Колеблющиеся диаграммы направленности передачи для поддержки выделения сигнала в приемнике

Колеблющиеся диаграммы направленности передачи для поддержки выделения сигнала в приемнике

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области обработки сигналов и, в частности, к выделению искомых сигналов источников из смеси сигналов источников с использованием методов разделения сигналов.

Уровень техники

Выделение сигнала источника включает в себя восстановление сигналов источников из группового сигнала, при этом групповой сигнал содержит смесь сигналов источников. Выделение сигнала источника содержит, например, слепое разделение сигналов (BSS). Разделение является «слепым» потому, что оно часто выполняется при ограниченной информации о сигналах, источниках сигналов и воздействия, которые канал распространения оказывает на сигналы.

Примером является известный звуковой эффект прослушивания разговора отдельных лиц, когда человек на вечеринке может выделять единственный голос из комбинации всех голосов в комнате. Слепое разделение источников применимо, в частности, к устройствам сотовой и персональной беспроводной связи, в которых многие полосы частот стали зашумленными из-за многочисленных радиочастотных излучателей, часто сосуществующих в одном и том же диапазоне. Как ожидается, проблема так называемых соканальных излучателей будет усугубляться в будущем с разработкой технологий маломощных нелицензируемых беспроводных приборов, например технологий Bluetooth и других персональных сетей.

Три распространенных метода слепого разделения сигналов представляют собой анализ главных компонент (PCA), анализ независимых компонент (ICA) и сингулярную декомпозицию (SVD). PCA предусматривает статистику первого и второго моментов сигналов источников и применяется, когда отношения сигнал/шум сигналов источников являются высокими. В противном случае применяется ICA, который предусматривает обработку методом PCA, с последующей статистикой моментов третьего и четвертого порядков. В качестве альтернативы можно применить SVD для выделения сигнала источника из смеси сигналов источников на основе их собственных значений.

Независимо от применяемого метода слепого разделения сигналов, для получения разных смесей сигналов источников от разных источников сигналов применяют множество датчиков. Каждый датчик выдает смесь сигналов источников, которая является однозначно определенной суммой сигналов источников. В общем, как коэффициенты каналов, так и исходные сигналы источников неизвестны приемнику. Однозначно определенные суммы сигналов служат для заполнения матрицы смешения. Затем к матрице смешения применяют соответствующий метод слепого разделения сигналов для выделения искомых сигналов источников из смеси сигналов источников.

Например, в патенте США № 6799170 предлагается выделять сигнал независимого источника из смеси сигналов источников с использованием ICA. Множество датчиков принимает смесь сигналов источников, и процессор берет отсчеты смеси сигналов источников с течением времени и запоминает каждый отсчет в виде вектора данных для создания набора данных. Каждый датчик выдает смесь сигналов источников, которая является однозначно определенной суммой сигналов источников. Модуль ICA выполняет анализ независимых компонент векторов данных для выделения сигнала независимого источника из других сигналов в смеси сигналов источников.

Датчики пространственно разнесены между собой, и процессор формирует только один вектор данных для каждого соответствующего датчика с целью создания набора данных. В патенте США № 6799170 поясняется также, что число датчиков N равно или больше, чем число источников M, т.е., N≥M, для заполнения набора данных. При такой реализации проблема состоит в том, что по мере того, как число источников M увеличивается, увеличивается также число датчиков N. Небольшие портативные устройства связи имеют небольшой доступный объем для большого числа датчиков N, и размещение датчиков снаружи устройств связи представляет проблему для пользователей.

В патенте США № 6931362 предлагается другой способ выделения сигналов с использованием слепого разделения сигналов. Описанный метод слепого разделения сигналов формирует матрицу смешения с гибридными весовыми коэффициентами адаптивной антенной решетки для пучка матриц, которые минимизируют среднеквадратические ошибки, обусловленные как источниками помех, так и гауссовыми шумами. Гибридные весовые коэффициенты максимально повышают отношение сигнал/помеха-плюс-шум. Как в патенте США № 6799170, датчики также пространственно разнесены между собой, и число датчиков N равно или больше, чем число источников M для заполнения матрицы смешения. Кроме того, каждый датчик обеспечивает один вход в матрицу смешения, что приводит к увеличению объемной зоны для портативного устройства связи.

