[go: up one dir, main page]

RU2649078C2 - System and methods to compensate doppler effects in wireless systems with distributed input - distributed output - Google Patents

System and methods to compensate doppler effects in wireless systems with distributed input - distributed output Download PDF

Info

Publication number
RU2649078C2
RU2649078C2 RU2014148791A RU2014148791A RU2649078C2 RU 2649078 C2 RU2649078 C2 RU 2649078C2 RU 2014148791 A RU2014148791 A RU 2014148791A RU 2014148791 A RU2014148791 A RU 2014148791A RU 2649078 C2 RU2649078 C2 RU 2649078C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bts
dido
antennas
user
mobile user
Prior art date
Application number
RU2014148791A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014148791A (en
Inventor
Антонио ФОРЕНЦА
Стивен Дж. ПЕРЛМЭН
Original Assignee
Риарден, Ллк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/464,648 external-priority patent/US9312929B2/en
Application filed by Риарден, Ллк filed Critical Риарден, Ллк
Publication of RU2014148791A publication Critical patent/RU2014148791A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2649078C2 publication Critical patent/RU2649078C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/01Reducing phase shift
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69Spread spectrum techniques
    • H04B1/707Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • H04B1/7097Interference-related aspects
    • H04B1/711Interference-related aspects the interference being multi-path interference
    • H04B1/7115Constructive combining of multi-path signals, i.e. RAKE receivers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413MIMO systems
    • H04B7/0452Multi-user MIMO systems
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0621Feedback content
    • H04B7/0626Channel coefficients, e.g. channel state information [CSI]
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/022Site diversity; Macro-diversity
    • H04B7/024Co-operative use of antennas of several sites, e.g. in co-ordinated multipoint or co-operative multiple-input multiple-output [MIMO] systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S367/00Communications, electrical: acoustic wave systems and devices
    • Y10S367/904Doppler compensation systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

FIELD: wireless communication equipment.
SUBSTANCE: invention relates to multi-user wireless data communication systems. Multi-user multi-antenna system contains: a centralized unit connected to communicate with a plurality of distributed transceiver stations or antennas; a network consisting of wired or wireless communication lines and used as a communication channel of the transport network. In this case, the centralized unit is configured able to communicate with the plurality of distributed transceiver stations or antennas for adaptive reconfiguration of simultaneous communication within one frequency band between the distributed transceiver stations or antennas and multiple users in order to reduce the influence of Doppler effects caused by the user movements or by changes in the data distribution environment.
EFFECT: technical result is the ability to compensate for the negative influence of the Doppler effect.
35 cl, 62 dwg

Description

Настоящая заявка представляет собой частичное продолжение перечисленных ниже заявок на патенты США, находящихся на одновременном рассмотрении.This application is a partial continuation of the following pending US patent applications.

