Волнообразные диаграммы направленности в режиме передачи для многочисленных одновременно работающих передатчиков для поддержки разделения сигналов в приемнике

Волнообразные диаграммы направленности в режиме передачи для многочисленных одновременно работающих передатчиков для поддержки разделения сигналов в приемнике

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области обработки сигналов и, в частности, к выделению полезных сигналов источников из смеси сигналов источников, используя способы разделения сигналов.

Уровень техники

Разделение сигналов источников включает в себя восстановление сигналов источников из составного сигнала, причем составной сигнал включает в себя смесь сигналов источников. Разделение сигналов источников включает в себя, например, слепое разделение сигналов (BSS). Разделение является «слепым», так как оно часто выполняется с ограниченной информацией о сигналах, источниках сигналов и влияниях, которые канал распространения имеет на сигналы.

Примером является знакомый эффект «вечеринки с коктейлем», когда человек на вечеринке может выделять один голос из комбинации всех голосов в комнате. Слепое разделение источников особенно применимо к устройствам сотовой и персональной беспроводной связи, где многие полосы частот стали заполненными многочисленными радиочастотными излучателями, часто существующими совместно в одной и той же части спектра. Ожидается, что с годами проблема излучателей в одном и том же канале только ухудшится с развитием маломощных, нелицензируемых беспроводных технологий, таких как Bluetooth и других персональных сетей.

Тремя широко применяемыми способами слепого разделения сигналов являются анализ главных компонентов (PCA), анализ независимых компонентов (ICA) и разложение по сингулярным числам (SVD). PCA использует статистику первого и второго моментов сигналов источников и используется тогда, когда отношения сигнал-шум сигналов источников высокие. В противном случае, используется ICA, который использует обработку PCA, за которой следует статистика третьего и четвертого моментов сигналов источников. В качестве альтернативы, SVD может использоваться для выделения сигнала источника из смеси сигналов источников, основываясь на их характеристических числах.

Независимо от способа слепого разделения сигналов, который применяется, используется множество датчиков для приема различных смесей сигналов источников от различных источников сигнала. Каждый датчик выводит смесь сигналов источников, которая представляет собой уникальную сумму сигналов источников. Как правило, как коэффициенты каналов, так и исходные сигналы источников неизвестны приемнику. Уникальные суммы сигналов используются для заполнения смешивающей матрицы. Соответствующий способ слепого разделения сигналов затем применяется к смешивающей матрице для выделения полезных сигналов источников из смеси сигналов источников.

В качестве примера, патент США № 6799170 описывает выделение сигнала независимого источника из смеси сигналов источников, используя ICA. Множество датчиков принимают смесь сигналов источников, и процессор выполняет отсчет смеси сигналов источников во времени и сохраняет каждый отсчет в качестве вектора данных для создания набора данных. Каждый датчик выводит смесь сигналов источников, которая представляет собой уникальную сумму сигналов источников. Модуль ICA выполняет анализ независимых компонентов векторов данных для выделения сигнала независимого источника из других сигналов в смеси сигналов источников.

Датчики пространственно отделены один от другого, и процессор генерирует только один вектор данных для каждого соответствующего датчика для создания набора данных. Патент '170 также описывает, что количество датчиков N равно или больше количества источников М, т.е. N≥М для заполнения набора данных. Проблема с такой реализацией заключается в том, что когда увеличивается количество источников М, тогда также увеличивается количество датчиков N. Маленькие портативные устройства связи имеют мало доступного объема для большого количества датчиков N, и установка датчиков на внешней поверхности устройств связи представляет собой проблему для пользователей.

Патент США № 6931362 описывает другой способ разделения сигналов, используя слепое разделение сигналов. Описанный способ слепого разделения сигналов формирует смешивающую матрицу с гибридными весовыми коэффициентами пучка матриц адаптивной антенной решетки, которые минимизируют среднеквадратические отклонения как из-за излучателей помех, так и из-за гауссова шума. Гибридные весовые коэффициенты максимизируют отношение сигнала к помехам и шуму. Как и с патентом '170, датчики также пространственно отделены друг от друга, и количество датчиков N равно или больше, чем количество источников M для заполнения смешивающей матрицы. Кроме того, каждый датчик обеспечивает один вход для смешивающей матрицы, приводя к большему объемному пространству для портативного устройства связи.