Следовательно, ранг матрицы смешения определяет, сколько сигналов можно фактически разделить. Чем больше ранг, тем больше сигналов, которые можно разделить. Многолучевой сигнал полезен тем, что его можно применять для заполнения матрицы смешения, пока многолучевой сигнал является независимым по некоторой измеримой характеристике. Многолучевое распространение имеет место, когда единственная передача данных встречает препятствия, которые вызывают ее разветвление на несколько версий, каждая из которых распространяется по отличающемуся пути к намеченному приемнику.

Однако символы в многолучевом сигнале могут сдвигаться по времени так, что когда они приходят в намеченный приемник, они могут погашать другие принятые символы или создавать им помехи. В альтернативном варианте, многолучевое распространение может даже отсутствовать между источником сигнала и намеченным приемником. В результате, число сумм линейно-независимых сигналов, принятых намеченным приемником для обоих упомянутых случаев, может быть не достаточно для заполнения матрицы смешения для разделения сигналов.

Раскрытие изобретения

Поэтому с учетом вышеописанного уровня техники целью настоящего изобретения является формирование сумм линейно-независимых сигналов, чтобы намеченный приемник мог заполнять матрицу смешения до ранга, достаточного для обработки для разделения сигналов.

Данная и другие цели, особенности и преимущества в соответствии с настоящим изобретением обеспечиваются системой связи, содержащей, по меньшей мере, один стационарный передатчик и мобильное устройство беспроводной связи. Передатчик может передавать сигнал источника, определяемый набором знаков, содержащим множество символов, и, по меньшей мере, один из символов в наборе знаков может передаваться с отличающимся уровнем мощности, так что передаваемый сигнал источника обнаруживается с L линейно-независимыми временными периодами уровня мощности, где L≥2.

Таким образом, термин волнообразное изменение, в контексте настоящей заявки, относится к контурам диаграмм направленности передач с изменяющимися коэффициентами усиления, которые могут или не могут демонстрировать некоторые степени симметрии. Упомянутый результат получают передачей, по меньшей мере, одного из символов в наборе знаков с отличающимся уровнем мощности, чтобы передаваемый сигнал источника оказывался с L линейно-независимыми временными периодами уровня мощности.

Мобильное устройство беспроводной связи может разделять сигналы источников, обеспечиваемые M источниками сигналов, где M≥2, и при обеспечении передатчиком одного из M источников сигналов с L линейно-независимыми временными периодами уровня мощности. Устройство беспроводной связи может содержать антенную решетку, содержащую N антенных элементов для приема, по меньшей мере, N разных сумм M сигналов источников, где N≥1. Приемник связан с антенной решеткой для приема, по меньшей мере, N разных сумм M сигналов источников.

Процессор разделения сигналов может быть связан с приемником для формирования матрицы смешения, содержащей, по меньшей мере, N разных сумм M сигналов источников. Матрица смешения имеет ранг, равный вплоть до, по меньшей мере, L*N, и процессор разделения сигналов может выделять искомые сигналы источников из матрицы смешения.

В результате формирования передатчиком L линейно-независимых временных периодов уровня мощности из одного сигнала источника, создаются несколько вариантов уровней мощности сигнала, так что несколько соответствующих числом сумм сигналов, принимаемых в приемнике, можно использовать для заполнения матрицы смешения с целью разделения сигналов.

При создании линейно-независимых временных периодов уровня мощности амплитуда каждого символа в наборе знаков может быть постоянной, с передачей с разными уровнями мощности, по меньшей мере, двух из символов.

По меньшей мере, один стационарный передатчик может быть частью базовой станции, чтобы система связи имела конфигурацию сотовой сети. В другом варианте осуществления, по меньшей мере, один стационарный передатчик может содержать множество стационарных передатчиков, и, при этом, зону обслуживания, соответствующую базовой станции, можно разбить на сектора. Соответствующий стационарный передатчик можно поставить в соответствие каждому сектору для передачи, по меньшей мере, одного из символов в соответствующих наборах знаков с отличающимся уровнем мощности.