Заявка на патент США №12/917,257, поданная 1 ноября 2010 г., «Системы и способы координации передач в распределенных беспроводных системах посредством кластеризации пользователей»; заявка на патент США №12/802,988, поданная 16 июня 2010 г., «Управление помехами, стратегия эстафетной передачи, управление мощностью и адаптация линий связи в системах связи с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO)»; заявка на патент США №12/802,976, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ оптимизации подавления помех в DIDO на основе измерения мощности сигнала», патент US 8,170,081 на которую получен 1 мая 2012 г.; заявка на патент США №12/802,974, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ управления межкластерными эстафетными передачами клиентов, проходящих через несколько кластеров DIDO»; заявка на патент США №12/802,989, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ управления эстафетными передачами клиентов между различными сетями с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO) на основе измеренной скорости клиента»; заявка на патент США №12/802,958, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ управления мощностью и группировки антенн в сетях с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO)»; заявка на патент США №12/802,975, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ адаптации линий связи в системах DIDO с несколькими несущими»; заявка на патент США №12/802,938, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ интерполяции предварительного кодирования в системах DIDO с несколькими несущими»; заявка на патент США №12/630,627, поданная 3 декабря 2009 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенными антеннами»; заявка на патент США №12/143,503, поданная 20 июня 2008 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом», патент US 8,160,121 на которую получен 17 апреля 2009 г.; заявка на патент США №11/894,394, поданная 20 августа 2007 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом», патент US 7,599,420 на которую получен 6 октября 2009 г.; заявка на патент США №11/894,362, поданная 20 августа 2007 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом», патент US 7,633,994 на которую получен 15 декабря 2009 г.; заявка на патент США №11/894,540, поданная 20 августа 2007 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом», патент US 7,636,381 на которую получен 22 декабря 2009 г.; заявка на патент США №11/256,478, поданная 21 октября 2005 г., «Система и способ связи с пространственно-мультиплексированным тропосферным рассеянием», патент US 7,711,030 на которую получен 4 мая 2010 г.; заявка на патент США №10/817,731, поданная 2 апреля 2004 г., «Система и способ улучшения качества связи посредством волн с почти вертикальным ионосферным отражением (NVIS) с применением пространственно-временного кодирования», патент US 7,885,354 на которую получен 28 февраля 2011 г.US Patent Application No. 12 / 917,257, filed November 1, 2010, “Systems and methods for coordinating transmissions in distributed wireless systems through user clustering”; US Patent Application No. 12 / 802,988, filed June 16, 2010, “Interference Management, Handoff Strategy, Power Management, and Adaptation of Communication Lines in Communication Systems with Distributed Input - Distributed Output (DIDO)”; US Patent Application No. 12 / 802,976, filed June 16, 2010, “System and Method for Optimizing Noise Reduction in DIDO Based on Measurement of Signal Strength,” US Pat. No. 8,170,081, received May 1, 2012; US Patent Application No. 12 / 802,974, filed June 16, 2010, “System and Method for Managing Cluster Relay Transmissions of Clients Passing Through Multiple DIDO Clusters”; US Patent Application No. 12 / 802,989, filed June 16, 2010, “A System and Method for Managing Client Relay Transmissions between Different Distributed Input-Distributed Output (DIDO) Networks Based on Measured Client Speed”; US Patent Application No. 12 / 802,958, filed June 16, 2010, “System and Method for Power Control and Antenna Grouping in Distributed Input-Distributed Output (DIDO) Networks”; US Patent Application No. 12 / 802,975, filed June 16, 2010, “System and Method for Adapting Communication Lines in Multi-Carrier DIDO Systems”; US patent application No. 12 / 802,938, filed June 16, 2010, "System and method for interpolating precoding in DIDO systems with multiple carriers"; US Patent Application No. 12 / 630,627, filed December 3, 2009, “System and Method for Wireless Communication with Distributed Antennas”; application for US patent No. 12/143,503, filed June 20, 2008, "System and method for wireless communication with distributed input - distributed output", US patent 8,160,121 which was received on April 17, 2009; Application for US patent No. 11/894,394, filed August 20, 2007, "System and method for wireless communication with distributed input - distributed output", US patent 7,599,420 which was received on October 6, 2009; application for US patent No. 11/894,362, filed August 20, 2007, "System and method for wireless communication with distributed input - distributed output", US patent 7,633,994 which was received December 15, 2009; application for US patent No. 11/894,540, filed August 20, 2007, "System and method for wireless communication with distributed input - distributed output", US patent 7,636,381 for which was received December 22, 2009; Application for US patent No. 11/256,478, filed October 21, 2005, "System and method for communication with spatially multiplexed tropospheric scattering", US patent 7,711,030 which was received on May 4, 2010; application for US patent No. 10/817,731, filed April 2, 2004, "System and method for improving the quality of communication by means of waves with almost vertical ionospheric reflection (NVIS) using space-time coding", US patent 7,885,354 which was received on February 28, 2011 g.

Уровень техникиState of the art

Многопользовательские беспроводные системы предшествующего уровня техники могут включать в себя только одну базовую станцию или несколько базовых станций.Prior art multi-user wireless systems may include only one base station or several base stations.

