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

Изобретение относится к системам беспроводной связи, использующим передачу и прием данных в системе связи с многими входами и многими выходами. Для передачи данных с пространственным кодированием с расширением спектра передающий объект (1) кодирует и модулирует каждый пакет данных для получения соответствующего блока символов данных, (2) мультиплексирует блок символов данных на N_s потоков символов данных для передачи по N_s передающим каналам MIMO-канала, (3) пространственно кодирует с расширением спектра N_s потоков символов данных с помощью матриц управления, и (4) пространственно обрабатывает N_s потоков закодированных с расширением спектра символов для полной CSI передачи по N_s собственным модам или частичной CSI передачи по N_s пространственным каналам MIMO-канала. Приемный объект (1) получает N_R потоков принимаемых символов посредством N_R приемных антенн, (2) выполняет пространственную обработку в приемном устройстве для полной CSI или частичной CSI передачи для получения N_s потоков обнаруженных символов, (3) выполняет пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, N_s потоков обнаруженных символов с помощью тех же матриц управления, используемых передающим объектом для получения N_s потоков восстановленных символов, и (4) демодулирует и декодирует блок восстановленных символов для получения соответствующего пакета декодированных данных. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

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:

$$\underset{\_}{H}=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{\mathrm{1,1}}& h_{\mathrm{1,2}}& & h_{\mathrm{1,}{N}_T}\\ h_{\mathrm{2,1}}& h_{\mathrm{2,2}}& & h_{\mathrm{2,}{N}_T}\\ & & & \\ h_{N_R\mathrm{,1}}& h_{N_R\mathrm{,2}}& & h_{N_R,N_T}\end{array}\right]$$ (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:

$${\gamma }_{fcsi,\ell }(m)=\frac{P_{\ell }(m){\lambda }_{\ell }(m)}{{\sigma }_j^2}$$ , 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:

$${\gamma }_{ccmi,\ell }(m)=\frac{P_{\ell }(m)}{r_{\ell \ell }(m){\sigma }_j^2}$$ , 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:

$${\gamma }_{mmce,\ell }(m)=\frac{q_{\ell \ell }(m)}{1-q_{\ell \ell }(m)}{P}_{\ell }(m)$$ , 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 возможность быть использованными более высоким скоростям для потоков символов данных, восстановленных на последующих стадиях.

C. Системная модель

Фиг.2 иллюстрирует модель передачи данных с помощью пространственного кодирования с расширением спектра. Передающий объект 110 выполняет пространственное кодирование с расширением спектра (этап 220) и пространственную обработку для полной CSI или частичной CSI передачи (этап 230). Приемный объект 150 выполняет пространственную обработку для полной CSI или частичной CSI передачи (этап 260) и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра (этап 270). Далее приводится описание ссылок на векторы, показанные на фиг.2.

Фиг.3 иллюстрирует процесс 300, выполняемый передающим объектом для того, чтобы передавать данные с пространственным кодированием с расширением спектра в MIMO-системе. Передающий объект обрабатывает (к примеру, кодирует и перемежает) каждый пакет данных для того, чтобы получить соответствующий блок кодированных данных, который также называется блоком кода или пакетом кодированных данных (этап 312). Каждый блок кода кодируется отдельно в передающем объекте и декодируется отдельно в приемном объекте. Передающий объект дополнительно посимвольно преобразует каждый блок кода для того, чтобы получить соответствующий блок символов данных (также этап 312). Передающий объект мультиплексирует все блоки символов данных, сгенерированные для всех пакетов данных, в N_S потоков символов данных (обозначенных вектором s) (этап 314). Каждый поток символов данных отправляется по соответствующему передающему каналу. Передающий объект пространственно кодирует с расширением спектра N_S потоков символов данных с помощью матриц управления и получает N_S потоков закодированных с расширением спектра символов (обозначаемых вектором w на фиг.2) (этап 316). Пространственное кодирование с расширением спектра выполняется таким образом, чтобы каждый блок символов данных был пространственно закодирован с расширением спектра с помощью нескольких (N_M) матриц управления, чтобы рандомизировать передающие каналы, наблюдаемые блоком. Рандомизация передающих каналов вытекает из использования различных матриц управления и не обязательно из произвольности элементов матриц управления. Передающий объект дополнительно выполняет пространственную обработку для N_S потоков закодированных с расширением спектра символов для полной CSI или частичной CSI передачи, как описано выше, и получает N_T потоков символов передачи (обозначенных вектором x) (этап 318). Далее передающий объект адаптирует и отправляет N_T потоков символов передачи посредством N_T передающих антенн в приемный объект (этап 320).

Фиг.4 иллюстрирует процесс 400, выполняемый приемным объектом для того, чтобы принимать данные, переданные с пространственным кодированием с расширением спектра в MIMO-системе. Приемный объект получает N_R потоков принимаемых символов (обозначаемых вектором r) посредством N_R приемных антенн (этап 412). Приемный объект оценивает характеристики MIMO-канала (этап 414), выполняет пространственную обработку для полной CSI или частичной CSI передачи на основе оценки характеристик MIMO-канала и получает N_S потоков обнаруженных символов (обозначенных вектором w на фиг. 2) (этап 416). 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 (обозначенных вектором s) (этап 418). 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 (этап 420). Приемный объект также может оценить отношение SNR каждого передающего канала, используемого для передачи данных, и выбрать надлежащую скорость для передающего канала на основе его SNR (этап 422). Одинаковые или различные скорости могут быть выбраны для N_S передающих каналов.

Обращаясь снова к фиг.2, N_S потоков символов данных отправляются по N_S передающим каналам MIMO-канала. Каждый передающий канал - это эффективный канал, наблюдаемый потоком символов данных между элементом вектора s в передающем объекте и соответствующим элементом вектора s в приемном объекте (к примеру, ℓ-ый передающий канал - это эффективный канал между ℓ-ым элементом s и ℓ-ым элементом s). Пространственное кодирование с расширением спектра рандомизирует N_S передающих каналов. N_s потоков закодированных с расширением спектра символов отправляются либо по N_S собственным модам MIMO-канала для полной CSI передачи, либо по N_S пространственным каналам MIMO-канала для частичной CSI передачи.

D. Пространственное кодирование с расширением спектра

Матрицы управления, используемые для пространственного кодирования с расширением спектра, могут быть сгенерированы различными способами, как описано ниже. В одном варианте осуществления набор из L матриц управления генерируется и обозначается {V}, или V(i) для i=1... L, где L может быть любым целым числом, большим одного. Эти матрицы управления являются унитарными матрицами, имеющими ортогональные столбцы. Матрицы управления из этого набора выбираются и используются для пространственного кодирования с расширением спектра.