Система связи может дополнительно содержать, по меньшей мере, один стационарный приемник, соответствующий, по меньшей мере, одному стационарному передатчику, и, при этом, устройство беспроводной связи может дополнительно содержать мобильный передатчик для обеспечения обратной связи с, по меньшей мере, одним стационарным передатчиком через, по меньшей мере, один стационарный приемник при передаче, по меньшей мере, одного символа в наборе знаков с отличающимся уровнем мощности. Обратная связь может содержать настройку уровня мощности и последовательность символов в наборе знаков, передаваемых с отличающимся уровнем мощности.

Процессор разделения сигналов может содержать процессор слепого разделения сигналов и выделять искомые сигналы источников из матрицы смешения на основе, по меньшей мере, какого-то одного из анализа главных компонент (PCA), анализа независимых компонент (ICA) и сингулярной декомпозиции (SVD). В альтернативном варианте, процессор разделения сигналов может выделять искомые сигналы источников из матрицы смешения на основе процесса извлечения сигнала обработкой, основанной на знаниях.

Антенная решетка в приемнике может быть выполнена в разных антенных конфигурациях. Элементы антенны могут содержать коррелированные и/или некоррелированные антенные элементы, при этом каждый элемент обеспечивает один вход в матрицу смешения. В альтернативном варианте, часть антенных элементов может иметь разные поляризации для заполнения матрицы смешения.

В антенные конфигурации можно вносить усовершенствования, чтобы собирались дополнительные или замещающие суммы источников сигналов для дополнительного заполнения матрицы смешения. Можно применить отклонение решетки, при котором изменяют угол возвышения диаграмм направленности антенн для приема дополнительных сумм источников сигналов.

Выбор пути можно выполнять так, чтобы все суммы источников сигналов, используемых для заполнения матрицы A смешения, обладали подходящей корреляцией (1-й и 2-й моменты) и/или статистически (3-й и 4-й моменты) независимыми значениями. Другими словами, поступающие сигналы селективно выбирают для приема новых сумм источников сигналов для замены сумм, которые не являются коррелированными и/или статистически независимыми подходящим образом.

Сигнал можно подвергать разделению для дополнительного заполнения матрицы смешения. Разные суммируемые сигналы можно разделять с использованием так называемых расширяющих кодов. Если суммируемый сигнал содержит k расширяющих кодов, то данный суммируемый сигнал можно обрабатывать для обеспечения соответствующих ему k суммируемых сигналов. Разные суммируемые сигналы можно разделять на синфазные (I) и квадратурные (Q) компоненты для дополнительного заполнения матрицы смешения. Следовательно, I- и Q-компоненты выполняют, таким образом, роль множителя 2 для матрицы смешения.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, вышеописанную идею волнообразного изменения диаграмм направленности передачи применяют к широкополосным сигналам. Широкополосный сигнал определяется символами, и каждый символ содержит множество элементарных посылок (далее по тексту, чипов) на базе кода расширения. Часть чипов внутри каждого символа можно передавать с разными уровнями мощности так, что передаваемый сигнал источника образуется с L линейно-независимыми временными периодами уровня мощности, где L≥2.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - блок-схема примерного рабочего сценария, по которому устройство связи принимает искомые и нежелательные сигналы из соответствующих им источников сигналов в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - более подробная блок-схема устройства связи, представленного на фиг.1.