Ранг смешивающей матрицы, таким образом, определяет, сколько сигналов, фактически, могут разделяться. Чем больше ранг, тем больше сигналов, которые могут разделяться. Многолучевой сигнал имеет преимущество в том, что он может использоваться для заполнения смешивающей матрицы до тех пор, пока многолучевой сигнал является независимым в некоторой измеряемой характеристике. Многолучевое распространение происходит тогда, когда одна передача данных встречает препятствия, которые вызывают разделение ее на многочисленные версии, причем каждая имеет различный путь к предполагаемому приемнику.

Однако символы в многолучевом сигнале могут сдвигаться во времени, так что, когда они достигают предполагаемый приемник, они могут аннулировать или создавать помехи другим принятым символам. Альтернативно, многолучевое распространение может даже не существовать между источником сигнала и предполагаемым приемником. В результате этого, количество линейно независимых сумм сигналов, принимаемых предполагаемым приемником для обоих из этих случаев, может быть недостаточным для заполнения смешивающей матрицы для разделения сигналов.

Сущность изобретения

С учетом вышеприведенных предпосылок, задачей настоящего изобретения, поэтому, является генерирование линейно независимых сумм сигналов, так что предполагаемый приемник может заполнить смешивающую матрицу до размера ранга, достаточного для обработки разделения сигналов.

Эта и другие задачи, признаки и преимущества согласно настоящему изобретению обеспечиваются системой связи, содержащей по меньшей мере J мобильных устройств беспроводной связи, передающих одновременно, где J≥2. Каждое мобильное устройство беспроводной связи передает сигнал источника, определяемый соответствующим набором знаков, содержащим множество символов. По меньшей мере один из символов в соответствующем наборе знаков передается с другим уровнем мощности, так что передаваемые сигналы источников от по меньшей мере J мобильных устройств беспроводной связи появляются в по меньшей мере от L₁ до L_J периодах времени с линейно независимыми уровнями мощности, где L_J≥1, причем по меньшей мере один L_J>1.

Термин «волнообразная форма», используемый в данном документе, относится, таким образом, к контурам диаграммы направленности в режиме передачи с изменяющимися коэффициентами усиления, которые могут отображать или могут не отображать степени симметрии. Это выполняется посредством того, что по меньшей мере один из символов в наборе знаков передается с другим уровнем мощности, так что передаваемый сигнал источника появляется в L периодах времени с линейно независимыми уровнями мощности.

Стационарное устройство связи может разделять сигналы источников, обеспечиваемых М источниками сигнала, где М≥2. J мобильных устройств беспроводной связи могут обеспечивать J из М сигналов источников, включающих в себя до (L₁*…*L_J) периодов времени с линейно независимыми уровнями мощности. Стационарное устройство связи может содержать антенную решетку, содержащую N антенных элементов для приема по меньшей мере N различных сложений М сигналов источников, где N≥1. Приемник может быть соединен с антенной решеткой для приема по меньшей мере N различных сложений М сигналов источников.

Процессор разделения сигналов может быть подсоединен к приемнику для формирования смешивающей матрицы, содержащей по меньшей мере N различных сложений М сигналов источников. Смешивающая матрица может иметь ранг, равный до по меньшей мере (L₁*…*L_J). Процессор разделения сигналов выделяет полезные сигналы источников из смешивающей матрицы.

В результате того, что каждое мобильное устройство беспроводной связи генерирует L периодов времени с линейно независимыми уровнями мощности из одного сигнала источника, создаются многочисленные версии уровней мощности сигнала, так что соответствующее количество многочисленных сумм сигналов, принимаемых на стационарном устройстве связи, может использоваться для заполнения смешивающей матрицы для разделения сигналов.