Пространственное кодирование с расширением спектра может быть выполнено различными способами. В общем, желательно использовать как можно больше матриц управления для каждого блока символов данных, с тем, чтобы помехи и шум рандомизировались в блоке. Каждый блок символов данных передается в N_M интервалах передачи, где N_M>1, и N_M также упоминается как длина блока. Одна матрица управления в наборе может быть использована для каждого интервала передачи. Передающий и приемный объекты могут быть синхронизированы, так чтобы оба объекта знали, какую матрицу управления использовать для каждого интервала передачи. При пространственном кодировании с расширением спектра приемный объект наблюдает распространение помех и шума по каждому блоку символов данных, даже если MIMO-канал является постоянным по всему блоку. Это устраняет случай, в котором высокие уровни помех и шума принимаются, поскольку передающий и приемный объекты постоянно используют некорректную матрицу собственных векторов или приемный объект постоянно наблюдает цветные помехи.

L матриц управления в наборе может быть выбрано для использования различными способами. В одном варианте осуществления матрицы управления выбираются из набора детерминистическим способом. Например, L матриц управления могут быть циклически проанализированы и выбраны в последовательном порядке, начиная с первой матрицы управления V(1), затем второй матрицы управления V(2) и т.д., и затем последней матрицы управления V(L). В другом варианте осуществления матрицы управления выбираются из набора псевдослучайным способом. Например, матрица управления, чтобы использовать для каждого интервала передачи m, может быть выбрана на основе функции f(m), которая псевдослучайно выбирает одну из L матриц управления или матрицу управления V(f(m)). В еще одном другом варианте осуществления матрицы управления выбираются из набора способом "перестановок". Например, L матриц управления могут быть циклически проанализированы и выбраны в последовательном порядке. Тем не менее, начальная матрица управления для каждого цикла может быть выбрана псевдослучайным способом вместо того, чтобы всегда быть первой матрицей управления V(1). L матриц управления также могут быть выбраны другими способами, и это не выходит за рамки области применения изобретения.

Выбор матриц управления также может зависеть от числа матриц управления (L) в наборе и длины блока (N_M). В общем, число матриц управления может быть больше, равно или меньше длины блока. Выбор матриц управления для этих трех случаев может осуществляться так, как описано ниже.

Если L=N_M, то число матриц управления соответствует длине блока. В этом случае различная матрица управления может быть выбрана для каждого из N_M интервалов передачи, используемых для того, чтобы отправлять каждый блок символов данных. N_M матриц управления для N_M интервалов передачи может быть выбрано детерминистическим, псевдослучайным способом или способом перестановок, как описано выше.

Если L<N_M, то длина блока больше числа матриц управления в наборе. В этом случае матрицы управления многократно используются для каждого блока символов данных и могут быть выбраны так, как описано выше.

Если L>N_M, то поднабор матриц управления используется для каждого блока символов данных. Выбор конкретного поднабора для того, чтобы использовать для каждого блока символов данных, может быть детерминистическим или псевдослучайным. Например, первая матрица управления для того чтобы использовать для текущего блока символов данных, может быть матрицей управления после последней, использованной в предшествующем блоке символов данных.

Как указано выше, передача может охватывать один или более периодов символов и/или один или несколько поддиапазонов. Для повышения производительности желательно выбирать интервал передачи минимально возможным, с тем чтобы (1) большее число матриц управления могло быть использовано для каждого блока символов данных и (2) каждый приемный объект мог получать максимально возможное число "представлений" MIMO-канала для каждого блока символов данных. Интервал передачи также должен быть короче периода когерентности MIMO-канала, т.е. периода времени, в течение которого MIMO-канал может рассматриваться как примерно статический. Аналогично, интервал передачи должен быть меньше ширины полосы когерентности MIMO-канала для широкополосной системы (к примеру, OFDM-системы).

E. Варианты применения пространственного кодирования с расширением спектра

Пространственное кодирование с расширением спектра может быть использовано для того, чтобы рандомизировать и отбеливать пространственно цветные помехи и шум для полной CSI и частичной CSI передачи, как описано выше. Это может повышать производительность для определенных состояний канала.

Пространственное кодирование с расширением спектра также быть использовано, чтобы уменьшать вероятность нарушения связи при определенных ситуациях использования. В качестве примера, блок символов данных для блока кода может быть секционирован на N_T подблоков символов данных. Каждый подблок символов данных может быть закодирован и модулирован на основе SNR, ожидаемого для подблока. Каждый подблок символов данных может быть передан как один элемент вектора символов данных s, а N_T подблоков символов данных могут быть переданы параллельно. Нарушение связи может возникать, если какой-либо из N_T подблоков символов данных не может быть декодирован без ошибок приемным объектом.

Если частичная CSI передача без пространственного кодирования с расширением спектра используется для N_T подблоков символов данных, то каждый подблок передается из соответствующей передающей антенны. Каждый подблок символов данных будет в таком случае наблюдать SNR, достигнутое для пространственного канала, соответствующего его передающей антенне. Приемный объект может оценить SNR каждого пространственного канала, выбрать соответствующую скорость для каждого пространственного канала на основе его SNR и предоставить скорости для всех N_T пространственных каналов передающего объекта. Затем передающий объект может закодировать и модулировать N_T подблоков символов данных на основе их выбранных скоростей.

MIMO-канал может измениться между моментом времени n, когда скорости выбраны, и моментом времени n+τ, когда скорости фактически используются. Это может иметь место, например, если приемный объект переместился в другое место, если MIMO-канал изменяется быстрее коэффициента обратной связи и т.д. Новая матрица характеристик канала H₁ в момент времени n+τ может иметь такую же разрядность, что и предыдущая матрица характеристик канала H₀ в момент времени n, что может быть выражено следующим образом:

Cap(H₀)= $${\displaystyle \sum _{i=1}^{N_T}}$$ log₂(1+γ_i(n))= $${\displaystyle \sum _{i=1}^{N_T}}$$ log₂(1+γ_i(n+τ))= Cap(H₁) (27)

- где γ_i(n) - это SNR пространственного канала i в момент времени n, а log₂(1+γ_i(n)) - это разрядность пространственного канала i в момент времени n. Даже если разрядность H₀ и H₁ совпадает, разрядности отдельных пространственных каналов, возможно, изменились между моментом времени n и моментом времени n+τ, так что γ_i(n) может не равняться γ_i(n+τ).

Без пространственного кодирования с расширением спектра вероятность нарушения связи увеличивается, если γ_i(n)<γ_i(n+τ) для любого пространственного канала i. Это обусловлено тем, что подблок символов данных, отправленный по пространственному каналу с меньшим SNR, с меньшей вероятностью декодируется без ошибок, а любой подблок символов данных, закодированный с ошибкой, повреждает весь блок символов данных при вышеуказанном допущении.