Одиночная базовая станция WiFi (например, использующая протоколы 2,4 ГГц 802.11b, g или n), подключенная к широкополосному проводному соединению с Интернетом в области, где не существует других точек доступа WiFi (например, точка доступа WiFi, подключенная к DSL внутри сельского дома), представляет собой пример относительно простой многопользовательской беспроводной системы, представляющей собой одиночную базовую станцию, совместно используемую одним или более пользователями, находящимися в пределах дальности ее передачи. Если пользователь находится в том же помещении, что и точка беспроводного доступа, то, как правило, пользователь будет иметь высокоскоростную линию связи с некоторыми нарушениями передачи (например, возможна потеря пакета из-за источников помех на частоте 2,4 ГГц, таких как микроволновые печи, но не из-за использования спектра совместно с другими устройствами WiFi). Если пользователь находится на среднем расстоянии или существует несколько препятствий на пути между пользователем и точкой доступа WiFi, то пользователь, вероятно, будет иметь линию связи со средней скоростью. Если пользователь приблизится к краю дальности передачи точки доступа WiFi, то он, вероятно, заметит низкую скорость линии связи и может испытывать периодические пропадания связи, если изменения в канале влияют на отношение «сигнал-шум» (SNR) сигнала и оно падает ниже допустимых уровней. И наконец, если пользователь находится за пределами дальности передачи базовой станции WiFi, у него вообще не будет подключения.A single WiFi base station (e.g., using 2.4 GHz 802.11b, g, or n protocols) connected to a broadband wired Internet connection in an area where there are no other WiFi access points (e.g., a WiFi access point connected to a DSL inside a rural home) is an example of a relatively simple multi-user wireless system, which is a single base station shared by one or more users within its transmission range. If the user is in the same room as the wireless access point, then, as a rule, the user will have a high-speed communication line with some transmission errors (for example, packet loss may occur due to interference sources at a frequency of 2.4 GHz, such as microwave ovens, but not due to the use of the spectrum with other WiFi devices). If the user is at an average distance or there are several obstacles between the user and the WiFi access point, then the user is likely to have a communication line at an average speed. If the user approaches the edge of the WiFi access point's transmission range, then he will probably notice a low speed of the communication line and may experience intermittent loss of communication if changes in the channel affect the signal-to-noise ratio (SNR) of the signal and it falls below acceptable levels . And finally, if the user is outside the transmission range of the WiFi base station, he will have no connection at all.

Когда множество пользователей получают доступ к базовой станции WiFi одновременно, то доступная пропускная способность канала передачи данных делится между ними. В конкретный момент времени разные пользователи, как правило, будут предъявлять разные требования к пропускной способности базовой станции WiFi, но время от времени, когда совокупные требования к пропускной способности превысят доступную для пользователей пропускную способность базовой станции WiFi, некоторые или все пользователи получат меньшую пропускную способность канала передачи данных, чем требуемая ими. В предельной ситуации, когда точку доступа WiFi совместно использует большое количество пользователей, пропускная способность для каждого пользователя может замедлиться до «ползания» и, что еще хуже, пропускная способность передачи данных для каждого пользователя может достигнуть кратковременных интервалов, разделенных длительными периодами полного отсутствия пропускной способности канала передачи данных, в то время, когда обслуживаются другие пользователи. Такая «изменчивая» доставка данных может ухудшать работу некоторых приложений, например передающих медиапоток.When many users access the WiFi base station at the same time, the available bandwidth of the data channel is shared between them. At a particular point in time, different users will usually have different bandwidth requirements for the WiFi base station, but from time to time when the aggregate bandwidth requirements exceed the bandwidth available to users of the WiFi base station, some or all users will receive less bandwidth data channel than required by them. In a limiting situation where a large number of users share a WiFi access point, the throughput for each user can slow down to “crawl” and, even worse, the throughput for each user can reach short-term intervals, separated by long periods of complete lack of bandwidth data channel while other users are being served. Such “volatile” data delivery can degrade the performance of some applications, for example, transmitting a media stream.

Добавление дополнительных базовых станций WiFi в ситуациях с большим количеством пользователей может помочь только до некоторой степени. В пределах полосы ISM 2,4 ГГц в США существуют 3 не создающих друг другу помех канала, которые можно использовать для WiFi, и если каждая из 3 базовых станций WiFi в одной зоне покрытия выполнена с возможностью использования разных, не создающих друг другу помех каналов, то совокупная пропускная способность зоны покрытия для множества пользователей будет увеличена в 3 раза. Но, кроме этого, добавление большего количества базовых станций WiFi в одной зоне покрытия не увеличит совокупную пропускную способность, так как они начнут делить между собой один и тот же доступный спектр, эффективно применяя мультиплексированный доступ с временным разделением (TDMA), используя спектр по очереди. Подобную ситуацию часто наблюдают в зонах покрытия с высокой плотностью населения, таких как многоквартирные жилые дома. Например, в большом жилом доме пользователь с WiFi-адаптером часто может иметь очень плохую пропускную способность из-за десятков других создающих помехи сетей WiFi (например, в других квартирах), обслуживающих других пользователей, находящихся в той же зоне покрытия, даже если точка доступа пользователя расположена в том же помещении, что и устройство клиента, получающее доступ к базовой станции. Хотя качество линии связи в этой ситуации, вероятно, будет хорошим, пользователь может принимать помехи от соседних WiFi-адаптеров, работающих в том же частотном диапазоне, что снизит эффективную пропускную способность для пользователя.Adding additional WiFi base stations in situations with a large number of users can only help to some extent. Within the 2.4 GHz ISM band, in the USA there are 3 non-interfering channels that can be used for WiFi, and if each of the 3 WiFi base stations in the same coverage area is capable of using different non-interfering channels, then the total bandwidth of the coverage area for many users will be increased by 3 times. But, besides this, adding more WiFi base stations in one coverage area will not increase the aggregate bandwidth, as they will begin to share the same available spectrum among themselves, effectively using time division multiplexed access (TDMA), using the spectrum in turn . A similar situation is often observed in coverage areas with a high population density, such as apartment buildings. For example, in a large apartment building, a user with a WiFi adapter can often have very poor bandwidth due to dozens of other interfering WiFi networks (for example, in other apartments) serving other users in the same coverage area, even if the access point the user is located in the same room as the client device that accesses the base station. Although the quality of the communication line is likely to be good in this situation, the user may receive interference from neighboring WiFi adapters operating in the same frequency range, which will reduce the effective bandwidth for the user.