Мобильные устройства беспроводной связи могут использовать синхронизированные во времени временные интервалы для передачи сигналов источников. Каждое мобильное устройство беспроводной связи может содержать внутренний генератор тактовых импульсов для установки своего собственного тактирования соответствующим синхронизированным во времени временным интервалам. Альтернативно, стационарное устройство связи может содержать передатчик для передачи синхросигнала, так что мобильные устройства беспроводной связи могут устанавливать свое собственное тактирование соответствующим синхронизированным во времени временным интервалам.

При создании периодов времени с линейно независимыми уровнями мощности, амплитуда каждого символа в наборе знаков может быть постоянной, причем по меньшей мере два символа передаются с различными уровнями мощности.

Стационарное устройство связи может представлять собой часть базовой станции, так что система связи конфигурируется как сотовая сеть.

Система связи может дополнительно содержать по меньшей мере один стационарный приемник, связанный с по меньшей мере одним стационарным передатчиком, и в которой устройство беспроводной связи может дополнительно содержать мобильный передатчик для обеспечения обратной связи с по меньшей мере одним стационарным передатчиком при помощи по меньшей мере одного стационарного приемника при передаче по меньшей мере одного символа в наборе знаков с другим уровнем мощности. Обратная связь может содержать регулировку уровня мощности, и последовательность символов в наборах знаков передается с другим уровнем мощности.

Процессор разделения сигналов может содержать процессор слепого разделения сигналов и выделять полезные сигналы источников из смешивающей матрицы, основываясь на по меньшей мере одном из анализа главных компонентов (PCA), анализа независимых компонентов (ICA) и разложения по сингулярным числам (SVD). Альтернативно, процессор разделения сигналов может выделять полезные сигналы источников из смешивающей матрицы, основываясь на процессе извлечения сигнала посредством основанной на знании обработки.

Антенная решетка в приемнике может быть выполнена с различными конфигурациями антенны. Антенные элементы могут содержать коррелированные и/или некоррелированные антенные элементы, причем каждый элемент обеспечивает один ввод для смешивающей матрицы. Альтернативно, часть антенных элементов может иметь различную поляризацию для заполнения смешивающей матрицы.

Улучшения могут быть сделаны в антенных конфигурациях, так что дополнительные или заменяющие сложения сигналов источников собираются для дополнительного заполнения смешивающей матрицы. Может использоваться отклонение решетки, при котором угол возвышения диаграмм направленности антенны меняется для приема дополнительных сложений сигналов источников.

Может выполняться выбор пути, так что все сложения сигналов источников, используемые для заполнения смешивающей матрицы А, имеют подходящую корреляцию (1-го и 2-го момента) и/или статистически (3-й и 4-й моменты) независимые значения. Другими словами, поступающие сигналы выбираются селективно для приема новых сложений сигналов источников для замены сложений, которые не являются коррелированными и/или статистически независимыми, подходящим образом.

Может выполняться разделение сигналов для дополнительного заполнения смешивающей матрицы. Различные сигналы сложения могут расщепляться с использованием кодов расширения спектра. Если сигнал сложения имеет k кодов расширения спектра, тогда этот конкретный сигнал сложения может обрабатываться для получения k сигналов сложения, связанных с ними. Другие сигналы сложения также могут расщепляться на синфазную (I-) и квадратурную (Q-) составляющие для дополнительного заполнения смешивающей матрицы. I- и Q-составляющие, таким образом, служат в качестве множителя 2 для смешивающей матрицы.

Другим аспектом настоящего изобретения является способ работы определенной выше системы связи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему сценария типовой работы, в котором устройство связи принимает полезные и нежелательные сигналы от их соответствующих источников сигнала согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 представляет собой более подробную блок-схему устройства связи, показанного на фиг.1.

Фиг.3 представляет собой схему различных подходов для создания линейно независимых сложений сигналов источников для смешивающей матрицы согласно настоящему изобретению.

Фиг.4 представляет собой блок-схему антенной решетки, выполненной в виде антенны с коммутируемым лучом согласно настоящему изобретению.

Фиг.5 представляет собой блок-схему антенной решетки, выполненной в виде фазированной решетки согласно настоящему изобретению.

Фиг.6 представляет собой блок-схему антенной решетки, выполненной с поляризованными антенными элементами согласно настоящему изобретению.

