Передача данных с пространственным кодированием с расширением спектра в системе связи mimo

Передача данных с пространственным кодированием с расширением спектра в системе связи mimo

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к обмену данными, и более конкретно, к методикам передачи данных в системе связи с многими входами и многими выходами (MIMO).

Уровень техники

MIMO-система использует несколько (N_T) передающих антенн в передающем объекте и несколько (N_R) приемных антенн в приемном объекте для передачи данных. MIMO-канал, сформированный N_T передающими антеннами и N_R приемными антеннами, может быть разложен на N_S пространственных каналов, где N_S < min {N_T, N_R}. N_S пространственных каналов может быть использовано для того, чтобы передавать данные параллельно для достижения более высокой пропускной способности, и/или дополнительно для достижения большей надежности.

MIMO-канал между передающим объектом и приемным объектом может сталкиваться с различными разрушительными условиями канала, такими как, к примеру, эффекты затухания, многолучевого распространения и помех. В общем, оптимальная производительность может быть достигнута для передачи данных посредством MIMO-канала, если помехи и шум, наблюдаемые в приемном объекте, являются пространственно "белыми", т.е. плоские или постоянные помехи и мощность шума в пространственном измерении. Это может не иметь место, тем не менее, если помехи идут из источников помех, расположенных в конкретных направлениях. Если помехи пространственно "цветные" (не белые), то приемный объект может установить пространственные характеристики помехи и сформировать провалы в диаграмме направленности антенны в направлении источников помех. Приемный объект также может предоставить передающему объекту информацию о состоянии канала (CSI). В таком случае передающий объект может выполнять пространственную обработку данных таким образом, что максимизировать отношение "сигнал/шум-и-помехи" (SNR) в приемном объекте. Таким образом, может быть достигнута оптимальная производительность, когда передающий и приемный объекты выполняют соответствующую пространственную обработку передачи и приема для передачи данных при наличии пространственно цветных помех.

Чтобы осуществить формирование пространственных провалов для помех, приемному объекту типично требуется установить характеристики помех. Если характеристики помех меняются во времени, то приемному объекту потребуется постоянно получать актуальную информацию о помехах для того, чтобы точно формировать провалы в диаграмме направленности антенны. Приемному объекту также может потребоваться непрерывно отправлять информацию о состоянии канала на достаточной скорости для того, чтобы дать возможность передающему объекту выполнить надлежащую пространственную обработку. Необходимость в точной информации о помехах и информации о состоянии канала делает формирование пространственных провалов для помех непрактичным в большинстве MIMO-систем.

Следовательно, в данной области техники существует потребность в методиках для того, чтобы передавать данные при наличии пространственно цветных помех и шума.

Сущность изобретения

В одном варианте осуществления описан способ передачи данных от передающего объекта к приемному объекту в беспроводной системе связи с многими входами и многими выходами (MIMO), в котором данные обрабатывают для получения множества потоков символов данных для передачи по множеству передающих каналов (каналов передачи) в MIMO-канале между передающим объектом и приемным объектом. Пространственное кодирование с расширением спектра выполняют над множеством потоков символов данных с помощью множества матриц управления для получения множества потоков закодированных с расширением спектра символов, при этом пространственное кодирование с расширением спектра с помощью множества матриц управления рандомизирует (располагает в случайном порядке или перемешивает) множество передающих каналов для множества потоков символов данных. Пространственную обработку выполняют для множества потоков закодированных с расширением спектра символов для получения множества потоков символов передачи для передачи из множества передающих антенн в передающем объекте.

В другом варианте осуществления описано устройство в беспроводной системе связи с многими входами и многими выходами (MIMO), которое включает в себя процессор данных для обработки данных для получения множества потоков символов данных для передачи по множеству передающих каналов в MIMO-канале между передающим объектом и приемным объектом в MIMO-системе; устройство пространственного кодирования с расширением спектра для выполнения пространственного кодирования с расширением спектра над множеством потоков символов данных с помощью множества матриц управления для получения множества потоков закодированных с расширением спектра символов, при этом пространственное кодирование с расширением спектра с помощью множества матриц управления рандомизирует множество передающих каналов для множества потоков символов данных; и пространственный процессор для выполнения пространственной обработки для множества потоков закодированных с расширением спектра символов для получения множества потоков символов передачи для передачи из множества передающих антенн в передающем объекте.