Фиг.3 - карта последовательности операций различных способов создания линейно-независимых сумм сигналов источников для матрицы смешения в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 - блок-схема антенной решетки в антенной конфигурации с переключаемым лучом в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 - блок-схема антенной решетки в конфигурации фазированной антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6 - блок-схема антенной решетки в конфигурации с поляризованными антенными элементами в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.7 - 3-мерная диаграмма, иллюстрирующая применение поляризации в трех плоскостях в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.8 - блок-схема устройства связи с антенной решеткой, содержащей коррелированные и некоррелированные антенные элементы, для обеспечения разных сумм сигналов для обработки для разделения сигналов в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.9 - блок-схема устройства связи, действующего на основе отклонения решетки, для обеспечения разных сумм сигналов для обработки для слепого разделения сигналов в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.10 - блок-схема антенны с коммутируемым лучом, с контроллером угла возвышения для селективного изменения угла возвышения диаграммы направленности антенны в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.11 - диаграмма антенны, иллюстрирующая диаграмму направленности антенны в азимутальном направлении и после этого повернутая по углу возвышения под управлением контроллера, показанного на фиг.9.

Фиг.12 - блок-схема антенного элемента с радиочастотным (RF) дросселем, сформированным в горизонтальной плоскости, для поворота диаграммы направленности антенны по углу возвышения в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.13 - блок-схема устройства связи, действующего на основе выбора пути, для обеспечения разных сумм сигналов для обработки для слепого разделения сигналов в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.14 - блок-схема устройства связи, действующего на основе расширяющих кодов, для обеспечения дополнительных сумм сигналов для обработки для слепого разделения сигналов в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.15 - блок-схема устройства связи, действующего на основе синфазных и квадратурных компонентов сигнала, для обеспечения дополнительных сумм сигналов для обработки для слепого разделения сигналов в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.16 - более подробная блок-схема синфазного и квадратурного модуля, соединенного с антенным элементом, как показано на фиг.15.

Фиг.17 - изображение приемника, принимающего колеблющиеся диаграммы направленности передачи, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.18 - изображение приемника, принимающего колеблющиеся диаграммы направленности передачи, которые являются масштабно переменными, но не поворачиваемыми, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.19 - изображение приемника, принимающего масштабно переменные и повернутые, колеблющиеся диаграммы направленности передачи и масштабно неизменные и повернутые колеблющиеся диаграммы направленности передачи, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.20 - изображение системы связи, в которой линейно-независимые временные периоды уровней мощности принимаются приемником из стационарного пункта передачи в инфраструктурном узле, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.21 - график контуров диаграмм направленности передачи, показанных на фиг.20, являющихся колеблющимися во временной последовательности, известной приемнику.

Фиг.22 - блок-схема системы связи, в которой применяются колеблющиеся диаграммы направленности передачи для поддержки передачи нескольких передатчиков в один и тот же пункт доступа, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.23 - временная шкала, на которой символьный период имеет 12 изменений (т.е. 12 чипов), а изменяемый параметр выдерживается постоянным для 4 последовательных чипов, в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения. Однако настоящее изобретение можно осуществить во многих других формах и нельзя считать ограниченным вариантами осуществления, описанными в настоящем описании. Точнее, следует считать, что настоящие варианты осуществления представлены с тем, чтобы настоящее описание было основательным и полным и целиком представляло объем изобретения специалистам в данной области техники. Сквозные сходные позиции относятся к похожим элементам, и штриховые обозначения служат для изображения сходных элементов в альтернативных вариантах осуществления.

В сетях связи имеются источники сигналов, предназначенные для специальных устройств связи, и существуют источники сигналов, предназначенные для других устройств связи, работающих в той же самой полосе частот. Когда сигнал источника встречает препятствия, которые вызывают его разветвление на несколько версий, каждая версия распространяется по отличающемуся пути к намеченному приемнику, т.е. имеет место многолучевое распространение. Существуют также источники шумов, которые производят сигналы, которые не служат для связи, но также принимаются устройствами связи.

Для облегчения декодирования представляющих интерес сигналов источников применяется слепое разделение сигналов для разделения сигналов, принимаемых устройством связи. Как отмечено выше, термин «слепое» означает тот факт, что, в идеальном случае, сигналы можно разделять без какого-либо знания характера сигналов или преобразований, которые происходят вследствие взаимодействий между сигналами и каналом связи. В практических реализациях часто применяют любое знание, которое имеется в наличии. При этом разделение сигналов является полуслепым.