Фиг.7 представляет собой трехмерный график, иллюстрирующий использование трехмерной поляризации согласно настоящему изобретению.

Фиг.8 представляет собой блок-схему устройства связи с антенной решеткой, содержащей коррелированные и некоррелированные антенные элементы для обеспечения различных сложений сигналов для обработки слепого разделения сигналов согласно настоящему изобретению.

Фиг.9 представляет собой блок-схему устройства связи, работающего на основе отклонения решетки для обеспечения различных сложений сигналов для обработки слепого разделения сигналов согласно настоящему изобретению.

Фиг.10 представляет собой блок-схему антенны с коммутируемым лучом с контроллером угла возвышения для селективного изменения угла возвышения диаграммы направленности антенны согласно настоящему изобретению.

Фиг.11 представляет собой график антенны, иллюстрирующий диаграмму направленности антенны в направлении азимута и затем повернутую в направлении угла возвышения под действием контроллера угла возвышения, изображенного на фиг.9.

Фиг.12 представляет собой блок-схему антенного элемента с высокочастотным (ВЧ-) дросселем, образованным в экране для поворота диаграммы направленности антенны в направлении угла возвышения согласно настоящему изобретению.

Фиг.13 представляет собой блок-схему устройства связи, работающего на основе выбора пути для обеспечения различных сложений сигналов для обработки слепого разделения сигналов согласно настоящему изобретению.

Фиг.14 представляет собой блок-схему устройства связи, работающего на основе кодов расширения спектра для обеспечения дополнительных сложений сигналов для обработки слепого разделения сигналов согласно настоящему изобретению.

Фиг.15 представляет собой блок-схему устройства связи, работающего на основе синфазной и квадратурной составляющих сигнала для обеспечения дополнительных сложений сигналов для обработки слепого разделения сигналов согласно настоящему изобретению.

Фиг.16 представляет собой более подробную блок-схему синфазного и квадратурного модуля, подсоединенного к антенному элементу, показанному на фиг.15.

Фиг.17 представляет собой иллюстрацию приемника, принимающего волнообразные диаграммы направленности в режиме передачи согласно настоящему изобретению.

Фиг.18 представляет собой иллюстрацию приемника, принимающего волнообразные диаграммы направленности в режиме передачи, которые масштабированы, но не повернуты, согласно настоящему изобретению.

Фиг.19 представляет собой иллюстрацию приемника, принимающего масштабированные и повернутые волнообразные диаграммы направленности в режиме передачи и немасштабированные и повернутые волнообразные диаграммы направленности в режиме передачи согласно настоящему изобретению.

Фиг.20 представляет собой иллюстрацию системы связи, в которой периоды времени с линейно независимыми уровнями мощности принимаются приемником от стационарной точки передачи на узле инфраструктуры согласно настоящему изобретению.

Фиг.21 представляет собой график контуров диаграммы направленности в режиме передачи, показанных на фиг.20, которые являются волнообразными в последовательности тактирования, известной приемнику.

Фиг.22 представляет собой блок-схему системы связи, в которой волнообразные диаграммы направленности используются для поддержки многочисленных передатчиков, передающих на одну и ту же точку доступа, согласно настоящему изобретению.

Фиг.23 представляет собой временную шкалу, на которой период символа имеет 12 разновидностей (т.е. 12 элементарных посылок), в то время как изменяемый параметр сохраняется постоянным в течение 4 последовательных элементарных посылок согласно настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Настоящее изобретение ниже описывается более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные варианты осуществления изобретения. Данное изобретение, однако, может быть воплощено во многих различных видах и не должно толковаться как ограничиваемое вариантами осуществления, изложенными в данном документе. Скорее, эти варианты осуществления предусмотрены для того, чтобы данное раскрытие было полным и завершенным и полностью передавало объем изобретения для специалиста в данной области техники. Подобные позиции ссылаются на подобные элементы по всем чертежам, и основная система обозначений используется для указания подобных элементов в альтернативных вариантах осуществления.