В другом варианте осуществления описано устройство в беспроводной системе связи с многими входами и многими выходами (MIMO), которое включает в себя средство обработки данных для получения множества потоков символов данных для передачи по множеству передающих каналов в MIMO-канале между передающим объектом и приемным объектом в MIMO-системе; средство выполнения пространственного кодирования с расширением спектра над множеством потоков символов данных с помощью множества матриц управления для получения множества потоков закодированных с расширением спектра символов, при этом пространственное кодирование с расширением спектра с помощью множества матриц управления рандомизирует множество передающих каналов для множества потоков символов данных; и средство выполнения пространственной обработки для множества потоков закодированных с расширением спектра символов для получения множества потоков символов передачи для передачи из множества передающих антенн в передающем объекте.

В другом варианте осуществления описан способ приема передачи данных, отправленных передающим объектом в приемный объект, в системе беспроводной связи с многими входами и многими выходами (MIMO), в котором получают множество потоков принимаемых символов для множества потоков символов данных, передаваемых посредством множества передающих каналов в MIMO-канале, при этом множество потоков символов данных пространственно кодируют с расширением спектра с помощью множества матриц управления и дополнительно пространственно обрабатывают перед передачей посредством MIMO-канала, при этом пространственное кодирование с расширением спектра с помощью множества матриц управления рандомизирует множество передающих каналов для множества потоков символов данных. Пространственную обработку в приемном устройстве выполняют для множества потоков принимаемых символов для получения множества потоков обнаруженных символов. Пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, выполняют для множества потоков обнаруженных символов с помощью множества матриц управления для получения множества потоков восстановленных символов, которые являются оценками множества потоков символов данных.

В другом варианте осуществления описано устройство в системе беспроводной связи с многими входами и многими выходами (MIMO), которое включает в себя множество приемных устройств для получения множества потоков принимаемых символов для множества потоков символов данных, передаваемых посредством множества передающих каналов в MIMO-канале от передающего объекта к приемному объекту, при этом множество потоков символов данных пространственно кодируются с расширением спектра с помощью множества матриц управления и дополнительно пространственно обрабатываются перед передачей посредством MIMO-канала, при этом пространственное кодирование с расширением спектра с помощью множества матриц управления рандомизирует множество передающих каналов для множества потоков символов данных; пространственный процессор для выполнения пространственной обработки в приемном устройстве для множества потоков принимаемых символов для получения множества потоков обнаруженных символов; и устройство пространственного декодирования, обратного кодированию с расширением спектра, для выполнения пространственного декодирования, обратного кодированию с расширением спектра, для множества потоков обнаруженных символов с помощью множества матриц управления для получения множества потоков восстановленных символов, которые являются оценками множества потоков символов данных.

В другом варианте осуществления описано устройство в системе беспроводной связи с многими входами и многими выходами (MIMO), которое включает в себя средство получения множества потоков принимаемых символов для множества потоков символов данных, передаваемых посредством множества передающих каналов в MIMO-канале от передающего объекта к приемному объекту, при этом множество потоков символов данных пространственно кодируются с расширением спектра с помощью множества матриц управления и дополнительно пространственно обрабатываются перед передачей посредством MIMO-канала, при этом пространственное кодирование с расширением спектра с помощью множества матриц управления рандомизирует множество передающих каналов для множества потоков символов данных; средство выполнения пространственной обработки для множества потоков принимаемых символов для получения множества потоков обнаруженных символов; и средство выполнения пространственного декодирования, обратного кодированию с расширением спектра, для множества потоков обнаруженных символов с помощью множества матриц управления для получения множества потоков восстановленных символов, которые являются оценками множества потоков символов данных.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует MIMO-систему с передающим объектом, приемным объектом и двумя источниками помех.