Три распространенных метода, которые попадают под определение слепого разделения сигналов, представляют собой анализ главных компонент (PCA), анализ независимых компонент (ICA) и сингулярную декомпозицию (SVD). Пока сигналы являются независимыми по некоторой измеримой характеристике, и если суммы этих сигналов не связаны между собой линейными зависимостями, то, по меньшей мере, один из упомянутых методов слепого разделения сигналов можно использовать для выделения искомых сигналов источника из смеси сигналов источников. Измеримой характеристикой часто является некоторая комбинация первого, второго, третьего или четвертого моментов сигналов.

Метод PCA сглаживает спектр сигналов, использует первый и второй моменты и циклически сдвигает набор данных на основе корреляционных свойств. Если отношения сигнал/шум сигналов источников являются высокими, то процесс разделения сигналов может заканчиваться на PCA.

Если отношения сигнал/шум сигналов источников являются низкими, то метод ICA разделяет сигналы источников на основе статистических признаков, включающих в себя третий и четвертый моменты сигналов источников. Когда сигналы источников являются гауссовыми, их третий и четвертый моменты зависят от первого и второго моментов, и метод ICA может выделять один гауссов сигнал. В качестве альтернативы методам ICA и PCA, метод SVD выделяет сигналы источников из смеси сигналов источников на основе их собственных значений.

В качестве альтернативы обработке для слепого разделения сигналов, возможна обработка для разделения сигналов на основе процесса извлечения сигнала обработкой, основанной на знаниях. Процесс разделения сигналов на основе знаний выделяет искомые сигналы источников из матрицы смешения на основе, например, по меньшей мере, какого-то одного из процесса обращения в нуль незначащих коэффициентов (ZF) и процесса оценки минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE).

На фиг.1 представлен типичный сценарий, по которому множество источников 20 сигналов передают сигналы 22 источников. Сигналы 22 источников передаются в направлении, основанном на сформированных главных лепестках 24 диаграммы направленности антенны (далее, лучах антенны), соответствующих каждому соответствующему источнику 20 сигнала. Множество источников 20 сигналов содержит источники сигналов от первого источника 20(1) сигнала до M-го источника 20(M) сигнала. Аналогично, соответствующие сигналы источников обозначены позициями 22(1) - 22(M), и соответствующие лучи антенн обозначены позициями 24(1) - 24(M). В сетях связи часто применяются более простые реализации в виде всенаправленных диаграмм направленности антенн или направленных диаграмм направленности антенн.

Антенная решетка 32 устройства 30 связи принимает линейную комбинацию (смесь) сигналов 22 источников из источников 20 сигналов. Если сигналы 22 источников достигают антенной решетки 32 по, по меньшей мере, двум путям, то они известны как многолучевые сигналы. Причины многолучевого распространения включают в себя атмосферный волноводный эффект, ионосферные отражение и преломление и отражение и преломление от/в наземных объектах, например горах и зданиях.

Антенная решетка 32 содержит множество антенных элементов 34, при этом каждый антенный элемент обеспечивает, по меньшей мере, одну линейную комбинацию (смесь) сигналов 22 источников от источников 20 сигналов. Антенные элементы 34 содержат от первого антенного элемента 34(1) до N-го антенного элемента 34(N).

Принятые сигналы 22(1) - 22(M) источников сначала формируются в виде матрицы 36 смешения. Устройство 30 связи использует методы слепого разделения сигналов для определения матрицы 38 разделения с целью разделения сигналов источников в матрице смешения. Разделенные сигналы указаны позицией 39.

Устройство 30 связи совместно извлекает смесь сигналов источников, принятых антенной решеткой 32, взятием отсчетов составных или комбинированных значений принятых сигналов источников, без знания их характеристик. Выходной сигнал каждого антенного элемента 34 моделируется в виде суммы сигналов 32 источников после свертки с импульсным откликом канала, т.е. пути распространения между выходом источника 20 сигнала и выходом антенного элемента 34, плюс аддитивного гауссова шума.