Если частичная CSI передача с пространственным кодированием с расширением спектра используется для N_T подблоков символов данных, то каждый подблок пространственно кодируется с расширением спектра и передается из всех N_T передающих антенн. Каждый подблок символов данных в таком случае будет передавать по передающему каналу, сформированному посредством сочетания N_T пространственных каналов MIMO-канала, и будет наблюдать эффективное SNR, которое является сочетанием SNR этих пространственных каналов. Передающий канал для каждого подблока символов данных определяется посредством матриц управления, используемых для пространственного кодирования с расширением спектра. Если достаточное число матриц управления используется для того, чтобы пространственно кодировать с расширением спектра N_T подблоков символов данных, то эффективный SNR, наблюдаемый каждым подблоком символов данных, будет примерно равен среднему SNR для всех пространственных каналов, когда используется мощный код коррекции ошибок. При пространственном кодировании с расширением спектра вероятность нарушения связи в таком случае может быть зависимой от среднего SNR пространственных каналов вместо SNR отдельных пространственных каналов. Таким образом, если среднее SNR в момент времени n+τ примерно равно среднему SNR в момент времени n, то вероятность нарушения связи может быть примерно одинаковой, даже если SNR отдельных пространственных каналов могли измениться между моментами времени n и n+τ.

Пространственное кодирование с расширением спектра, таким образом, может повысить производительность для случая, при котором неточная частичная CSI доступна в передающем объекте и/или приемном объекте. Неточная частичная CSI может быть следствием мобильности, недостаточным коэффициентом обратной связи и т.п.

2. MIMO-система с несколькими несущими

Пространственное кодирование с расширением спектра также может быть использовано для MIMO-системы с несколькими несущими. Несколько несущих может быть предоставлено посредством мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) или каких-либо других структур. OFDM эффективно секционирует общую полосу пропускания системы на несколько (N_F) ортогональных частотных поддиапазонов, которые также упоминаются как тоны, вспомогательные несущие, приемники и частотные каналы. В OFDM каждый поддиапазон ассоциативно связан с соответствующей вспомогательной несущей, которая может быть модулирована с помощью данных. Для системы на основе OFDM пространственное кодирование с расширением спектра может быть выполнено по каждому из поддиапазонов, используемых для передачи данных.

Для MIMO-системы, которая использует OFDM (т.е. системы MIMO-OFDM), один вектор символов данных s(k,n) может быть сформирован для каждого поддиапазона k в каждом периоде OFDM-символа n. Вектор s(k,n) содержит до N_S символов данных, которые должны быть отправлены посредством N_S собственных мод или пространственных каналов поддиапазона k в периоде OFDM-символа n. До N_F векторов s(k,n), для k = 1... N_F, может быть передано параллельно по N_F поддиапазонам в одном периоде OFDM-символа. Для системы MIMO-OFDM интервал передачи может охватывать как временное, так и частотное измерение. Индекс m для интервала передачи, таким образом, может быть заменен на k, n для поддиапазона k и периода OFDM -символа n. Интервал передачи может охватывать один поддиапазон в одном периоде OFDM-символа и нескольких периодах OFDM-символов и/или нескольких поддиапазонах.

Для полной CSI схемы передачи матрица характеристик канала H(k) для каждого поддиапазона k может быть разложена для того, чтобы получить N_S собственных мод этого поддиапазона. Собственные значения в каждой диагональной матрице Λ(k), для k = 1... N_F, могут быть упорядочены таким образом, чтобы первый столбец содержал наибольшее собственное значение, второй столбец содержал следующее наибольшее собственное значение и т.д., или λ₁(k) ≥ λ₂(k) ≥...>λ_Ns(k), где λ_ℓ(k) - это собственное значение в ℓ-ом столбце Λ(k) после упорядочивания. Когда собственные значения для каждой матрицы H(k) упорядочены, собственные векторы (или столбцы) ассоциативно связанной матрицы E(k) для этого поддиапазона также упорядочиваются соответствующим образом. "Широкополосная" собственная мода может быть задана как набор собственных мод одинакового порядка из всех N_F поддиапазонов после упорядочивания (к примеру, ℓ-ая широкополосная собственная мода включает в себя ℓ-ую собственную моду всех поддиапазонов). Каждая широкополосная собственная мода ассоциативно связана с соответствующим набором N_F собственных векторов для N_F поддиапазонов. Главная широкополосная собственная мода - это мода, ассоциативно связанная с наибольшим собственным значением в каждой матрице Λ(k) после упорядочивания. Данные могут передаваться по N_S широкополосных собственных мод.

Для частичной CSI схемы передачи передающий объект может выполнять пространственное кодирование с расширением спектра и пространственную обработку для каждого поддиапазона, а приемный объект может выполнять пространственную обработку и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, в приемном устройстве для каждого поддиапазона.

Каждый блок символов данных может передаваться различными способами в системе MIMO-OFDM. Например, каждый блок символов данных может передаваться как одна запись вектора s(k,n) для каждого из N_F поддиапазонов. В этом случае каждый блок символов данных отправляется по всем N_F поддиапазонам и достигает частотного разнесения в сочетании с пространственным разнесением, предоставляемым посредством пространственного кодирования с расширением спектра. Каждый блок символов данных также может охватывать один или несколько периодов OFDM-символов. Каждый блок символов данных, таким образом, может охватывать частотные и /или временные измерения (посредством структуры системы) плюс пространственное измерение (при пространственном кодировании с расширением спектра).

Матрицы управления также могут выбираться различными способами для системы MIMO-OFDM. Матрицы управления для поддиапазонов могут выбираться детерминистическим, псевдослучайным способом или способом перестановок, как описано выше. Например, L матрицы управления в наборе могут быть циклически проанализированы и выбраны в последовательном порядке для поддиапазонов 1-N_F в периоде OFDM-символа n, затем поддиапазонов 1-N_F в периоде OFDM-символа n+1 и т.д. Число матриц управления в наборе может быть меньше, равно или больше числа поддиапазонов. Три случая, описанные выше для L=N_M, L<N_M и L>N_M, также могут быть применены для поддиапазонов, с заменой N_M на N_F.

3. MIMO-система

Фиг.5 показывает блок-схему передающего объекта 110 и приемного объекта 150. В передающем объекте 110 процессор 520 TX-данных принимает и обрабатывает (к примеру, кодирует, перемежает и модулирует) данные и предоставляет символы данных. Пространственный процессор 530 TX принимает символы данных, выполняет пространственное кодирование с расширением спектра и пространственную обработку для полной CSI или частичной CSI передачи, мультиплексирует в символы пилот-сигнала и предоставляет N_T потоков символов передачи в N_T передающих устройств (TMTR) 532a-532t. Каждое передающее устройство (TMTR) 532 выполняет OFDM-модуляцию (если применима) и дополнительно адаптирует (к примеру, преобразует в аналоговую форму, фильтрует, усиливает и преобразует с повышением частоты) соответствующий поток символов передачи, чтобы сгенерировать модулированный сигнал. N_T передающих устройств 532a-532t предоставляют N_T модулированных сигналов для передачи из N_T антенн 534a-534t, соответственно.

