала связи;

осуществляют передачу-прием сигналов между передающей станцией и приемными станциями, для чего:

- на передающей станции формируют К множеств символов модуляции, предназначенных для передачи К приемным станциям, соответственно,

- из К сформированных множеств символов модуляции формируют пакеты по М символов модуляции в каждом, по одному символу пакета на каждую из приемных антенн приемных станций,

- пакет символов модуляции представляют в виде вектора передаваемых символов модуляции a=[α₁ … α_M]^T,

- выполняют многопользовательское преобразование вектора передаваемых символов модуляции а в вектор передаваемых сигналов х таким образом, чтобы передаваемые сигналы не создавали взаимных помех в М приемных антеннах приемных станций, для чего

формируют канальную матрицу Н, используя коэффициенты передачи пространственных каналов связи,

из вектора передаваемых символов модуляции а и канальной матрицы Н формируют реально-значные вектор a_r и матрицу H_r в соответствии с формулами

где ReY, ImY - матрицы, составленные из действительных и соответственно мнимых частей соответствующих элементов матрицы Y,

из реально-значной канальной матрицы H_r формируют матрицу W_r предварительного преобразования сигнала,

путем редукции базиса решетки матрицы W_r формируют целочисленную матрицу Т с определителем, равным ±1, умножение на которую преобразует матрицу предварительного преобразования в матрицу Z=W_rT, имеющую заведомо низкое число обусловленности,

используя матрицу Т, определяют возмущающий вектор по формуле

где Q(х) - вектор, полученный из вектора х округлением его элементов до ближайших целых чисел,

А - действительное число, такое, что действительная Reα и мнимая Imα части любого символа модуляции по абсолютной величине строго меньше A/2:

формируют возмущенный реально-значный вектор передаваемых символов модуляции путем суммирования реально-значного вектора передаваемых символов модуляции и возмущающего вектора a_r+p₀, и выполняют предварительное линейное преобразование полученного возмущенного реально-значного вектора символов модуляции, формируя, таким образом, реально-значный вектор передаваемых сигналов:

из полученного реально-значного вектора передаваемых сигналов x_r формируют вектор передаваемых сигналов

где j - мнимая единица, а через x_r(n:m) обозначен вектор, составленный из последовательности элементов вектора x_r с n-го по m-й;

- совокупность сигналов, соответствующих элементам вектора передаваемых сигналов x, передают через все передающие антенны - по одному сигналу через антенну;

- принимают сигналы на каждой из К приемных станций, причем прием осуществляют в канале каждой приемной антенны, и в процессе приема

формируют сигнал у, как комплексное число с модулем и аргументом, отражающими соответственно амплитуду и фазу сигнала, принимаемого каналом данной антенны;

определяют реальную и мнимую части нормированного сигнала y

с полученными сигналами z и с выполняют операцию модульного редуцирования с модулем, равным А:

где [x] - целая часть х, то есть максимальное целое число, не превышающее x,

из сигналов и формируют комплексный сигнал

используя значения комплексного сигнала сформированные таким образом в каждом физическом канале каждой приемной антенны, выполняют демодуляцию и декодирование принятого сигнала.

Данный способ передачи-приема сигнала в многопользовательской системе связи MIMO использует предварительное линейное преобразование сигнала, основанное на инверсии (или псевдоинверсии) канальной матрицы.

Это весьма эффективный способ многопользовательского предварительного кодирования, так как, во-первых, в результате такого линейного преобразования подавляются взаимные помехи сигналов в приемных антеннах. Во-вторых, приемной стороне не требуется никакой дополнительной служебной информации для демодуляции сигнала, вследствие чего возможна относительно простая реализация приемного устройства.

Однако за счет умножения сигнала на инверсию (или псевдоинверсию) канальной матрицы значительно увеличивается мощность сигнала. Как в заявляемом способе, так и в способе-прототипе для снижения мощности используется процедура векторного возмущения. Данная процедура состоит в том, что к сигналу прибавляют некоторый возмущающий вектор.

Элементы возмущающего вектора кратны величине А, которая известна как передатчику, так и приемнику. Величину А определяют в зависимости от используемого вида модуляции, таким образом, что можно восстановить исходный сигнал в приемнике, используя операцию модульного редуцирования.

Оптимальный возмущающий вектор выбирают из множества векторов p=A·Z^2M, где Z^2M дискретное множество целочисленных векторов размерности 2М. Причем оптимальный возмущающий вектор определяют как вектор, минимизирующий величину Чем меньше величина тем меньше мощность передачи и, вместе с тем, меньше степень искажения сигнала за счет модульного редуцирования в приемнике.