Существующие многопользовательские беспроводные системы, включающие в себя как нелицензированный спектр (например, WiFi), так и лицензированный спектр, имеют несколько ограничений. Ограничения включают в себя зону покрытия, скорость передачи данных по нисходящему каналу (DL) и скорость передачи данных по восходящему каналу (UL). Главные цели беспроводных систем следующего поколения, таких как WiMAX и LTE, состоят в улучшении зоны покрытия и скорости передачи данных по DL и UL посредством технологии с множественными входами - множественными выходами (MIMO). MIMO выполнена с возможностью использовать множественные антенны на сторонах передачи и принимать беспроводные линии связи для улучшения качества линии связи (что приводит к более широкому покрытию) или скорости передачи данных (путем создания множественных, не создающих друг другу помех пространственных каналов для каждого пользователя). Однако даже если каждому пользователю доступна достаточная скорость передачи данных (следует заметить, что термины «пользователь» и «клиент» используются в настоящем описании взаимозаменяемо), рекомендуют применять пространственное разнесение каналов для получения не создающих друг другу помех каналов для множества пользователей (а не для единственного пользователя) в соответствии с многопользовательскими технологиями MIMO (MU-MIMO). См., например, следующие публикации:Existing multi-user wireless systems, including both unlicensed spectrum (e.g. WiFi) and licensed spectrum, have several limitations. Limitations include coverage, downlink (DL) data rate and uplink (UL) data rate. The main goals of next-generation wireless systems, such as WiMAX and LTE, are to improve the coverage and speed of data transmission over DL and UL through technology with multiple inputs - multiple outputs (MIMO). MIMO is configured to use multiple antennas on the transmission sides and receive wireless communication lines to improve the quality of the communication line (resulting in wider coverage) or data transfer speed (by creating multiple spatial channels that do not interfere with each other). However, even if a sufficient data rate is available to each user (it should be noted that the terms “user” and “client” are used interchangeably in the present description), it is recommended to use channel diversity to obtain channels that do not interfere with each other for many users (and not for single user) in accordance with the multi-user MIMO technology (MU-MIMO). See, for example, the following publications:

G. Caire and S. Shamai, «On the achievable throughput of a multiantenna Gaussian broadcast channel», IEEE Trans. Info. Th., том 49, стр. 1691-1706, июль 2003 г.G. Caire and S. Shamai, “On the achievable throughput of a multiantenna Gaussian broadcast channel”, IEEE Trans. Info Th., Volume 49, pp. 1691-1706, July 2003.

P. Viswanath and D. Tse, «Sum capacity of the vector Gaussian broadcast channel and uplink-downlink duality», IEEE Trans. Info. Th., том 49, стр. 1912-1921, август 2003 г.P. Viswanath and D. Tse, “Sum capacity of the vector Gaussian broadcast channel and uplink-downlink duality”, IEEE Trans. Info Th., Volume 49, pp. 1912-1921, August 2003

S. Vishwanath, N. Jindal, and A. Goldsmith, «Duality, achievable rates, and sum-rate capacity of Gaussian MIMO broadcast channels», IEEE Trans. Info. Th., том 49, стр. 2658-2668, октябрь 2003 г.S. Vishwanath, N. Jindal, and A. Goldsmith, “Duality, achievable rates, and sum-rate capacity of Gaussian MIMO broadcast channels”, IEEE Trans. Info Th., Volume 49, pp. 2658-2668, October 2003.