В приемном объекте 150 N_R антенн 552a-552r принимают N_T передаваемых сигналов, и каждая антенна 552 предоставляет принимаемый сигнал соответствующему приемному устройству (RCVR) 554. Каждое приемное устройство 554 выполняет обработку, комплементарную обработке, выполняемой передающим устройством 532 (в том числе OFDM-модуляцию, если применима) и предоставляет (1) принимаемые символы данных в пространственный процессор 560 RX и (2) принимаемые символы пилот-сигнала в блок 584 оценки канала в контроллере 580. Пространственный процессор 560 RX выполняет пространственную обработку и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, в приемном устройстве для N_R потоков принимаемых символов из N_R приемных устройство 554 с помощью матриц пространственного фильтра и матриц управления, соответственно, из контроллера 580 и предоставляет N_S потоков восстановленных символов. Процессор 570 RX-данных затем обрабатывает (к примеру, обратно преобразует, обратно перемежает и декодирует) восстановленные символы и предоставляет декодированные данные.

Блок 584 оценки канала может извлечь H(m), которая является оценкой матрицы характеристик канала H(m), на основе символов пилот-сигнала, передаваемых без пространственного кодирования с расширением спектра. Альтернативно, блок 584 оценки канала может непосредственно извлечь H_eff(m), которая является оценкой эффективной матрицы характеристик канала H_eff(m), на основе символов пилот-сигнала, передаваемых с пространственным кодированием с расширением спектра. В любом случае, H(m) или H_eff(m) могут быть использованы для того, чтобы извлекать матрицу пространственного фильтра. Блок 584 оценки канала дополнительно оценивает SNR каждого передающего канала на основе принимаемых символов пилот-сигнала и/или принимаемых символов данных. MIMO-канал включает в себя N_s передающих каналов для каждого поддиапазона, но эти передающие каналы могут отличаться в зависимости от того, (1) используется полная CSI или частичная CSI передача, (2) выполнено или нет пространственное кодирование с расширением спектра, а также (3) от конкретной методики пространственной обработки, используемой приемным объектом. Контроллер 580 выбирает надлежащую скорость для каждого передающего канала на основе его SNR. Каждая выбранная скорость ассоциативно связана с конкретной схемой кодирования и конкретной схемой модуляции, которые вместе определяют скорость передачи данных. Одинаковые или различные скорости могут быть выбраны для N_S передающих каналов.

Скорости для всех передающих каналов, другая информация и данные трафика обрабатываются (к примеру, кодируются и модулируются) 590 процессором TX-данных, пространственно обрабатываются (при необходимости) пространственным процессором 592 TX, адаптируются передающими устройствами 554a-554r и отправляются посредством антенн 552a-552r. В передающем объекте 110 N_R сигналов, отправленных приемным объектом 150, принимаются посредством антенн 534a-534t, адаптируются приемными устройствами 532a-532t, пространственно обрабатываются пространственным процессором 544 RX и дополнительно обрабатываются (к примеру, демодулируются и декодируются) процессором 546 RX-данных для того, чтобы восстановить выбранные скорости. Контроллер 540 может после этого инструктировать 520 процессор TX-данных обработать данные для каждого передающего канала на основе скорости, выбранной для этого передающего канала.

Контроллеры 540 и 580 также управляют работой различных устройств обработки в передающем объекте 110 и приемном объекте 150, соответственно. Запоминающие устройства 542 и 582 сохраняют данные и/или программный код, используемый контроллерами 540 и 580, соответственно.

Фиг. 6 иллюстрирует блок-схему варианта осуществления процессора 520 TX-данных и пространственного процессора 530 TX в передающем объекте 110. Для этого варианта осуществления процессор 520 TX-данных включает в себя N_D потоковых процессоров 620a-620nd TX-данных для N_D потоков данных {d_ℓ}, для ℓ=1... N_D, где, в общем, N_D≥1.

В каждом потоковом процессоре 620 TX-данных кодер 622 принимает и кодирует свой поток данных {d_ℓ} на основе схемы кодирования и предоставляет биты кода. Каждый пакет данных в потоке данных кодируется отдельно для того, чтобы получить соответствующий блок кода или пакет кодированных данных. Кодирование повышает надежность передачи данных. Схема кодирования может включать в себя кодирование с контролем циклическим избыточным кодом (CRC), сверточное кодирование, турбо-кодирование, кодирование с разреженным контролем четности (LDPC), блочное кодирование, другое кодирование либо их сочетание. При пространственном кодировании с расширением спектра SNR может отличаться в блоке кода, даже если MIMO-канал является статическим в блоке кода. Достаточно мощная схема кодирования может быть использована для того, чтобы бороться с дисперсией SNR в блоке кода, так чтобы кодированная производительность была пропорциональна среднему SNR в блоке кода. Некоторые примерные схемы кодирования, которые могут обеспечивать оптимальную производительность для пространственного кодирования с расширением спектра, включают в себя турбо-код (к примеру, заданный стандартом IS-856), LDPC-код и сверточный код.

Канальный перемежитель 624 перемежает (т.е. переупорядочивает) биты кода на основе схемы перемежения для того, чтобы достичь частотного, временного и/или пространственного разнесения. Перемежение может выполняться в блоке кода, частичном блоке кода, нескольких блоках кода и т.д. Блок 626 символьного преобразования преобразует перемеженные биты на основе схемы модуляции и предоставляет поток символов данных {s_ℓ}. Блок 626 группирует каждый набор B перемеженных бит для того, чтобы сформировать B-битное значение, где B≥1, и дополнительно преобразует каждое B-битное значение в конкретный символ модуляции на основе схемы модуляции (к примеру, QPSK, M-PSK или M-QAM, где M = 2^B). Блок 626 предоставляет блок символов данных для каждого блока кода.

На фиг.6 N_D потоковых процессоров 620 TX-данных обрабатывают N_D потоков данных. Один потоковый процессор 620 TX-данных также может обрабатывать N_D потоков данных, к примеру, способом мультиплексирования с временным разделением каналов (TDM).

Данные могут передаваться различными способами в MIMO-системе. Например, если N_D=1, то один поток данных обрабатывается, демультиплексируется и передается по всем N_s передающим каналам MIMO-канала. Если N_D=N_S, то один поток данных может быть обработан и передан по каждому передающему каналу. В любом случае данные, которые должны быть отправлены по каждому передающему каналу, могут быть закодированы и модулированы на основе скорости, выбираемой для этого передающего канала. Мультиплексор/демультиплексор (Mux/Demux) 628 принимает и мультиплексирует/демультиплексирует символы данных для N_D потоков данных в N_S потоков символов данных, один поток символов данных для каждого передающего канала. Если N_D=1, то Mux/Demux 628 демультиплексирует символы данных для одного потока данных в N_S потоков символов данных. Если N_D=N_S, то Mux/Demux 628 может просто предоставлять символы данных для каждого потока данных как соответствующий поток символов данных.