Фиг.2 иллюстрирует модель передачи данных с помощью пространственного кодирования с расширением спектра.

Фиг.3 иллюстрирует обработку, выполняемую передающим объектом.

Фиг.4 иллюстрирует обработку, выполняемую передающим и приемным объектом.

Фиг.5 иллюстрирует блок-схему передающего и приемного объектов.

Фиг.6 иллюстрирует процессор данных передачи (TX) и пространственный процессор TX в передающем объекте.

Фиг.7 иллюстрирует процессор данных приема (RX) и пространственный процессор RX в приемном объекте.

Фиг.8 иллюстрирует пространственный процессор RX и процессор данных RX, которые реализуют методику последовательного подавления помех (SIC).

Подробное описание изобретения

Слово "примерный" используется в данном документе для того, чтобы обозначать "служащий в качестве примера, отдельного случая или иллюстрации". Любой вариант осуществления, описанный в данном документе как "примерный", не обязательно должен быть истолкован как предпочтительный или выгодный по сравнению с другими вариантами осуществления.

Методики передачи данных с пространственным кодированием с расширением спектра в MIMO-системах с одной несущей и несколькими несущими описаны в данном документе. Пространственное кодирование с расширением спектра относится к передаче символов данных (которые являются символами модуляции для данных) по нескольким собственным модам или пространственным каналам (описаны ниже) MIMO-канала одновременно с вектором управления. Пространственное кодирование с расширением спектра рандомизирует передающий канал, наблюдаемый потоком символов данных, что эффективно отбеливает передаваемый поток символов данных и может предоставлять различные преимущества, описанные ниже.

Для передачи данных с кодированием с расширением спектра передающий объект обрабатывает (к примеру, кодирует, перемежает и модулирует) каждый пакет данных для того, чтобы получить соответствующий блок символов данных, и мультиплексирует блоки символов данных в потоки символов данных N_S для передачи по каналам передачи N_S в MIMO-канале. После этого передающий объект пространственно кодирует с расширением спектра N_s символов потоков данных с помощью матриц управления для того, чтобы получить N_S потоков кодированных с расширением спектра символов. Передающий объект дополнительно пространственно обрабатывает N_S потоков кодированных с расширением спектра символов либо для полной CSI передачи по N_S собственным модам MIMO-канала, либо для частичной CSI передачи по N_S пространственным каналам MIMO-канала, как описано ниже.

Приемный объект получает N_R потоков принимаемых символов посредством N_R приемных антенн и выполняет пространственную обработку в приемном устройстве для полной CSI или частичной CSI передачи для того, чтобы получить N_S потоков обнаруженных символов, которые являются оценками N_S потоков кодированных с расширением спектра символов. Приемный объект дополнительно выполняет пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, N_S потоков обнаруженных символов с помощью тех же матриц управления, используемых передающим объектом, и получает N_S потоков восстановленных символов, которые являются оценками N_S потоков символов данных. Пространственная обработка и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, может выполняться совместно или по отдельности. После этого приемный объект обрабатывает (к примеру, демодулирует, обратно перемежает и декодирует) каждый блок восстановленных символов в N_S потоках восстановленных символов для того, чтобы получить соответствующий пакет декодированных данных.

Приемный объект также может оценить отношение "сигнал/шум-и-помехи" (SNR) каждого передающего канала, используемого для передачи данных, и выбрать надлежащую скорость для передающего канала на основе его SNR. Одинаковые или различные скорости могут быть выбраны для N_S передающих каналов. Передающий объект кодирует и модулирует данные для каждого передающего канала на основе его выбранной скорости.

Далее подробно описаны различные аспекты и варианты осуществления изобретения.