Самый простой способ определения оптимального вектора возмущений состоит в том, чтобы сначала определить не квантованный возмущающий вектор p_u, максимально близкий к a_r

а затем выполнить его квантование

где Q(х) - поэлементное округление до ближайшего целого числа.

Однако при наличии даже небольших шумовых искажений в векторе a_r операция округления приводит к еще большим искажениям вектора W_r·р. Это явление называется усилением шума за счет квантования. Это усиление шума зависит от степени ортогональности столбцов матрицы W_r. Чем выше степень ортогональности столбцов матрицы W_r, тем меньше шумовые искажения вектора W_r·р.

Поэтому для снижения искажений используют метод редукции базиса решетки. При этом матрицу предварительного линейного преобразования W_r преобразуют в матрицу Z, имеющую заведомо низкое число обусловленности, и, следовательно, более высокую степень ортогональности столбцов. Такое преобразование выполняют путем редукции базиса решетки, то есть таким образом, что между исходной и преобразованной матрицей выполняется соотношение Z=W_rT, где Т - целочисленная матрица с определителем, равным ±1.

После этого не квантованный вектор возмущений определяют в пространстве редуцированной матрицы Z, то есть

где

Оптимальный возмущающий вектор находят, путем квантования

и последующего преобразования, обратного редукции базиса решетки

Данный возмущающий вектор обеспечивает меньшее значение величины чем вектор, полученный без редукции базиса решетки (22).

Однако, несмотря на то, что преобразование редукции базиса решетки в среднем уменьшает число обусловленности матрицы и повышает степень ортогональности ее столбцов, оно не гарантирует идеальной ортогональности столбцов матрицы предварительного линейного преобразования. Вследствие этого выбранный таким образом возмущающий вектор не всегда обеспечивает минимум величины Это обусловливает, во-первых, увеличение диапазона значений передаваемой мощности сигнала и, во-вторых, увеличение искажений сигнала в приемнике в процессе нелинейного модульного редуцирования. Первый из этих аспектов приводит к тому что, увеличивается отношение пиковой мощности сигнала к средней, что повышает требования к линейности усилителя и затрудняет реализацию способа в аппаратуре связи. Второй аспект вызывает снижение пропускной способности канала.

Задача, которую решает заявляемое изобретение, - это повышение пропускной способности канала связи, которое достигается заявляемым способом путем использования новой последовательности взаимосвязанных действий, включающих процедуру векторного возмущения в сочетании с редукцией базиса решетки и многоальтернативное квантование.

Способ передачи-приема сигнала в многопользовательской системе радиосвязи с множеством передающих и множеством приемных антенн, при котором используют передающую станцию, оборудованную N передающими антеннами, и К приемных станций, где К≥2, причем каждая приемная станция оборудована, по меньшей мере, одной приемной антенной, а суммарное количество приемных антенн приемных станций М удовлетворяет условию 1<M≤N, при этом передача-прием сигналов между передающей и приемными станциями осуществляется посредством F физических каналов связи, где F≥1, заключающийся в том, что

для каждого из F физических каналов оценивают параметры совокупности пространственных каналов связи, каждый из которых образован одной передающей антенной передающей станции и одной приемной антенной приемной станции;

осуществляют передачу-прием сигналов между передающей станцией и приемными станциями, используя F физических каналов, для чего:

- на передающей станции формируют К множеств символов модуляции, предназначенных для передачи К приемным станциям, соответственно,

- из К сформированных множеств символов модуляции формируют F пакетов по М символов модуляции в каждом, включая в пакет по M_k символов модуляции для каждой k-й приемной станции, где M_k - количество приемных антенн k-й приемной станции,

- осуществляют передачу каждого из F пакетов символов модуляции по соответствующему физическому каналу, при этом

пакет символов модуляции представляют в виде вектора передаваемых символов модуляции a=[α₁, …, α_M]^T, каждый элемент которого представляет собой комплексное число, с модулем и аргументом, отражающими амплитуду, и соответственно фазу соответствующего символа модуляции,

выполняют многопользовательское преобразование вектора передаваемых символов модуляции а в вектор передаваемых сигналов х таким образом, чтобы передаваемые сигналы не создавали взаимных помех в М приемных антеннах приемных станций, для чего

формируют канальную матрицу Н для данного физического канала, используя коэффициенты передачи пространственных каналов связи,

из вектора передаваемых символов модуляции а и канальной матрицы Н формируют реально-значные вектор a_r и матрицу H_r в соответствии с формулами

где ReY, ImY - матрицы, составленные из действительных и соответственно мнимых частей соответствующих элементов матрицы Y,

из реально-значной канальной матрицы H_r формируют матрицу W_r предварительного линейного преобразования сигнала,