Пространственный процессор 530 TX принимает и пространственно обрабатывает N_S потоков символов данных. В пространственном процессоре 530 TX устройство 632 пространственного кодирования с расширением спектра принимает N_S потоков символов данных, выполняет пространственное кодирование с расширением спектра для каждого интервала передачи m с помощью матрицы управления V(m), выбранной для этого интервала передачи, и предоставляет N_S потоков кодированных с расширением спектра символов. Матрицы управления могут быть выбраны из блока 642 хранения матриц управления (SM) в запоминающем устройстве 542 или сгенерированы контроллером 540 по мере необходимости. Далее пространственный процессор 634 пространственно обрабатывает N_S потоков закодированных с расширением спектра символов с помощью единичной матрицы I для частичной CSI передачи или с помощью матриц E(m) собственных векторов для полной CSI передачи. Мультиплексор 636 мультиплексирует символы передачи из пространственного процессора 634 с помощью символов пилот-сигнала (к примеру, способом мультиплексирования с временным разделением каналов) и предоставляет N_T потоков символов передачи для N_T передающих антенн.

Фиг.7 иллюстрирует блок-схему пространственного процессора 560a RX и процессора 570a RX-данных, которые являются одним вариантом осуществления пространственного процессора 560 RX и процессора 570 RX-данных, соответственно, в приемном объекте 150. N_R приемных устройств 554a-554r предоставляют принимаемые символы пилот-сигнала {r_i ^p}, для i=1... N_R, блоку 584 оценки канала. Блок 584 оценки канала оценивает матрицу характеристик канала H(m) на основе принимаемых символов пилот-сигнала и дополнительно оценивает SNR каждого передающего канала. Контроллер 580 извлекает матрицу пространственного фильтра M(m) и, возможно, диагональную матрицу D(m) для каждого интервала передачи m на основе матрицы характеристик канала H(m) и, возможно, матрицы управления V(m). Приемный объект 150 синхронизирована с передающим объектом 110, с тем чтобы оба объекта использовали одинаковую матрицу управления V(m) для каждого интервала передачи m. Матрица M(m) может быть извлечена так, как показано в уравнении (10) для полной CSI передачи и как показано в уравнениях (17) и (23) для частичной CSI передачи, с помощью методик CCMI и MMSE, соответственно. Матрица M(m) может включать или не включать матрицу управления V(m) в зависимости от того, выполняется пространственная обработка и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, в приемном устройстве совместно или по отдельности.

Фиг.7 показывает пространственное кодирование с расширением спектра и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, в приемном устройстве, выполняемые по отдельности. Пространственный процессор 560 RX получает принимаемые символы данных {r_i ^d}, для i=1... N_R, от приемных устройств 554a-554r и матрицы M(m) и V(m) от контроллера 580. В пространственном процессоре 560 RX пространственный процессор 762 выполняет пространственную обработку приемного устройства над принимаемыми символами данных для каждого интервала передачи с помощью матриц M(m). Затем устройство 764 пространственного декодирования, обратного кодированию с расширением спектра, выполняет пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, с помощью матрицы V(m) и предоставляет восстановленные символы процессору 570 RX-данных. Пространственная обработка и пространственное декодирование, обратное кодированию с расширением спектра, в приемном устройстве также могут выполняться совместно с помощью эффективной оценки MIMO-канала, как описано выше.

Для варианта осуществления, показанного на фиг.7, процессор 570a RX-данных включает в себя мультиплексор/демультиплексор (Mux/Demux) 768 и N_D потоковых процессоров 770a-770nd RX-данных для N_D потоков данных. Mux/Demux 768 принимает и мультиплексирует/демультиплексирует N_S потоков восстановленных символов для N_S передающих каналов в N_D потоков восстановленных символов для N_D потоков данных. В каждом потоковом процессоре 770 RX-данных блок 772 обратного преобразования символов демодулирует восстановленные символы своего потока данных в соответствии со схемой модуляции, используемой для этого потока, и предоставляет демодулированные данные. Канальный обратный перемежитель 774 обратно перемежает демодулированные данные способом, комплементарным перемежению, выполненному для этого потока посредством передающего объекта 110. Декодер 776 декодирует обратно перемеженные данные способом, комплементарным кодированию, выполненному посредством передающего объекта 110 для этого потока. Например, турбо-декодер или декодер Витерби может быть использован для декодера 776, если турбо- или сверточное кодирование, соответственно, выполняются передающим объектом 110. Декодер 776 предоставляет поток декодированных данных, который включает в себя пакет декодированных данных для каждого блока символов данных.

Фиг.8 иллюстрирует блок-схему пространственного процессора 560b RX и процессора 570b RX-данных, которые реализуют методику SIC для приемного объекта 150. Для простоты N_D=N_S и пространственный процессор 560b RX и процессор 570b RX-данных реализуют N_S каскадных стадий обработки в приемном устройстве для N_S потоков символов данных. Каждая из стадий от 1 до N_S-1 включает в себя пространственный процессор 860, подавитель 862 помех, потоковый процессор 870 RX-данных и потоковый процессор 880 TX-данных. Последняя стадия включает в себя только пространственный процессор 860ns и потоковый процессор 870ns RX-данных. Каждый потоковый процессор 870 RX-данных включает в себя блок обратного символьного преобразования, канальный обратный перемежитель и декодер, как показано на фиг.7. Каждый потоковый процессор 880 TX-данных включает в себе кодер, канальный перемежитель, блок символьного преобразования, как показано на фиг.6.

На стадии 1 пространственный процессор 860a выполняет пространственную обработку приемного устройства для N_R потоков принимаемых символов и предоставляет один поток восстановленных символов {s₁}. Потоковый процессор 870a RX-данных демодулирует, обратно перемежает и декодирует поток восстановленных символов {s₁} и предоставляет соответствующий декодированный поток данных {d₁}. Потоковый процессор 880a TX-данных кодирует, перемежает и модулирует поток декодированных данных {d₁} способом, аналогичным выполняемому передающим объектом 110 для этого потока, и предоставляет поток ремодулированных символов {s₁}. Подавитель 862a помех пространственно кодирует с расширением спектра поток ремодулированных символов {s₁} с помощью матрицы управления V(m) и дополнительно умножает результаты на матрицу характеристик канала H(m) для того, чтобы получить N_R компонентов помех вследствие потока символов данных {s₁}. N_R компонентов помех вычитаются из N_R потоков принимаемых символов для того, чтобы получить N_R потоков модифицированных символов, которые предоставляются стадии 2.