В сетях связи имеются сигналы источников, предназначенные для заданного устройства связи, и имеются сигналы источников, предназначенные для других устройств связи, работающих в этой же полосе частот. Когда сигнал источника встречает препятствия, которые вызывают расщепление его на многочисленные версии, причем каждая имеет различный путь к предполагаемому приемнику, имеет место многолучевое распространение. Имеются также источники шума, которые создают сигналы, которые не используются для связи, но также принимаются устройствами связи.

Чтобы способствовать декодированию представляющих интерес сигналов источников, используется слепое разделение сигналов для разделения сигналов, принимаемых устройством связи. Как отмечено выше, термин «слепой» ссылается на тот факт, что в идеальном случае сигналы могут разделяться без какого-либо знания о характере сигналов или преобразований, которые имеют место из-за взаимодействий между сигналами и каналом связи. В практических реализациях часто используются любое знание, которое является доступным. В таком случае, разделение сигналов является полуслепым.

Тремя широко используемыми способами, которые подпадают под слепое разделение сигналов, являются анализ главных компонентов (PCA), анализ независимых компонентов (ICA) и разложение по сингулярным числам (SVD). Пока сигналы являются независимыми по некоторой измеряемой характеристике и если их суммы сигналов являются линейно независимыми друг от друга, один или несколько из этих способов слепого разделения сигналов может использоваться для выделения независимых или полезных сигналов источников из смеси сигналов источников. Измеряемая характеристика часто представляет собой некоторую комбинацию первого, второго, третьего или четвертого момента сигналов.

PCA отбеливает сигналы, использует первый и второй моменты и циклически сдвигает набор данных, основываясь на корреляционных свойствах. Если отношения сигнал-шум сигналов источников высокие, процесс разделения сигналов может останавливаться с PCA.

Если отношения сигнал-шум сигналов источников являются низкими, тогда ICA разделяет сигналы источников, основываясь на статистических атрибутах, включающих в себя третий и четвертый моменты сигналов источников. Когда сигналы источников являются гауссовыми, их третий и четвертый моменты являются зависимыми от первого и второго моментов, и ICA может выделять один гауссов сигнал. В качестве альтернативы ICA и PCA, SVD выделяют сигналы источников из смеси сигналов источников, основываясь на их характеристических числах.

В качестве альтернативы обработке слепого разделения сигналов, обработка разделения сигналов может основываться на процессе извлечения сигнала посредством основанной на знании обработки. Процесс основанного на знании разделения сигналов выделяет полезные сигналы источников из смешивающей матрицы, основываясь, например, по меньшей мере на одном из процесса обращения в нуль незначащих коэффициентов (ZF) и процесса оценки с минимальной среднеквадратической ошибкой (MMSE).

Типичный сценарий изображен на фиг.1, на которой множество источников 20 сигнала передают сигналы 22 источников. Сигналы 22 источников передаются в направлении, основываясь на сгенерированных антенных лучах 24, связанных с каждым соответствующим источником 20 сигнала. Множество источников 20 сигнала включает в себя с первого источника 20(1) сигнала до M-го источника 20(М) сигнала. Аналогично, соответствующие сигналы источников упоминаются как 22(1)-22(М), и соответствующие антенные лучи упоминаются как 24(1)-24(М). Более непосредственные реализации часто используются в сетях связи в виде ненаправленных диаграмм направленности антенны или направленных диаграмм направленности антенны.

Антенная решетка 32 для устройства 30 связи принимает линейную комбинацию (смесь) сигналов 22 источников от источников 20 сигнала. Если сигналы 22 источников достигают антенной решетки 32 по двум или более путям, они тогда становятся известными как многолучевые сигналы. Причины многолучевого распространения включают в себя распространение волн в атмосферном волноводе, ионосферное отражение и рефракция и отражение и рефракция от наземных объектов, таких как горы и здания.

Антенная решетка 32 содержит множество антенных элементов 34, причем каждый антенный элемент обеспечивает по меньшей мере одну линейную комбинацию (смесь) сигналов 22 источников от источников 20 сигнала. Антенные элементы 34 включают в себя с первого антенного элемента 34(1) по N-й антенный элемент 34(N).