W. Yu and J. Cioffi, «Sum capacity of Gaussian vector broadcast channels», IEEE Trans. Info. Th., том 50, стр. 1875-1892, сентябрь 2004 г.W. Yu and J. Cioffi, “Sum capacity of Gaussian vector broadcast channels”, IEEE Trans. Info Th., Volume 50, pp. 1875-1892, September 2004.

M. Costa, «Writing on dirty paper», IEEE Transactions on Information Theory, том 29, стр. 439-441, май 1983 г.M. Costa, “Writing on dirty paper,” IEEE Transactions on Information Theory, Volume 29, pp. 439-441, May 1983.

М. Bengtsson, «А pragmatic approach to multi-user spatial multiplexing», Proc. of Sensor Array and Multichannel Sign. Proc. Workshop, стр. 130-134, август 2002 г.M. Bengtsson, “A pragmatic approach to multi-user spatial multiplexing,” Proc. of Sensor Array and Multichannel Sign. Proc. Workshop, pp. 130-134, August 2002.

K.-K. Wong, R.D. Murch, and K.B. Letaief, «Performance enhancement of multiuser MIMO wireless communication systems», IEEE Trans. Comm., том 50, стр. 1960-1970, декабрь 2002 г.K.-K. Wong, R.D. Murch, and K.B. Letaief, “Performance enhancement of multiuser MIMO wireless communication systems”, IEEE Trans. Comm., Volume 50, pp. 1960-1970, December 2002.

М. Sharif and В. Hassibi, «On the capacity of MIMO broadcast channel with partial side information», IEEE Trans. Info. Th., том 51, стр. 506-522, февраль 2005 г.M. Sharif and B. Hassibi, “On the capacity of MIMO broadcast channel with partial side information”, IEEE Trans. Info Th., Volume 51, pp. 506-522, February 2005.

Например, в системах MIMO 4×4 (т.е. с четырьмя передающими и четырьмя приемными антеннами) с полосой пропускания 10 МГц, модуляцией 16-QAM и кодированием с прямой коррекцией ошибок (FEC) с коэффициентом 3/4 (приведенная спектральная эффективность - 3 бит/с/Гц) идеальная пиковая скорость передачи данных, достижимая на физическом уровне для каждого пользователя, составляет 4×30 Мбит/с = 120 Мбит/с, что намного превышает необходимую скорость для доставки видеоконтента высокой четкости (для чего может потребоваться только ~10 Мбит/с). В системах MU-MIMO с четырьмя передающими антеннами, четырьмя пользователями и одной антенной на каждого пользователя в идеальных сценариях (т.е. с независимыми тождественно распределенными (i.i.d.) каналами) скорость передачи данных по нисходящему каналу могут совместно использовать эти четыре пользователя, а пространственное разнесение каналов можно применять для создания четырех параллельных линий связи для передачи данных пользователям со скоростью 30 Мбит/с.For example, in 4 × 4 MIMO systems (i.e., with four transmitting and four receiving antennas) with a 10 MHz bandwidth, 16-QAM modulation, and forward error correction coding (FEC) with a 3/4 coefficient (reduced spectral efficiency - 3 bit / s / Hz) the ideal peak data rate achievable at the physical level for each user is 4 × 30 Mbit / s = 120 Mbit / s, which far exceeds the necessary speed for delivering high-definition video content (which may only require ~ 10 Mbps). In MU-MIMO systems with four transmitting antennas, four users and one antenna for each user in ideal scenarios (i.e. with independent identically distributed (iid) channels), these four users can share the downlink data rate, and the spatial channel diversity can be used to create four parallel communication lines for transmitting data to users at a speed of 30 Mbps.