Каждая из стадий от 2 до N_S-1 выполняет такую же обработку, что и стадия 1, хотя и над N_R потоками модифицированных символов из предыдущей стадии вместо N_R потоков принимаемых символов. Последняя стадия выполняет пространственную обработку и декодирование над N_R потоками модифицированных символов из стадии N_S-1 и не выполняет оценку и подавление помех.

Пространственные процессоры 860a-860ns каждый могут реализовывать CCMI, MMSE или какую-либо другую методику. Каждый пространственный процессор 860 умножает входной вектор (принимаемых или модифицированных) символов r^ℓ _sic(m) с помощью матрицы пространственного фильтра M^ℓ _sic(m) и матрицы управления V(m) для того, чтобы получить вектор восстановленных символов s^ℓ _sic(m), и предоставляет поток восстановленных символов этой стадии. Матрица M^ℓ _sic(m) извлекается на основе уменьшенной матрицы характеристик канала H^ℓ(m) для стадии. Матрица H^ℓ(m) равна H(m) с удаленными столбцами для каждого из потоков символов данных, уже восстановленных на предыдущих стадиях.

4. Выбор и управление скоростью

Для полной CSI и частичной CSI передачи приемный объект может оценить SNR каждого передающего канала. Вычисление SNR зависит от того, (1) используется полная CSI или частичная CSI передача, (2) выполнено ли пространственное кодирование с расширением спектра и (3) от конкретной методики пространственной обработки в приемном устройстве (к примеру, CCMI, MMSE или SIC), используемой приемным объектом в случае частичной CSI передачи. Для системы MIMO-OFDM SNR каждого поддиапазона передающего канала может быть оценено и усреднено для того, чтобы получить SNR передающего канала. В любом случае рабочее SNR γ_op(ℓ) для каждого передающего канала может быть вычислено на основе SNR передающего канала γ_pd(ℓ) и смещения SNR γ_os(ℓ) следующим образом:

γ_op(ℓ) = γ_pd(ℓ) + γ_os(ℓ) (28)

- где единицами являются децибелы (дБ). Смещение SNR может быть использовано для того, чтобы учесть ошибку оценки, неустойчивость в канале и другие факторы. Надлежащая скорость выбирается для каждого передающего канала на основе рабочего SNR передающего канала.

MIMO-система может поддерживать конкретный набор скоростей. Одна из поддерживаемых скоростей может быть нулевой скоростью, т.е. скоростью передачи данных в нуль. Каждая из оставшихся скоростей ассоциативно связана с конкретной ненулевой скоростью передачи данных, конкретной схемой кодирования или кодовой скоростью, конкретной схемой модуляции и конкретным минимальным SNR, требуемым для того, чтобы достичь желаемого уровня производительности, к примеру, 1% частоты ошибок по пакетам (PER) для AWGN-канала без затухания. Для каждой поддерживаемой ненулевой скорости требуемое SNR может быть получено на основе конкретной структуры системы (такой как конкретная кодовая скорость, схема перемежения и схема модуляции, используемая системой для этой скорости) и для AWGN-канала. Требуемое SNR может быть получено посредством вычислительного моделирования, эмпирических измерений и т.п., как известно в данной области техники. Набор поддерживаемых скоростей и их требуемые SNR могут быть сохранены в поисковой таблице.

Рабочее SNR γ_op(ℓ) каждого передающего канал может быть предоставлено поисковой таблице, которая затем возвращает скорость q(ℓ) для этого канала передачи. Эта скорость является наиболее высокой поддерживаемой скоростью с требуемым SNR γ_req(ℓ), т.е. меньшим или равным рабочему SNR, или γ_req(ℓ)≤γ_op(ℓ). Приемный объект может, таким образом, выбрать наивысшую возможную скорость для каждого передающего канала на основе его рабочего SNR.

5. Генерирование матрицы управления

Матрицы управления, используемые для пространственного кодирования с расширением спектра, могут быть сгенерированы различными способами, и некоторые примерные схемы описаны ниже. Набор L матриц управления может быть заранее рассчитан и сохранен в передающем и приемном объектах и в последующем извлекаем для использования по мере необходимости. Альтернативно, эти матрицы управления могут быть вычислены в реальном времени по мере необходимости.

Матрицы управления должны быть унитарными матрицами и удовлетворять следующему условию:

V^H(i) · V(i) = I, для i=1... L (29)

Уравнение (28) показывает, что каждый столбец V(i) должен иметь единичную энергию, и эрмитово скалярное произведение любых двух столбцов V(i) должно равняться нулю. Это условие обеспечивает то, что N_S символов данных, отправляемых одновременно с помощью матрицы управления V(i), имеют одну степень и ортогональны друг к другу до передачи.

Некоторые из матриц управления также могут быть неоткорректированными, так что корреляция между двумя некоррелированными матрицами управления равна нулю или имеет маленькое значение. Это условие может быть выражено следующим образом:

C(ij) =V^H(i) · V(j) ≈ 0, для i=1... L, j=1... L и i≠j (30)

- где C(ij) - корреляционная матрица для V(i) и V(j), а 0 - это матрица из всех нулей. Условие в уравнении (30) позволяет увеличить производительность для некоторых вариантов применения, но не является обязательным для большинства вариантов применения.

Набор из L матриц управления {V} может быть сгенерирован с помощью различных схем. В первой схеме L матриц управления генерируются на основе матриц случайных переменных. Матрица G N_SxN_T с элементами, которые являются независимыми идентично распределенными сложными гауссовыми случайными переменным, каждая из которых имеет нулевое среднее и единичную дисперсию, первоначально генерируется. Корреляционная матрица N_TxN_T из G вычисляется и разлагается с помощью разложения по собственным значениям следующим образом:

R_G = G^H · G = E_G · D_G · E^H _G (31)

Матрица E_G используется в качестве матрицы управления V(i) и добавляется в набор. Процесс повторяется до тех пор, пока все L матриц управления не будут сгенерированы.

Во второй схеме L матрицы управления генерируются на основе набора (log₂ L)+1 независимых изотропно распределенных (HD) унитарных матриц следующим образом:

V(ℓ₁ℓ₂…ℓ_Q)= Ω $${}_1^{{\ell }_1}$$ · Ω $${}_2^{{\ell }_2}$$ ·...Ω $${}_Q^{{\ell }_Q}$$ · V₀, для ℓ₁, ℓ₂,..., ℓ_Q $$\in$$ {0,1} (32)

- где V₀ - это независимая изотропно распределенная унитарная матрица N_TxN_S;

- i = ℓ₁,ℓ₂,..., ℓ_Q, где Q = log₂ L, а ℓ_j - это j-ый бит индекса i; и

- Ω $${}_j^{{\ell }_j}$$ , для j=1... Q, - это унитарная ED-матрица N_TxN_T.