Устройство 30 связи для разделения сигналов источников, обеспечиваемых M источниками 20(1)-20(M) сигналов, более подробно описано ниже со ссылкой на фиг.2. Антенная решетка 34 содержит N антенных элементов 34(1)-34(N) для приема вплоть до, по меньшей мере, N разных сумм M сигналов источников, где N и M больше чем 1. Антенная решетка 32 не ограничена какой-либо конкретной конфигурацией. Антенная решетка 32 может содержать, по меньшей мере, один антенный элемент 34. Антенные элементы 34 могут быть выполнены так, чтобы антенная решетка 32 формировала, например, фазированную решетку или антенну с коммутируемым лучом, как подробнее поясняется ниже.

Далее по ходу, к антенной решетке 32 подсоединен приемопередатчик 40 для приема вплоть до, по меньшей мере, N разных сумм M сигналов 22 источников. Процессор 42 расположен после приемопередатчика 40. Несмотря на то, что процессор 42 показан отдельно от приемопередатчика 40, процессор может также входить в состав приемопередатчика. Разные суммы M сигналов 22 источников, принятые приемопередатчиком 40, служат для заполнения матрицы 36 смешения. Затем матрица 36 смешения обрабатывается одним или более обрабатывающими модулями 44, 46 и 48 для слепого разделения сигналов в процессоре 42.

Обрабатывающие модули для слепого разделения сигналов содержат PCA-модуль 44, ICA-модуль 46 и SVD-модуль 48. Данные модули 44, 46 и 48 могут быть выполнены в виде составной части процессора 49 для слепого разделения сигналов. PCA-модуль 44 работает на основе первого и второго моментов разных сумм принятых сигналов источников, а ICA-модуль 46 работает на основе третьего и четвертого моментов тех же самых сигналов. SVD-модуль 48 выполняет разделение сигналов на основе собственных значений разных сумм принятых сигналов источников.

Корреляционная обработка, первоначально выполняемая PCA-модулем 44, определяет исходную матрицу 38(1) разделения для разных сумм сигналов источников, и затем ICA-модуль 46 определяет расширенную матрицу 38(2) разделения для разделения сигналов источников в матрице 36 смешения. Если сигналы разделяются SVD-модулем 48, то определяется также матрица 38(3) разделения для разделения разных сумм принятых сигналов источников в матрице 36 смешения.

Разделенные сигналы из каждой соответствующей матрицы 38(1)-38(3) разделения обозначены позицией 39. Затем разделенные сигналы 39 проходят анализ сигналов в модуле 50 анализа сигналов для определения сигналов, которые представляют интерес и которые представляют помехи. Специализированный прикладной обрабатывающий модуль 52 обрабатывает сигналы, выдаваемые из модуля 50 анализа сигналов.

Решение относительно того, какие сигналы представляют интерес, не всегда может предусматривать декодирование конечного сигнала. Например, прикладная задача может требовать идентификации источников помех и вычитания их разных сумм принятых сигналов источников, и затем подачи приведенного сигнала в декодер формы сигнала. При этом представляющие интерес сигналы являются сигналами, которые, в конечном счете, подавляются.

Информация, подаваемая в PCA-модуль 44, является однозначной суммой сигналов x_j. В качестве предположения принято, что рассматривается N линейных смесей mixtures x₁, …, x_N M независимых компонент:

x ₁(t)=a ₁₁ s ₁(t)+…a _1k s _k(t)+…a _1M s _M(t)

:

x _j(t)=a _j1 s ₁(t)+…a _jk s _k(t)+…a _jM s _M(t)

:

x _N(t)=a _N1 s ₁(t)+…a _Nk s _k(t)+…a _NM s _M(t)

В общем, как коэффициенты a _jk каналов, так и исходные сигналы s _k не известны приемопередатчику 40. В матричном представлении, вышеприведенную систему уравнений можно компактно записать в виде x=As, где A означает матрицу смешения. Статистическая модель x=As известна также под названием модели ICA. Традиционные методы основаны на нахождении инверсного образа канала: s=A^-1x.