Различные схемы MU-MIMO предлагали как часть стандарта LTE, как описано, например, в 3GPP, «Multiple Input Multiple Output in UTRA», 3GPP TR 25.876, версия 7.0.0, март 2007 г.; 3GPP, «Base Physical channels and modulation», TS 36.211, версия 8.7.0, май 2009 г.; и 3GPP, «Multiplexing and channel coding», TS 36.212, версия 8.7.0, май 2009 г. Однако эти схемы могут обеспечить только двукратное увеличение скорости передачи данных по DL с четырьмя передающими антеннами. Практические осуществления технологий MU-MIMO в стандартных и частных системах сотовой связи, выполненные такими компаниями, как ArrayComm (см., например, ArrayComm, «Field-proven results», http://www.arraycomm.com/serve.php?page=proof), привели примерно к трехкратному увеличению (с четырьмя передающими антеннами) скорости передачи данных по DL посредством множественного доступа с пространственным разделением (SDMA). Ключевое ограничение схем MU-MIMO в сотовых сетях представляет собой нехватку пространственного разнесения на стороне передачи. Пространственное разнесение представляет собой функцию от разнесения антенн и многолучевого углового распространения в беспроводных линиях связи. В системах сотовой связи, содержащих технологии MU-MIMO, передающие антенны на базовой станции, как правило, группируют вместе и располагают на расстоянии одной или двух длин волны из-за ограниченной полезной площади на опорных конструкциях антенн (упоминаемых в настоящем описании как «башни» независимо от того, высокие они или нет) и из-за ограничений, накладываемых на места расположения этих башен. Кроме того, многолучевое угловое распространение является низким, поскольку башни сотовой связи, как правило, располагают высоко (10 метров или выше) над препятствиями для обеспечения более широкого покрытия.Various MU-MIMO schemes were proposed as part of the LTE standard, as described, for example, in 3GPP, “Multiple Input Multiple Output in UTRA”, 3GPP TR 25.876, version 7.0.0, March 2007; 3GPP, “Base Physical channels and modulation”, TS 36.211, version 8.7.0, May 2009; and 3GPP, “Multiplexing and channel coding”, TS 36.212, version 8.7.0, May 2009. However, these schemes can only provide a twofold increase in DL data rate with four transmit antennas. Practical implementation of MU-MIMO technologies in standard and private cellular communication systems performed by companies such as ArrayComm (see, for example, ArrayComm, “Field-proven results”, http://www.arraycomm.com/serve.php?page = proof), led to an approximately threefold increase (with four transmit antennas) in DL data transfer rates through spatial division multiple access (SDMA). A key limitation of MU-MIMO schemes in cellular networks is the lack of spatial diversity on the transmission side. Spatial diversity is a function of antenna diversity and multipath angular propagation in wireless links. In cellular communication systems containing MU-MIMO technology, transmitting antennas at a base station are typically grouped together and positioned at a distance of one or two wavelengths due to the limited usable area on the antenna support structures (referred to herein as “towers” regardless of whether they are tall or not) and due to restrictions imposed on the location of these towers. In addition, the multipath angular distribution is low because cellular towers are typically located high (10 meters or higher) above obstacles to provide wider coverage.

Прочие практические проблемы, связанные с развертыванием системы сотовой связи, включают в себя чрезмерную стоимость и ограниченную доступность мест для расположения антенн сотовой связи (например, из-за муниципальных ограничений на размещение антенн, стоимости недвижимости, физических препятствий и т.д.), а также стоимость и/или доступность сетевых соединений с передатчиками (упомянутых в настоящем описании как «транспортная сеть связи»). Дополнительно, в системах сотовой связи часто затруднен доступ к клиентам, расположенным глубоко внутри зданий, из-за потерь в стенах, потолках, полах, мебели и других препятствиях.Other practical problems associated with the deployment of a cellular communication system include the excessive cost and limited availability of locations for cellular antennas (for example, due to municipal restrictions on the placement of antennas, the cost of real estate, physical obstacles, etc.), and also the cost and / or availability of network connections to transmitters (referred to herein as a “transport communications network"). Additionally, in cellular communication systems, access to customers located deep inside buildings is often difficult due to losses in walls, ceilings, floors, furniture, and other obstacles.