Принятые сигналы 22(1)-22(M) источников первоначально формируются в смешивающую матрицу 36. Устройство 30 связи использует способы слепого разделения сигналов для определения разделяющей матрицы 38 для разделения сигналов источников в смешивающей матрице. Разделенные сигналы представлены позицией 39.

Устройство 30 связи совместно извлекает смесь сигналов источников, принятых антенной решеткой 32, посредством взятия отсчетов совокупности или смеси принятых сигналов источников без знания их характеристик. Выходной сигнал каждого антенного элемента 34 моделируется в виде сложения сигналов 22 источников после свертки посредством импульсной характеристики канала, т.е. путь распространения между выходом источника 20 сигнала и выходом антенного элемента 34 плюс аддитивный гауссов шум.

Ниже более подробно описывается со ссылкой на фиг.2 устройство 30 связи для разделения сигналов источников, обеспечиваемых М источниками 20(1)-20(M) сигнала. Антенная решетка 34 включает в себя N антенных элементов 34(1)-34(N) для приема до по меньшей мере N различных сложений М сигналов источников, причем N и М больше 1. Антенная решетка 32 не ограничивается никакой конкретной конфигурацией. Антенная решетка 32 может включать в себя один или несколько антенных элементов 34. Антенные элементы 34 могут быть выполнены так, что антенная решетка 32 образует фазированную решетку или антенну с коммутируемым лучом, например, как более подробно описано ниже.

Приемопередатчик 40 подсоединен далее по ходу сигнала от антенной решетки 32 для приема до по меньшей мере N различных сложений М сигналов 22 источников. Процессор 42 расположен далее по ходу сигнала от приемопередатчика 40. Хотя процессор 42 изображен отдельно от приемопередатчика 40, процессор также может быть включен в приемопередатчик. Другие сложения М сигналов 22 источников, принятых приемопередатчиком 40, используются для заполнения смешивающей матрицы 36. Смешивающая матрица 36 затем обрабатывается одним или несколькими модулями 44, 46 и 48 обработки слепого разделения сигналов в процессоре 42.

Модули обработки слепого разделения сигналов включают в себя модуль 44 PCA, модуль 46 ICA и модуль 48 SVD. Эти модули 44, 46 и 48 могут быть выполнены как часть процессора 49 слепого разделения сигналов. Модуль 44 PCA работает на основе первого и второго момента различных сложений принятых сигналов источников, тогда как модуль 46 ICA работает на основе третьего и четвертого моментов этих же сигналов. Модуль 48 SVD выполняет разделение сигналов, основываясь на характеристических числах различных сложений принятых сигналов источников.

Корреляционная обработка, первоначально выполняемая модулем 44 PCA, определяет первоначальную разделяющую матрицу 38(1) для различных сложений сигналов источников, и модуль 46 ICA затем определяет улучшенную разделяющую матрицу 38(2) для разделения сигналов источников в смешивающей матрице 36. Если сигналы разделяются модулем 48 SVD, разделяющая матрица 38(3) также определяется для разделения различных сложений принятых сигналов источников в смешивающей матрице 36.

От каждой соответствующей разделяющей матрицы 38(1)-38(3) разделенные сигналы представляются ссылочным номером 39. Разделенные сигналы 39 затем подвергаются анализу сигналов модулем 50 анализа сигналов для определения, какие сигналы представляют интерес и какие сигналы представляют собой источники помех. Зависимый от приложения модуль 52 обработки обрабатывает сигналы, выводимые из модуля 50 анализа сигналов.

Решение, какие сигналы представляют интерес, не всегда может включать в себя окончательный сигнал, подлежащий декодированию. Например, приложение может требовать идентификацию источников помех и вычитание их из различных сложений принятых сигналов источников, и затем подачу сокращенного сигнала на декодер формы волны. В этом случае, представляющими интерес сигналами являются сигналы, которые, в конечном счете, подавляются.