ICA-модуль 46 определяет матрицу W разделения, и y=W(As) =Wx. Вектор y представляет собой подмножество s в неизвестном порядке, с изменениями масштаба. Если все сигналы не разделимы, то более общая форма имела бы вид y=W(As)+Wn=Wx+Wn, где дополнительный член n является остаточным шумом, обусловленным неидентифицируемыми источниками.

Модель ICA является порождающей моделью, т.е. это означает, что данная модель описывает, как наблюдаемые данные порождаются процессом смешения компонент s _k. Независимые компоненты являются скрытыми переменными, т.е. переменными, которые не невозможно наблюдать непосредственно. Кроме того, предполагается, что матрица A смешения не известна. Измеряемым является только случайный вектор x, и A и s подлежат оценке, исходя из x.

Исходной точкой ICA является предположение, что компоненты s _k являются статистически независимыми. Кроме того, предполагается, что независимые компоненты s _k содержат не более одного с гауссовым распределением. Ограничение на один сигнал с гауссовым распределением обусловлено тем, что третий момент гауссова сигнала равен 0, и его четвертый момент нельзя отличить среди гауссовых сигналов.

Для простоты, предполагается, что неизвестная матрица A смешения является квадратной. Следовательно, число независимых компонент равно числу наблюдаемых смесей. Однако данное предположение иногда можно смягчать. Если сигналы s _k являются статистически независимыми по некоторым измеримым характеристикам, то можно определить матрицу W разделения.

Ранг матрицы A смешения определяет, сколько сигналов можно разделить фактически. Например, ранг 4 матрицы смешения означает, что можно разделить 4 сигнала источников. В идеальном случае, ранг матрицы A смешения должен быть, по меньшей мере, равен числу M источников сигналов. Чем больше ранг, тем больше сигналов можно разделить. Когда число источников M возрастает, возрастает также требуемое число N антенных элементов. В обоих патентах США №№ 6799170 и 6931362 в разделе уровня техники поясняется, что число N антенных элементов равно или больше, чем число M источников сигналов, т.е. N≥M, иначе для разделения сигналов следует применять иной способ, а не слепое разделение сигналов.

Промышленный стандарт для создания линейно-независимых сумм сигналов состоит в использовании N некоррелированных датчиков, т.е. датчиков, пространственно разнесенных между собой на, по меньшей мере, длину волны. Длина волны зависит от рабочей частоты устройства 30 связи. N датчиков не являются пространственно коррелированными, но обладают поляризационной и угловой корреляцией. N некоррелированных датчиков обеспечивают N сумм линейно-независимых сигналов, где каждый датчик обеспечивает единственный элемент в матрицу A смешения.

Карта-схема или диаграмма различных способов создания линейно-независимых сумм сигналов источников для матрицы A смешения сначала поясняется со ссылкой на фиг.3. После краткого введения, ниже приведено более подробное пояснение каждого подхода.

Первая секция карты-схемы относится к усовершенствованиям, которые можно внести на передающей стороне линии связи для формирования линейно-независимых сумм сигналов, чтобы намеченный приемник мог заполнить свою матрицу смешения до ранга, достаточного для обработки для разделения сигналов. Блок 90 представляет мобильные устройства связи, и блок 92 представляет передатчики в инфраструктурном узле. Оба данных блока подают сигналы в радиочастотные (RF) каналы (блок 94), которые, в свою очередь, подают RF-сигналы в следующую секцию карты-схемы, т.е. в конфигурации антенных приемников.

Во второй секции карты-схемы блок 100 представляет некоррелированные датчики, при этом каждый датчик обеспечивает единственный вход в матрицу A смешения. Блок 102 представляет коррелированную антенную решетку, при этом антенная решетка обеспечивает несколько входов для заполнения матрицы A смешения. Блок 104 также представляет антенную решетку, при этом часть антенных элементов являются коррелированными, и антенные элементы имеют разные поляризации для заполнения матрицы A смешения. Разные комбинации датчиков и антенных решеток, обозначенные блоками 100, 102 и 104, могут быть объединены в блоке 106 для дополнительного заполнения матрицы смешения в блоке 116.