Фиг.1 иллюстрирует MIMO-систему 100 с передающим объектом 110, приемным объектом 150 и двумя источниками 190a и 190b помех. Передающий объект 110 передает данные в приемный объект 150 посредством траекторий при распространении в пределах прямой видимости (как показано на фиг. 1) и/или отраженных траекторий (не показано на фиг. 1). Источники 190a и 190b помех передают сигналы, которые выступают в качестве помех, в приемный объект 150. Помехи, наблюдаемые приемным объектом 150 от источников 190a и 190b помех, могут быть пространственно цветными.

1. MIMO-система с одной несущей

В MIMO-системе с одной несущей MIMO-канал, сформированный посредством N_T передающих антенн в передающем объекте и N_R приемных антенн в приемном объекте, может быть охарактеризован посредством матрицы H характеристик канала N_RxN_T, которая может быть выражена следующим образом:

H _ = [ h 1,1 h 1,2 h 1, N T h 2,1 h 2,2 h 2, N T h N R ,1 h N R ,2 h N R , N T ] (1)

- где запись h_i,j для i=1... N_R и j=1... N_T обозначает соединение или совокупное усиление канала между передающей антенной j и приемной антенной i.

Данные могут передаваться различными способами в MIMO-системе. Для полной CSI схемы передачи данные передаются по "собственным модам" MIMO-канала (описаны ниже). Для частичной CSI схемы передачи данные передаются по пространственным каналам MIMO-канала (также описаны ниже).

A. Полная CSI передача

Для полной CSI схемы передачи разложение по собственным значениям может быть выполнено для корреляционной матрицы H для того, чтобы получить N_S собственных мод H следующим образом:

R = H^H · H = E · Λ · E^H (2)

- где R - это корреляционная матрица для H N_TxN_T;

- E - это унитарная матрица N_TxN_T, столбцы которой являются собственными векторами R;

- Λ - это диагональная матрица N_TxN_T собственных значений R; и

- "^H" обозначает транспонирование сопряженных величин.

Унитарная матрица U характеризуется свойством U^HU = I, где I - это единичная матрица. Столбцы унитарной матрицы являются ортогональными относительно друг друга.

Передающий объект может выполнять обработку с помощью собственных векторов R для того, чтобы передавать данные по N_S собственным модам H. Собственные моды могут рассматриваться как ортогональные пространственные каналы, получаемые посредством разложения. Диагональные записи A - это собственные значения R, которые представляют усиление мощности для N_S собственных мод.

Передающий объект выполняет пространственную обработку для полной CSI передачи следующим образом:

x = E · s (3)

- где s - это вектор N_Tx1 с N_S ненулевыми записями для N_S символов данных, которые должны быть переданы одновременно по N_S пространственным каналам; и

- x - это вектор N_Tx1 с N_T символами передачи, которые должны быть отправлены из N_T передающих антенн.

Принимаемые символы в приемном объекте могут быть выражены следующим образом:

r = H · x + j (4)

- где r - это вектор N_Rx1 с N_R принимаемыми символами, получаемыми посредством N_R приемных антенн; и

- j - это вектор N_Rx1 помех и шума, наблюдаемого в приемном объекте.

Приемный объект выполняет пространственную обработку с помощью матрицы пространственного фильтра N_TxN_R M = Λ^-1 · E^H · H^H для полной CSI передачи следующим образом:

s = M · r

= Λ^-1 · E^H · H^H (H · E · s + j) (5)

= Λ^-1 · E^H · E · Λ · E^H · E · s + Λ^-1 · E^H · H^H · j

= s + j

- где s - это вектор N_Tx1 с N_S восстановленных символов или оценок символов данных, которые являются оценками N_S символов данных в s; и

- j = Λ^-1 · E^H · H^H · j - это помехи и шум "после детектирования" после пространственной обработки в приемном объекте.

Собственная мода может рассматриваться как эффективный канал между элементом s и соответствующим элементом S, если передающие и приемные объекты выполняют пространственную обработку, показанную в уравнениях (3) и (5), соответственно. Передающий и приемный объекты типично имеют только оценки матрицы характеристик канала H, которые могут быть получены на основе символов пилот-сигнала. Символ пилот-сигнала - это символ модуляции для пилот-сигнала, т.е. данные, которые известны априори передающему и приемному объекту. Для простоты в описании данного документа предполагается отсутствие ошибки оценки характеристик канала.