путем редукции базиса решетки матрицы W формируют целочисленную матрицу Т с определителем, равным ±1, умножение на которую преобразует матрицу предварительного линейного преобразования в матрицу Z=W_rT, имеющую заведомо низкое число обусловленности,

используя матрицу Т, и реально-значный вектор передаваемых символов модуляции a_r, определяют не квантованный вектор возмущений как

где А - действительное число, причем такое, что действительная и мнимая часть любого символа модуляции по абсолютной величине меньше A/2,

выполняют округление каждого из элементов полученного вектора z до ближайшего по величине целого числа, определяя, таким образом, первый квантованный вектор z₁, и определяют вектор соответствующих значений ошибки квантования:

где Q(z) - вектор, полученный поэлементным округлением вектора z до ближайшего целого числа,

формируют второй квантованный вектор z₂ путем определения для каждого элемента вектора z второго ближайшего по величине целого числа, с противоположным значением ошибки квантования, а также второй вектор соответствующих значений ошибки квантования,

из элементов первого z₁ и второго z₂ квантованных векторов формируют R квантованных векторов u, имеющих наименьшие значения суммарной ошибки квантования вектора,

каждый из R квантованных векторов u преобразуют по формуле

формируя, таким образом, множество кандидатских возмущающих векторов,

определяют оптимальный возмущающий вектор р₀ как вектор из множества кандидатских возмущающих векторов, для которого решающая функция минимальна,

формируют возмущенный реально-значный вектор передаваемых символов модуляции путем суммирования реально-значного вектора передаваемых символов модуляции и оптимального возмущающего вектора, и выполняют предварительное линейное преобразование полученного возмущенного реально-значного вектора символов модуляции, формируя, таким образом, реально-значный вектор передаваемых сигналов:

из полученного реально-значного вектора передаваемых сигналов x_r формируют ненормированный вектор передаваемых сигналов

где j - мнимая единица,

а через x_r(n:m) обозначен вектор, составленный из последовательности элементов вектора x_r с n-го по m-й;

формируют вектор передаваемых сигналов х, умножая вектор ненормированных передаваемых сигналов на коэффициент нормирования C_T,

совокупность сигналов, соответствующих элементам полученного вектора x, передают в соответствующем физическом канале через все передающие антенны - по одному сигналу через антенну;

- принимают сигналы на каждой из К приемных станций, причем в каждом физическом канале каждой приемной антенны прием осуществляют таким образом, что

формируют сигнал у, как комплексное число с модулем и аргументом, соответствующими амплитуде и фазе принимаемого данным физическим каналом сигнала;

нормируют сигнал у, умножая его на коэффициент нормирования C_R, формируя, таким образом, нормированный сигнал

коэффициент нормирования C_R устанавливают, например, равным обратной величине от коэффициента нормирования передачи:

определяют реальную и мнимую части нормированного сигнала y_norm

с полученными сигналами z и с выполняют операцию модульного редуцирования по модулю А:

где [x] - целая часть x, то есть максимальное целое число, меньшее x,

из сигналов и формируют комплексный сигнал

используя значения комплексного сигнала , сформированные таким образом в каждом физическом канале каждой приемной антенны, выполняют демодуляцию и декодирование принятого сигнала.

При этом, например, для каждого из F физических каналов в качестве оцениваемых параметров используют коэффициент передачи канала связи и отношение сигнала к шуму в канале.

На передающей станции каждое из К информационных сообщений, предназначенных для передачи К приемным станциям, например, представляют соответственно в виде последовательности двоичных символов, а затем выполняют кодирование, перемежение и модуляцию двоичных символов данной последовательности.

Матрицу W_r предварительного линейного преобразования сигнала формируют, например, как

где H_r - реально-значная канальная матрица для данного физического канала.

Второй квантованный вектор z₂ и второй вектор соответствующих значений ошибки квантования формируют по формулам:

где через sign(a) обозначен вектор, полученный из вектора а, применением к каждому его элементу операции:

Суммарную ошибку квантования вектора определяют, например, как сумму или сумму квадратов абсолютных ошибок квантования всех элементов вектора.

При формировании вектора передаваемых сигналов коэффициент нормирования C_T выбирают таким образом, что средняя мощность передачи сигналов сформированного вектора х равна мощности сигналов, передаваемых приемным станциям без многопользовательского преобразования. Причем это могут быть, например, пилот-сигналы, используемые для оценки канала на приемной стороне.

Заявляемый способ передачи-приема сигнала в многопользовательской системе радиосвязи с множеством передающих и множеством приемных антенн по сравнению с известным уровнем техники обладает новизной. Отличительными признаками изобретения являются следующие признаки:

передача-прием сигналов между передающей и приемными станциями осуществляется посредством F физических каналов связи, где F≥1,

для каждого из F физических каналов оценивают парам