Информацией, подаваемой на модуль 44 PCA, является уникальная сумма сигналов x _j. Предполагается, что наблюдается N линейных смесей x₁,…,x_N из М независимых компонентов:

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)

Как правило, как коэффициенты a _jk канала, так и исходные сигналы s _k неизвестны приемопередатчику 40. В матричном представлении вышеупомянутая система уравнений может быть компактно записана как x=As, где А представляет собой смешивающую матрицу. Статистическая модель x=As также известна как модель ICA. Традиционные способы пытаются найти обратную величину канала: s=A^-1x.

Модуль 46 ICA определяет разделяющую матрицу W, и y=W(As)=Wx. Вектор y представляет собой поднабор s в неизвестном порядке с изменениями масштабирования. Если все сигналы не являются разделяемыми, более общей формой будет y=W(As)+Wn=Wx+Wn, где дополнительный член n представляет собой остаточный шум вследствие неидентифицируемых источников.

Модель ICA представляет собой обобщенную модель, что означает, что она описывает, как наблюдаемые данные генерируются процессом смешивания компонентов s _k. Независимыми компонентами являются скрытые переменные, означающие, что их нельзя непосредственно наблюдать. Также, предполагается, что смешивающая матрица А неизвестна. Все, что наблюдается, представляет собой случайный вектор x, и А и s необходимо оценивать, основываясь на x.

Начальной точкой ICA является предположение, что компоненты s _k являются статистически независимыми. Кроме того, предполагается, что независимые компоненты s _k максимум имеют один с гауссовым распределением. Один сигнал с ограничением гауссовым распределением является вследствие того факта, что третий момент гауссова сигнала равен 0 и четвертый момент является неразличимым среди гауссовых сигналов.

Для простоты предполагается, что неизвестная смешивающая матрица А является квадратной. Таким образом, количество независимых компонентов равно количеству наблюдаемых смесей. Однако это предположение иногда может делаться менее строгим. Пока сигналы s _k являются статистически независимыми по некоторой измеряемой характеристике, может быть определена разделяющая матрица W.

Ранг смешивающей матрицы А определяет, сколько сигналов фактически может разделяться. Например, смешивающая матрица, имеющая ранг 4, означает, что могут разделяться 4 сигнала источников. Идеально, ранг смешивающей матрицы А по меньшей мере должен быть равен количеству источников М сигнала. Чем больше ранг, тем больше сигналов, которые могут разделяться. Если увеличивается количество источников М, тогда также увеличивается требуемое количество антенных элементов N. Патенты '170 и '362, описанные в разделе «Уровень техники», оба описывают, что количество антенных элементов N равно или больше количества источников М сигнала, т.е. N≥M, в противном случае способ, отличный от слепого разделения сигналов, должен использоваться для разделения сигналов.

Промышленный стандарт для создания линейно независимых сумм сигналов должен использовать N некоррелированных датчиков, т.е. датчики разнесены по меньшей мере на длину волны друг от друга. Длина волны основывается на рабочей частоте устройства 30 связи. N датчиков являются некоррелированными в пространстве, но коррелированными по поляризации и по углу. N некоррелированных датчиков обеспечивают N сумм линейно независимых сигналов, где каждый датчик обеспечивает один ввод в смешивающую матрицу А.

Схема или краткое содержание различных подходов для создания линейно независимых сложений сигналов источников для смешивающей матрицы А в начале описываются со ссылкой на фиг.3. После краткого введения, ниже более подробно описывается каждый подход.

Первая часть схемы относится к улучшениям, которые могут быть выполнены на стороне передатчика линии связи для генерирования сумм линейно независимых сигналов, так что предполагаемый приемник может заполнять свою смешивающую матрицу до размера ранга, достаточного для обработки разделения сигналов. Блок 90 представляет мобильные устройства связи, и блок 92 представляет передатчики на узле инфраструктуры. Оба этих блока подают сигнал на радиочастотные (РЧ-) каналы (блок 94), которые, в свою очередь, обеспечивают РЧ-сигналы для следующей части схемы, т.е. конфигураций приемника антенны.