Вектор j может быть разложен на вектор помех i и вектор шума n следующим образом:

j = i + n (6)

Шум может быть охарактеризован посредством автоковариационной матрицы N_RxN_R φ_nn = E[n · n^H], где E[x] - это ожидаемое значение x. Если шумом является аддитивный белый гауссов шум (AWGN) с нулевым средним и дисперсией σ² _n, то автоковариационная матрица шума может быть выражена следующим образом: φ_nn = σ² _n · I. Аналогично, помехи могут быть охарактеризованы автоковариационной матрицей N_RxN_R φ_ii = E[i · i^H]. Автоковариационная матрица j может быть выражена как φ_jj = E[j · j^H] = φ_nn + φ_ii, при условии, что помехи и шум не коррелированы.

Помехи и шум считаются пространственно белыми, если их автоковариационные матрицы имеют форму σ² · I вследствие некоррелированности шума и помех. Для пространственно белых помех и шума каждая приемная антенна наблюдает одинаковое значение помех и шума, и помехи и шум, наблюдаемые в каждой приемной антенне, не коррелированны с помехами и шумом, наблюдаемыми во всех остальных приемных антеннах. Для пространственно цветных помех и шума автоковариационные матрицы имеет ненулевые недиагональные члены вследствие корреляции между помехами и шумом, наблюдаемыми в различных приемных антеннах. В этом случае каждая приемная антенна i может наблюдать различную величину помех и шума, которая равна сумме N_R элементов в i-ой строке матрицы φ_jj.

Если помехи и шум являются пространственно цветными, то оптимальные собственные векторы для полной CSI передачи могут быть извлечены следующим образом:

R_opt = H^H · φ_jj ^-1 · H = E_opt · Λ · E^H _opt (7)

Собственные векторы E_opt управляют передачей данных в направлении приемного объекта и дополнительно формируют провалы в диаграмме направленности антенны в направлении помех. Тем не менее, передающему объекту потребуется предоставить автоковариационную матрицу φ_jj для того, чтобы извлечь собственные векторы E_opt. Матрица φ_jj основана на помехах и шуме, наблюдаемых в приемном объекте, и может быть определена только посредством приемного объекта. Чтобы осуществить формирование пространственных провалов для помех, приемному объекту потребуется отправить эту матрицу или ее эквивалент обратно в передающий объект, что может представлять значительный объем информации о состоянии канала, для отправки обратно.

Пространственное кодирование с расширением спектра может быть использовано для того, чтобы пространственно отбеливать помехи и шум, наблюдаемые приемным объектом, и может потенциально повышать производительность. Передающий объект выполняет кодирование с расширением спектра с помощью множества матриц управления так, чтобы комплементарное пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, в приемном объекте пространственно отбеливало помехи и шум.

Для полной CSI передачи с пространственным кодированием с расширением спектра передающий объект выполняет обработку следующим образом:

x_fcsi(m) = E(m) · V(m) · s(m) (8)

- где s(m) - это вектор символов данных для интервала передачи m;

- V(m) - это матрица управления N_TxN_T для диапазона передачи m;

- E(m) - это матрица собственных векторов для диапазона передачи m; и

- x_fcsi(m) - это вектор символов передачи для интервала передачи m.

Интервал передачи может охватывать временные и/или частотные измерения. Например, в MIMO-системе с одной несущей интервал передачи может соответствовать периоду одного символа, т.е. периоду времени, чтобы передать один символ данных. Интервал передачи также может охватывать несколько периодов символов. Как показано в уравнении (8), каждый символ данных в s(m) пространственно кодируется с расширением спектра с помощью соответствующего столбца V(m) для того, чтобы получить N_T закодированных с расширением спектра символов, которые затем могут быть переданы по всем собственным модам H(m).