Конечно, сама концепция сотовой структуры для беспроводной связи в глобальной сети предполагает довольно жесткое размещение башен сотовой связи, чередование частот между смежными ячейками и часто секторизацию во избежание помех между передатчиками (базовыми станциями либо пользователями), использующими одну и ту же частоту. В результате конкретный сектор конкретной ячейки представляет собой блок спектра DL и UL, совместно используемый всеми пользователями в секторе ячейки, который затем эти пользователи совместно используют, в основном, только во временной области. Например, системы сотовой связи, основанные на множественном доступе с временным разделением (TDMA) и множественном доступе с кодовым разделением (CDMA), делят спектр среди пользователей во временной области. Добавляя в такие сотовые системы секторизацию, можно достигнуть двух-трехкратного выигрыша в пространственной области. Дополнительно совмещая такие системы сотовой связи с системой MU-MIMO, такой как описано ранее, можно достигнуть дополнительного двух-трехкратного выигрыша в пространственно-временной области. Но учитывая, что ячейки и сектора системы сотовой связи, как правило, расположены в фиксированных местах (что часто продиктовано возможными местами расположения башен), даже такие ограниченные преимущества трудно использовать, если плотность пользователей (или требования к скорости передачи данных) в конкретное время недостаточно соответствует расположению башни/сектора. Последствия этого эффекта сегодня часто испытывают пользователи смартфонов, например пользователь может говорить по телефону или загружать веб-страницу без какой-либо задержки, а затем после переезда (или даже перехода) в новое место внезапно замечает резкое снижение качества речи, или крайнее замедление загрузки веб-страницы, или даже полное пропадание соединения. Но на другой день пользователь может наблюдать совершенно противоположные явления в тех же местах. Вероятные наблюдения пользователя (предполагая, что условия окружающей среды не изменились) представляют собой следствие того факта, что плотность пользователей (или требования к скорости передачи данных) сильно меняется, а доступный общий спектр (и, таким образом, общая скорость передачи данных при использовании технологий предшествующего уровня техники), совместно используемый пользователями в данном местоположении, по большей части, постоянен.Of course, the very concept of a cellular structure for wireless communication in a global network involves a rather rigid placement of cellular towers, frequency alternation between adjacent cells and often sectorization to avoid interference between transmitters (base stations or users) using the same frequency. As a result, a particular sector of a particular cell is a DL and UL spectrum block shared by all users in a cell sector, which then these users share mainly only in the time domain. For example, cellular communication systems based on time division multiple access (TDMA) and code division multiple access (CDMA) divide the spectrum among users in the time domain. By adding sectorization to such cellular systems, one can achieve two to three times the gain in the spatial domain. Additionally, combining such a cellular communication system with a MU-MIMO system, such as described previously, it is possible to achieve an additional two to three times the gain in the space-time domain. But considering that the cells and sectors of a cellular communication system are usually located in fixed places (which is often dictated by the possible locations of the towers), even such limited advantages are difficult to use if user density (or data transfer rate requirements) at a specific time is not enough corresponds to the location of the tower / sector. The consequences of this effect are often experienced today by smartphone users, for example, a user can talk on the phone or download a web page without any delay, and then after moving (or even moving) to a new place, he suddenly sees a sharp decrease in speech quality, or an extreme slowdown in web loading -pages, or even complete loss of connection. But the next day, the user can observe completely opposite phenomena in the same places. The likely observations of the user (assuming that the environmental conditions have not changed) are a consequence of the fact that the density of users (or the requirements for data transfer speed) varies greatly, and the available total spectrum (and thus the overall data transfer rate using technologies prior art) shared by users at a given location is, for the most part, constant.

Дополнительно, системы сотовой связи предшествующего уровня техники опираются на применение разных частот в разных смежных ячейках, как правило, трех разных частот. Для конкретного значения спектра это снижает доступную скорость передачи данных в три раза.Additionally, prior art cellular communication systems rely on the use of different frequencies in different adjacent cells, typically three different frequencies. For a specific spectrum value, this reduces the available data rate by three times.

Таким образом, системы сотовой связи предшествующего уровня техники могут терять до трех раз в использовании спектра из-за сотовой структуры и могут улучшить до трех раз использование спектра за счет секторизации и до трех раз за счет технологий MU-MIMO, что в итоге приводит к 3*3/3 = трехкратному увеличению потенциального использования спектра. Далее такой диапазон частот обычно делят между пользователями во временной области в зависимости от того, в какой сектор какой ячейки пользователи попадают в конкретный момент. Существует еще дополнительная неэффективность, приводящая в результате к тому, что требования к скорости передачи данных конкретного пользователя обычно не зависят от его местоположения, но доступная скорость передачи данных зависит от качества линии связи между пользователем и базовой станцией. Например, пользователь, удаленный от сотовой базовой станции, как правило, будет иметь меньшую доступную скорость передачи данных, чем пользователь, находящийся ближе к базовой станции. Поскольку скорость передачи данных, как правило, совместно используют все пользователи в конкретном сотовом секторе, в результате на всех пользователей влияют высокие требования скорости передачи данных от удаленных пользователей с плохим качеством линии связи (например, на краю ячейки), так как такие пользователи продолжают требовать ту же скорость передачи данных и будут больше потреблять совместно используемый спектр, чтобы добиться этой скорости.Thus, prior art cellular communication systems can lose up to three times the spectrum utilization due to the cellular structure and can improve up to three times the spectrum utilization due to sectorization and up to three times due to MU-MIMO technologies, which ultimately leads to 3 * 3/3 = threefold increase in the potential use of the spectrum. Further, such a frequency range is usually divided between users in the time domain, depending on which sector of which cell users enter at a particular moment. There is still additional inefficiency, resulting in the fact that the requirements for the data rate of a particular user are usually independent of their location, but the available data rate depends on the quality of the communication line between the user and the base station. For example, a user remote from the cellular base station will typically have a lower available data rate than a user closer to the base station. Since the data transfer rate is usually shared by all users in a particular cellular sector, as a result, all users are affected by high data transfer requirements from remote users with poor quality of the communication line (for example, at the edge of the cell), since such users continue to require the same data rate and consume more shared spectrum to achieve this speed.