Третья секция карты-схемы относится к усовершенствованиям конфигураций антенных приемников, обеспеченным во второй секции. Усовершенствования выполнены так, чтобы собирать дополнительные или замещающие суммы источников сигналов для дополнительного заполнения матрицы A смешения. Блок 108 содержит отклонение антенны, при котором изменяют угол возвышения антенны для получения дополнительных сумм сигналов источников. В блоке 108 можно применить любую из комбинаций блока 106.

В блоке 110 выполняется выбор пути, чтобы все суммы сигналов источников, применяемых для заполнения матрицы A смешения, были коррелированными (1-й и 2-й моменты) и/или статистически (3-й и 4-й моменты) независимыми. Другими словами, поступающие сигналы селективно выбираются для приема новых сумм сигналов источников, чтобы заменять суммы, которые не являются коррелированными и/или статистически независимыми. Блок 110 может получать любую из комбинаций в блоках 106 и 108. Блоки 108 и 110 могут быть подведены непосредственно к блоку 116 матрицы смешения.

Четвертая секция карты-схемы касается разделения сигнала для дополнительного заполнения матрицы смешения в блоке 116. Например, блок 112 делит разные суммируемые сигналы с использованием расширяющих кодов. Если суммируемый сигнал содержит k расширяющих кодов, то данный конкретный суммируемый сигнал можно обработать для обеспечения k суммируемых сигналов, связанных с ним. Расширяющие коды можно применять в сочетании с выходами блоков 106, 108 и 110. Блок 114 делит разные суммируемые сигналы на синфазные (I) и квадратурные (Q) компоненты для дополнительного заполнения матрицы смешения. Таким образом, I- и Q-компоненты выполняют функцию множителя 2 для матрицы смешения и могут применяться в комбинации с выходами блоков 106, 108, 110 и 112.

Конечная секция карты-схемы является матрицей смешения A, формируемой в блоке 116. Как показано на карте-схеме, матрицу A смешения можно заполнять разными суммами сигналов источников, на основе любого из вышеописанных блоков. Преимущество конфигураций антенных решеток во второй секции состоит в том, что для заполнения матрицы A смешения можно сформировать компактные антенные решетки. Преимущество конфигураций антенных решеток в третьей секции состоит в том, что N антенных элементов, где N меньше, чем число M сигналов источников, можно применить для заполнения матрицы смешения с M или более суммами сигналов источников.

В связи с антенными конфигурациями, представленными на карте-схеме, ниже описана антенная решетка, содержащая N коррелированных антенных элементов для приема, по меньшей мере, N разных сумм M сигналов источников, где N и M больше единицы. В одном варианте осуществления антенная решетка является антенной 140 с коммутируемым лучом, показанной на фиг.4.

Антенная решетка 140 с коммутируемым лучом формирует множество диаграмм направленности антенны, включая направленные диаграммы направленности антенны и всенаправленную диаграмму направленности антенны. Антенна 140 с коммутируемым лучом содержит активный антенный элемент 142 и пару пассивных антенных элементов 144. Фактическое число активных и пассивных антенных элементов 142, 144 изменяется в зависимости от назначенного применения. Более подробная информация об антенных решетках с коммутируемым лучом приведена в заявке на патент США № 11/065,752. Данная заявка на патент принадлежит текущему обладателю настоящего изобретения, и ее содержание целиком включено в настоящую заявку путем отсылки.

Каждый пассивный антенный элемент 144 содержит верхнюю половину 144a и нижнюю половину 144b. Верхние половины 144a пассивных антенных элементов 144 подсоединены к горизонтальному отражающему элементу 146 через реактивные нагрузки 148. Реактивные нагрузки 148 являются переменными реактивными сопротивлениями, которые можно изменять от емкостного сопротивления до индуктивного сопротивления за счет применения варакторов, линий передачи или коммутации. Путем изменения реактивных нагрузок 148 можно изменять диаграммы направленности излучения. Так как имеется два пассивных антенных элемента 144, то можно формировать четыре разных диаграммы