Принимаемые символы в приемном объекте могут быть выражены следующим образом:

r_fcsi(m)=H(m)·x_fcsi(m)+j(m)=H(m)·E(m)·V(m)·s(m)+j(m) (9)

Приемный объект извлекает матрицу пространственного фильтра M_fcsi(m) следующим образом:

M_fcsi(m) = Λ^-1(m) · E^H(m) · H^H(m) (10)

Приемный объект выполняет пространственную обработку и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, с помощью M_fcsi(m) и V^H(m), соответственно, следующим образом:

s_fcsi(m) = V^H(m) · M_fcsi(m) · r_fcsi(m),

=V^H(m)·Λ^-1(m)·E^H(m)·H^H(m)·[H(m)·E(m)·V(m)·s(m)+j(m)] (11)

= s(m) + j_fcsi(m),

- где j_fcsi(m) - это помехи и шум "после детектирования" после пространственной обработки и пространственного декодирования, обратного кодированию с расширением спектра, в приемном объекте, т.е.:

j_fcsi(m) = V^H(m) · Λ^-1(m) · E^H(m) · H^H(m) · j(m) (12)

Как показано в уравнении (12), принимаемые помехи и шум в j(m) преобразуются посредством транспонирования сопряженных величин V(m), E(m) и H(m). E(m) - это матрица собственных векторов, которая может не быть оптимальной вычисленной для пространственно цветных помех и шума, если автоковариационная матрица φ_jj(m) неизвестна, что зачастую имеет место. Передающий и приемный объекты могут, посредством произвольной возможности, оперировать с матрицей E(m), что приводит к большим помехам и шуму, наблюдаемым приемным объектом. Это может иметь место, например, если мода E(m) коррелированна с помехами. Если MIMO-канал является статическим, то передающий и приемный объект могут постоянно оперировать с матрицей E(m), что обеспечивает низкую производительность. Пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, с помощью матрицы управления V(m) пространственно отбеливает помехи и шум. Эффективность отбеливания помех и шума зависит от характеристик матрицы, характеристик канала H(m) и помех j(m). Если высокая степень корреляции существует между требуемым сигналом и помехами, то это ограничивает величину усиления, предоставляемую посредством отбеливания помех и шума.

SNR каждого собственного вектора при полной CSI передачи может быть выражено следующим образом:

γ f c s i , ℓ ( m ) = P ℓ ( m ) λ ℓ ( m ) σ j 2 , для ℓ = 1... N_S (13)

- где P_ℓ(m) - это мощность передачи, используемая для символа передачи, отправленного по собственной моде ℓ в интервале передачи m;

- λ_ℓ(m) - это собственное значение для собственной моды ℓ в интервале передачи m, т.е. ℓ-ый диагональный элемент Λ(m);

- σ² _j - это дисперсия принимаемых помех и шума; и

- γ_fcsi,ℓ(m) - это SNR собственной моды ℓ в интервале передачи m.

B. Частичная CSI передача

Для частичной CSI передачи с пространственным кодированием с расширением спектра передающий объект выполняет обработку следующим образом:

x_pcsi(m) = V(m) · s(m) (14)

- где x_pcsi(m) - это вектор данных передачи для интервала передачи m. Как показано в уравнении (14), каждый символ данных в s(m) пространственно кодируется с расширением спектра с помощью соответствующего столбца V(m) для того, чтобы получить N_T закодированных с расширением спектра символов, которые затем могут быть переданы из всех N_T передающих антенн. Принимаемые символы в приемном объекте могут быть выражены следующим образом:

r_pcsi(m) = H(m) · V(m) · s(m) + j(m) = H_eff(m) · s(m) + j(m) (15)

- где r_pcsi(m) - это вектор принимаемых символов для интервала передачи m; и

- H_eff(m) - это эффективная матрица характеристик канала, т.е.:

H_eff(m) = H(m) · V(m) (16)

Приемный объект может извлечь оценки передаваемых символов данных в s с помощью различных методик обработки в приемном устройстве. Эти методики включают в себя методику обращения корреляционной матрицы канала (CCMI) (которая, как правило, называется методикой форсирования нуля), методику минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE), методику последовательного подавления помех (SIC) и т.п. Приемный объект может выполнять пространственную обработку и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, в приемном устройстве совместно или по отдельности, как описано ниже. В последующем описании один поток символов данных отправляется для каждого элемента вектора символов данных s.