Вторая схема описана T.L. Marzetta и др. в документе "Structured Unitary Space-Time Autocoding Constellations", IEEE Transaction on Information Theory, том 48, номер 4, апрель 2002 г.

В третьей схеме L матрицы управления генерируются посредством последовательного вращения начальной унитарной матрицы управления V(1) в N_T-размерном комплексном пространстве следующим образом:

V(i + 1) = Θⁱ · V(1), для i=1... L-1 (33)

- где Θⁱ - это диагональная унитарная матрица N_TxN_T с элементами, которые являются L-ми корнями из единицы. Третья схема описана B.M. Hochwald и др. в документе "Systematic Design of Unitary Space-Time Constellations", IEEE Transaction on Information Theory, том 46, номер 6, сентябрь 2000 г.

В четвертой схеме набор из L матриц управления генерируется с помощью базовой матрицы B и различных скаляров. Базовой матрицей может быть матрица Уолша, матрица Фурье или какая-либо другая матрица. Матрица Уолша 2x2 может быть выражена как $${\underset{\_}{W}}_{2\times 2}=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$$ . Матрица Уолша большего размера W_2Nx2N может быть сформирована из матрицы Уолша меньшего размера W_NxN следующим образом:

$${\underset{\_}{W}}_{2N\times 2N}=\left[\begin{array}{cc}{\underset{\_}{W}}_{N\times N}& {\underset{\_}{W}}_{N\times N}\\ {\underset{\_}{W}}_{N\times N}& -{\underset{\_}{W}}_{N\times N}\end{array}\right]$$ (34)

Матрицы Уолша имеют размерности, являющиеся степенью двух.

Матрица Фурье N_TxN_T D имеет элемент w_n,m в n-ой строке m-ого столбца, что может быть выражено следующим образом:

$$w_{n,m}=e^{-j2\pi \frac{(n-1)(m-1)}{N_T}}$$ , для n = {1... N_T} и m = {1... N_T} (35)

- где n - это индекс строки, а m - это индекс столбца. Матрицы Фурье любой квадратной размерности (к примеру, 2, 3, 4, 5 и т.п.) могут быть сформированы.

Матрица Уолша N_TxN_T W, матрица Фурье D или какая-либо другая матрица может быть использована в качестве базовой матрицы B для того, чтобы формировать другие матрицы управления. Каждая из строк от 2 до N_T базовой станции может быть независимо умножена на один из M различных возможных скаляров, где M>1. $${\text{M}}^{{\text{N}}_{\text{T}}}{}^{\text{-1}}$$ различных матриц управления может быть получено из $${\text{M}}^{{\text{N}}_{\text{T}}}{}^{\text{-1}}$$ различных перестановок M скаляров для N_T-1 строк. Например, каждая из строк от 2 до N_T может быть независимо умножена на скаляр +1, -1, +j или -j, где $$j=\sqrt{-1}$$ . Для N_T=4 и M=4 может быть сгенерировано 64 различных матриц управления из базовой матрицы B с помощью четырех различных скаляров. Дополнительные матрицы управления могут быть сгенерированы с помощью других скаляров, к примеру, e^±j3π/4, e^±jπ/4, e^±jπ/8 и т.п. В общем, каждая строка базовой матрицы может быть умножена на любой скаляр, имеющий форму e^jθ, где θ может быть любым фазовым значением. N_TxN_T матриц управления может быть сгенерировано как $${\text{V(i) = g}}_{{\text{N}}_{\text{T}}}\text{·B(i)}\text{,}$$ где $${\text{g}}_{{\text{N}}_{\text{T}}}=1/\sqrt{N_T},$$ а B(i) - это i-ая матрица, сгенерированная с помощью базовой матрицы B. Масштабирование посредством g_NT гарантирует, что каждый столбец V(i) имеет единичную степень.

Другие схемы также могут быть использованы для того, чтобы сгенерировать набор из L матриц управления, и это не выходит за рамки области применения изобретения. В общем, матрицы управления могут быть сгенерированы псевдослучайным способом (к примеру, как в первой схеме) или детерминистическим способом (к примеру, как во второй, третьей и четвертой схемах).

Описанные в данном документе методики пространственного кодирования с расширением спектра могут быть реализованы различными средствами. Например, эти методики могут быть реализованы в аппаратных средствах, программном обеспечении или их сочетании. При реализации в аппаратных средствах блоки обработки для пространственного кодирования с расширением спектра в передающем объекте и пространственного декодирования, обратного кодированию с расширением спектра, в приемном объекте могут быть реализованы в одной или более специализированных интегральных схемах (ASIC), процессорах цифровых сигналов (DSP), устройствах цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), программируемых пользователем матричных БИС (FPGA), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных устройствах, предназначенных для того, чтобы выполнять описанные в данном документе функции, или их сочетании.

При реализации в программном обеспечении описанные в данном документе методики пространственного кодирования с расширением спектра могут быть реализованы с помощью модулей (к примеру, процедур, функций и т.п.), которые выполняют описанные в данном документе функции. Программные коды могут быть сохранены в запоминающих устройствах (к примеру, в запоминающих устройствах 542 и/или 582 на фиг.5) и приведены в исполнение процессором (к примеру, контроллерами 540 и 580 на фиг.5). Запоминающее устройство может быть реализовано в процессоре или внешне по отношению к процессору, причем во втором случае оно может быть подсоединено к процессору с помощью различных средств, известных в данной области техники.

Заголовки включены в данный документ для ссылок и для того, чтобы помогать в поиске определенных разделов. Эти заголовки не предназначены для того, чтобы ограничивать область применения понятий, описанных здесь, и эти понятия могут иметь применимость в других разделах по всему подробному описанию.

Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления предоставлено для того, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники создавать или использовать настоящее изобретение. Различные модификации в этих вариантах осуществления должны быть явными для специалистов в данной области техники, а описанные в данном документе общие принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления без отступления от сущности и объема изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не предназначено для того, чтобы быть ограниченным показанными в данном документе вариантами осуществления, а должно удовлетворять самому широкому объему, согласованному с принципами и новыми признаками, раскрытыми в данном документе.

1. Способ передачи данных от передающего объекта к приемному объекту в системе беспроводной связи со многими входами и многими выходами (MIMO), содержащий этапы, на которых
обрабатывают данные для получения множества потоков символов данных для передачи по множеству передающих каналов в MIMO-канале между передающим объектом и приемным объектом;
генерируют набор из L матриц управления, причем L является целым числом больше единицы;
выполняют пространственное кодирование с расширением спектра для множества потоков символов данных с помощью L 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
выполняют пространственную обработку для множества потоков закодированных с расширением спектра символов для получения множества потоков символов передачи для передачи из множества передающих антенн в передающем объекте.