Во второй части схемы, блок 100 представляет некоррелированные датчики, причем каждый датчик обеспечивает один ввод в смешивающую матрицу А. Блок 102 представляет коррелированную антенную решетку, причем решетка обеспечивает многочисленные вводы для заполнения смешивающей матрицы А. Блок 104 также представляет антенную решетку, причем часть антенных элементов являются коррелированными, и антенные элементы имеют различные поляризации для заполнения смешивающей матрицы А. Различные комбинации датчиков и антенных решеток, к которым обращаются блоки 100, 102 и 104, могут объединяться в блок 106 для дополнительного заполнения смешивающей матрицы в блоке 116.

Третья секция схемы касается улучшений конфигураций приемника антенны, предусмотренных во второй части. Улучшения выполнены так, что дополнительные или заменяющие сложения сигналов источников собираются для дополнительного заполнения смешивающей матрицы А. Блок 108 использует отклонение решетки, при котором меняется угол возвышения диаграмм направленности антенны для приема дополнительных сложений сигналов источников. Любая из комбинаций в блоке 106 может использоваться в блоке 108 отклонения решетки.

В блоке 110 выполняется выбор пути, так что все сложения сигналов источников, используемых для заполнения смешивающей матрицы А, являются коррелированными (1-й и 2-й моменты) и/или статистически независимыми (3-й и 4-й моменты). Другими словами, селективно выбираются поступающие сигналы для приема новых сложений сигналов источников для замены сложений, которые не являются коррелированными и/или статистически независимыми. Сигнал на блок 110 может подаваться от любого из комбинации в блоке 106 и 108. Блоки 108 и 110 могут подавать непосредственно на блок 116 смешивающей матрицы.

Четвертая часть схемы относится к расщеплению сигнала для дополнительного заполнения смешивающей матрицы в блоке 116. Например, блок 112 расщепляет различные сигналы сложений, используя коды расширения спектра. Если сигнал сложения имеет k кодов расширения спектра, тогда этот конкретный сигнал сложения может обрабатываться для обеспечения k сигналов сложений, ассоциированных с ним. Коды расширения спектра могут применяться в комбинации с выходными сигналами блоков 106, 108 и 110. Блок 114 расщепляет различные сигналы сложения на синфазную (I-) и квадратурную (Q-) составляющие для дополнительного заполнения смешивающей матрицы. I- и Q-составляющие, таким образом, служат в качестве множителя 2 для смешивающей матрицы и могут применяться в комбинации с выходными сигналами блоков 106, 108, 110 и 112.

Последняя часть схемы представляет собой смешивающую матрицу А, сформированную в блоке 116. Как изображено на схеме, смешивающая матрица А может заполняться различными сложениями сигналов источников, основываясь на любом из вышеописанных блоков. Преимущество конфигураций антенной решетки во второй части заключается в том, что компактные антенные решетки могут быть сформированы для заполнения смешивающей матрицы А. Преимущество конфигураций антенной решетки в третьей и четвертой частях заключается в том, что N антенных элементов, где N меньше, чем количество М сигналов источников, может использоваться для заполнения смешивающей матрицы посредством М или более сложений сигналов источников.

С учетом антенных конфигураций, описанных в схеме, описывается антенная решетка, содержащая N коррелированных антенных элементов для приема по меньшей мере N различных сложений M сигналов источников, причем N и M больше 1. В одном варианте осуществления антенная решетка представляет собой антенну 140 с коммутируемым лучом, как показано на фиг.4.

Антенная решетка 140 с коммутируемым лучом генерирует множество диаграмм направленности антенны, включая направленные диаграммы направленности антенны и ненаправленную диаграмму направленности антенны. Антенна 140 с коммутируемым лучом включает в себя активный антенный элемент 142 и пару пассивных антенных элементов 144. Фактическое количество активных и пассивных антенных элементов 142, 144 изменяется в зависимости от предполагаемого приложения. Ссылка делается на заявку на патент США № 11/065752 для более подробного обсуждения по антенной решетке с коммутируемым лучом. Правопреемником данной заявки на патент является правопреемник настоящего изобретения, содержание которой включено в данный документ по ссылке во всей своей полноте.

Каждый пассивный антенный элемент 144 включает в себя верхнюю половину 144а и нижнюю п