Для методики CCMI приемный объект может извлечь матрицу пространственного фильтра M_ccmi(m) следующим образом:

M_ccmi(m) = [H_eff ^H(m) · H_eff(m)]^-1 · H_eff ^H(m) = R_eff ^-1(m) · H_eff ^H(m) (17)

Затем приемный объект может выполнить CCMI-пространственную обработку и декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, совместно следующим образом:

s_ccmi(m) = M_ccmi(m) · r_ccmi(m),

= R_eff ^-1(m) · H_eff ^H(m) · [H_eff(m) · s(m) + j(m)] (18)

= s(m) + j_ccmi(m),

- где j_ccmi(m) - это CCMI-фильтрованные и декодированные после кодирования с расширением спектра помехи и шум, т.е.:

j_ccmi(m)=R_eff ^-1(m)·H_eff ^H(m)·j(m)=V^H(m)·R^-1(m)·H^H(m)·j(m) (19)

В уравнении (19) помехи и шум j(m) отбеливаются посредством V^H(m).

Тем не менее, вследствие структуры R(m) методика CCMI может усиливать помехи и шум.

Приемный объект также может выполнить CCMI-пространственную обработку и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, по отдельности следующим образом:

s_ccmi(m) = V^H(m) · M_ccmi(m) · r_ccmi(m),

= V^H(m) · R^-1(m) · H^H(m) · [H(m) · V(m) · s(m) + j(m)] (20)

= s(m) + j_ccmi(m),

- где M_ccmi(m) = R^-1(m) · H^H(m). В любом случае пространственный канал может рассматриваться как эффективный канал между элементом s и соответствующим элементом s, когда передающий объект выполняет пространственную обработку с помощью единичной матрицы I, а приемный объект выполняет соответствующую пространственную обработку в приемном устройстве для того, чтобы оценить s.

SNR для методики CCMI может быть выражено следующим образом:

γ c c m i , ℓ ( m ) = P ℓ ( m ) r ℓ ℓ ( m ) σ j 2 , для ℓ = 1... N_S (21)

- где P_ℓ(m) - это мощность, используемая для потока символов данных {s_ℓ} в интервале передачи m;

- r_ℓℓ(m) - это ℓ-ый диагональный элемент R_eff ^-1(m);

- σ² _j - это дисперсия принимаемых помех и шума; и

- γ_ccmi,ℓ(m) - это SNR потока символов данных {s_ℓ} в интервале передачи m.

Величина P_ℓ(m)/σ² _j - это SNR потока символов данных {s_ℓ} в приемном объекте до пространственной обработки, и она, как правило, упоминается как принимаемое SNR. Величина γ_ccmi,ℓ(m) - это SNR потока символов данных {s_ℓ} после пространственной обработки в приемном устройстве, и она также упоминается как SNR после детектирования. В последующем описании SNR относится к SNR после детектирования, если ни указано иное.

Для методики MMSE приемный объект может извлечь матрицу пространственного фильтра M_mmse(m) следующим образом:

M_mmse(m) = [H_eff ^H(m) · H_eff(m) + φ_jj(m) ]^-1 · H_eff ^H(m) (22)

Матрица пространственного фильтра M_mmse(m) минимизирует среднеквадратическую ошибку между оценками символов из пространственного фильтра и символами данных. Если автоковариационная матрица φ_jj(m) неизвестна, что зачастую имеет место, то матрица пространственного фильтра M_mmse(m) может быть аппроксимирована следующим образом:

M_mmse(m) = [H_eff ^H(m) · H_eff(m) + σ² _j · I]^-1 · H_eff ^H(m) (23)