2. Способ по п.1, в котором L матриц управления содержат унитарные матрицы, имеющие ортогональные столбцы.

3. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором выбирают матрицу управления из L матриц управления для каждого интервала времени, и
при этом пространственное кодирование с расширением спектра выполняют для каждого интервала времени с помощью матрицы управления, выбранной для интервала времени.

4. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором выбирают матрицу управления из L матриц управления для каждой группы из, по меньшей мере, одного частотного поддиапазона, и
при этом пространственное кодирование с расширением спектра выполняют для каждой группы из, по меньшей мере, одного частотного поддиапазона с помощью матрицы управления, выбранной для группы.

5. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, несколько из L матриц управления являются некоррелированными.

6. Способ по п.1, в котором этап, на котором обрабатывают данные, содержит этапы, на которых
кодируют и модулируют каждый из множества пакетов данных для получения блока символов данных;
мультиплексируют множество блоков символов данных, сгенерированных для множества пакетов данных, во множество потоков символов данных, и
выполняют пространственную обработку по каждому блоку символов данных во множестве потоков символов данных с помощью, по меньшей мере, двух из L матриц управления.

7. Устройство для передачи данных от передающего объекта к приемному объекту в системе беспроводной связи со многими входами и многими выходами (MIMO), содержащее
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;
генератор матриц управления для генерирования набора из L матриц управления, причем L является целым числом больше единицы;
устройство пространственного кодирования с расширением спектра для выполнения пространственного кодирования с расширением спектра для множества потоков символов данных с помощью L 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.

8. Устройство по п.7, в котором L матриц управления содержат унитарные матрицы, имеющие ортогональные столбцы.

9. Устройство по п.7, в котором
устройство пространственного кодирования с расширением спектра сконфигурировано с возможностью выбора матрицы управления из L матриц управления для каждого временного интервала; и
при этом пространственное кодирование с расширением спектра выполняют для каждого интервала времени с помощью матрицы управления, выбранной для интервала времени.

10. Устройство по п.7, в котором
устройство пространственного кодирования с расширением спектра сконфигурировано с возможностью выбора матрицы управления из L матриц управления для каждой группы из, по меньшей мере, одного частотного поддиапазона; и
при этом пространственное кодирование с расширением спектра выполняют для каждой группы из, по меньшей мере, одного частотного поддиапазона с помощью матрицы управления, выбранной для группы.

11. Устройство по п.7, в котором, по меньшей мере, несколько из L матриц управления являются некоррелированными.

12. Устройство по п.7, в котором
процессор данных сконфигурирован с возможностью кодирования и модулирования каждого из множества пакетов данных для получения блока символов данных и мультиплексирования множества блоков символов данных, сгенерированных для множества пакетов данных, во множество потоков символов данных; и
пространственный процессор сконфигурирован с возможностью выполнения пространственной обработки по каждому блоку символов данных во множестве потоков символов данных с помощью, по меньшей мере, двух из L матриц управления.

13. Устройство для передачи данных от передающего объекта к приемному объекту в системе беспроводной связи со многими входами и многими выходами (MIMO), содержащее
средство обработки данных для получения множества потоков символов данных для передачи по множеству передающих каналов в MIMO-канале между передающим объектом и приемным объектом;
средство генерирования набора из L матриц управления, причем L является целым числом больше единицы;
средство выполнения пространственного кодирования с расширением спектра для множества потоков символов данных с помощью L 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.

14. Устройство по п.13, в котором L матриц управления содержат унитарные матрицы, имеющие ортогональные столбцы.

15. Устройство по п.13, в котором
средство выполнения пространственной обработки сконфигурировано с возможностью выбора матрицы управления из L матриц управления для каждого интервала времени; и
при этом пространственное кодирование с расширением спектра выполняют для каждого интервала времени с помощью матрицы управления, выбранной для интервала времени.

16. Устройство по п.13, в котором
средство выполнения пространственного кодирования с расширением спектра сконфигурировано с возможностью выбора матрицы управления из L матриц управления для каждой группы из, по меньшей мере, одного частотного поддиапазона; и
при этом пространственное кодирование с расширением спектра выполняют для каждой группы из, по меньшей мере, одного частотного поддиапазона с помощью матрицы управления, выбранной для группы.

17. Устройство по п.13, в котором, по меньшей мере, несколько из L матриц управления являются некоррелированными.

18. Устройство по п.13, в котором
средство обработки данных сконфигурировано с возможностью кодирования и модулирования каждого из множества пакетов данных для получения блока символов данных и мультиплексирования множества блоков символов данных, сгенерированных для множества пакетов данных, во множество потоков символов данных; и
средство выполнения пространственного кодирования сконфигурировано с возможностью выполнения пространственной обработки по каждому блоку символов данных во множестве потоков символов данных с помощью, по меньшей мере, двух из L матриц управления.

19. Компьютерный программный продукт, содержащий запоминающее устройство с хранящимися в нем программными кодами, исполняемыми процессором, и при этом программные коды предназначены для
обработки данных для получения множества потоков символов данных для передачи по множеству передающих каналов в MIMO-канале между передающим объектом и приемным объектом;
генерирования набора из L матриц управления, причем L является целым числом больше единицы;
выполнения пространственного кодирования с расширением спектра для множества потоков символов данных с помощью L 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
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.

20. Компьютерный программный продукт по п.19, в котором L матриц управления содержат унитарные матрицы, имеющие ортогональные столбцы.

21. Компьютерный программный продукт по п.19, в котором программные коды содержат программные коды для
выбора матрицы управления из L матриц управления для каждого интервала времени, и
при этом пространственное кодирование с расширением спектра выполняют для каждого интервала времени с помощью матрицы управления, выбранной для интервала времени.

22. Компьютерный программный продукт по п.19, в котором программные коды дополнительно содержат программные коды для
выбора матрицы управления из L матриц управления для каждой группы из, по меньшей мере, одного частотного поддиапазона, и
при этом пространственное кодирование с расширением спектра выполняют для каждой группы из, по меньшей мере, одного частотного поддиапазона с помощью матрицы управления, выбранной для группы.

23. Компьютерный программный продукт по п.19, в котором, по меньшей мере, несколько из L матриц управления являются некоррелированными.

24. Компьютерный программный продукт по п.19, в котором обработка данных содержит этапы, на которых
кодируют и модулируют каждый из множества пакетов данных для получения блока символов данных;
мультиплексируют множество блоков символов данных, сгенерированных для множества пакетов данных, во множество потоков символов данных, и;
выполняют пространственную обработку по каждому блоку символов данных во множестве потоков символов данных с помощью, по меньшей мере, двух из L матриц управления.