Приемный объект может выполнить MMSE-пространственную обработку и декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, совместно следующим образом:

s_mmse(m) = D_Q(m) · M_mmse(m) · r_pcsi(m),

= D_Q(m) · M_mmse(m) · [H_eff(m) · s(m) + j(m)] (24)

= D_Q(m) · Q(m) · s(m) + j_mmse(m),

- где Q(m) = M_mmse(m) · H_eff(m);

- D_Q(m) - это диагональная матрица, диагональные элементы которой являются диагональными элементами Q^-1(m), или D_Q(m) = [diag [Q(m))]]^-1; и

- j_mmse(m) - это MMSE-фильтрованные и декодированные после кодирования с расширением спектра помехи и шум, т.е.:

j_mmse(m) = D_Q(m) · M_mmse(m) · j(m),

= D_Q(m) · [H_eff ^H(m) · H_eff(m) + φ_jj(m)]^-1 · H_eff ^H(m) · j(m) (25)

Оценки символов из матрицы пространственного фильтра M_mmse(m) являются ненормализованными оценками символов данных. Умножение с D_Q(m) предоставляет нормализованные оценки символов данных. Приемный объект также может выполнить MMSE-пространственную обработку и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, по отдельности, аналогично тому, как описано выше для методики CCMI.

SNR для методики MMSE может быть выражено следующим образом:

γ m m c e , ℓ ( m ) = q ℓ ℓ ( m ) 1 − q ℓ ℓ ( m ) P ℓ ( m ) , для ℓ = 1... N_S (26)

- где q_ℓℓ(m) - это ℓ-ый диагональный элемент Q(m); и

- γ_mmse,ℓ(m) - это SNR потока символов данных {s_ℓ} в интервале передачи m.

Для методики SIC приемный объект обрабатывает N_R потоков принимаемых символов за N_S последовательных стадий для того, чтобы восстановить N_S потоков символов данных. Для каждой стадии Ј приемный объект выполняет пространственную обработку и декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, для N_R потоков принятых символов либо для N_R потоков модифицированных символов из предшествующей стадии (к примеру, используя CCMI, MMSE или какую-либо другую методику) для того, чтобы получить один поток невосстановленных символов {s_ℓ}. Затем приемный объект обрабатывает (к примеру, демодулирует, обратно перемежает и декодирует) этот поток восстановленных символов для того, чтобы получить соответствующий декодированный поток данных {d_ℓ}. Далее приемный объект оценивает помехи, которые вызывает этот поток для других потоков символов данных, еще не восстановленных. Чтобы оценить помехи, приемный объект повторно кодирует, перемежает и посимвольно преобразует декодированный поток данных способом, аналогичным выполненному в передающем объекте для этого потока, и получает поток "ремодулированных" символов {s_ℓ}, который является оценкой только что восстановленного потока символов данных. Затем приемный объект пространственно кодирует с расширением спектра поток ремодулированных символов с помощью матрицы управления V(m) и дополнительно умножает результат на матрицу характеристик канала H(m) для каждого рассматриваемого интервала передачи для того, чтобы получить N_R компонентов помех, вызванных этим потоком. N_R компонентов помех затем вычитаются из N_R потоков модифицированных или принимаемых символов для текущей стадии для того, чтобы получить N_R потоков модифицированных символов для следующей стадии. После этого приемный объект повторяет ту же обработку с N_R потоками модифицированных символов для того, чтобы восстановить другой поток данных.

Для методики SIC SNR каждого потока символов данных зависит от (1) методики пространственной обработки (к примеру, CCMI или MMSE), используемой для каждой стадии, (2) конкретной стадии, на которой поток символов данных восстановлен, и (3) величины помех вследствие потоков символов данных, еще не восстановленных. В общем, SNR постепенно улучшает потоки символов данных, восстановленные на последующих стадиях, поскольку помехи из потоков символов данных, восстановленных на предыдущих стадиях, подавляются. Это в таком случае дает возможност