Другие предложенные системы разделения спектра, например используемые WiFi (например, 802.11b, g и n) и предложенные организацией White Spaces Coalition, делят спектр очень неэффективно, поскольку одновременные передачи базовыми станциями в пределах диапазона дальности пользователя приводят в результате к помехе, вследствие чего системы применяют протоколы предотвращения столкновений и совместного использования. Такие протоколы совместного использования спектра находятся во временной области и, таким образом, когда существует большое количество мешающих друг другу базовых станций и пользователей, независимо от того, насколько эффективно каждая из базовых станций сама использует спектр, все вместе базовые станции ограничены совместным использованием временной области для используемых друг другом спектров. Другие системы совместного использования спектра предшествующего уровня техники аналогично опираются на подобные способы для подавления помех среди базовых станций (как сотовых базовых станций с антеннами на башнях, так и базовых станций мелкого масштаба, таких как точки доступа (АР) WiFi). Эти способы включают в себя ограничение мощности передачи от базовой станции для ограничения диапазона дальности действия помехи; формирование луча (посредством синтетических или физических средств) для сужения области помехи; мультиплексирование спектра во временной области и/или технологии MU-MIMO с множеством кластеризованных антенн на устройстве пользователя, базовой станции или в обоих местах. В случае усовершенствованных сотовых сетей, уже действующих или планируемых сегодня, часто многие из этих способов применяют одновременно.Other proposed spectrum separation systems, such as those used by WiFi (e.g., 802.11b, g, and n) and proposed by White Spaces Coalition, divide the spectrum very inefficiently, since simultaneous transmissions by base stations within the user's range result in interference, resulting in systems apply collision avoidance and sharing protocols. Such spectrum sharing protocols are in the time domain, and thus, when there are a large number of interfering base stations and users, no matter how efficiently each of the base stations uses the spectrum itself, collectively the base stations are limited to sharing the time domain for spectra used by each other. Other prior art spectrum sharing systems likewise rely on similar techniques for suppressing interference among base stations (both cellular base stations with antennas on towers and small-scale base stations such as WiFi access points (APs)). These methods include limiting the transmit power from the base station to limit the interference range; beam formation (by means of synthetic or physical means) to narrow the area of interference; time domain spectrum multiplexing and / or MU-MIMO technology with multiple clustered antennas on a user device, base station, or both. In the case of advanced cellular networks already in place or planned today, often many of these methods are applied simultaneously.

Но поскольку даже усовершенствованные системы сотовой связи могут достигнуть только приблизительно трехкратного увеличения использования спектра по сравнению с одиночным пользователем, использующим спектр, очевидно, что все эти технологии почти не увеличивают совокупную скорость передачи данных среди пользователей совместного пользования для конкретной зоны покрытия. В частности, поскольку масштабирование конкретной зоны покрытия зависит от количества пользователей, становится все труднее масштабировать доступную скорость передачи данных в пределах заданной величины спектра, чтобы идти в ногу с растущим числом пользователей. Например, в системах сотовой связи для увеличения совокупной скорости передачи данных в пределах конкретной области ячейки, как правило, разделяют на меньшие ячейки (часто называемые наноячейками или фемтоячейками). Такие мелкие ячейки могут стать чрезвычайно дорогими, учитывая ограничения на места размещения башен и требование расположения башен по должным образом структурированной схеме для обеспечения покрытия с минимумом «мертвых зон» и во избежание помех между соседними ячейками, использующими те же частоты. По существу, требуется спланировать зону покрытия, идентифицировать доступные места расположения для башен или базовых станций, и затем, с учетом этих ограничений, разработчики системы сотовой связи должны добиться наилучшего из возможных вариантов. Конечно, если требования пользователей по скорости передачи данных растут со временем, то разработчики системы сотовой связи должны снова и снова повторно планировать зону покрытия, пытаться найти местоположения для башен или базовых станций и снова учитывать ограничения, создаваемые обстоятельствами. При этом очень часто не существует хорошего решения, что приводит к появлению мертвых зон или несоответствующей совокупной производительности по скорости передачи данных в зоне покрытия. Другими словами, жесткие требования к физическому размещению системы сотовой связи, призванные помочь избежать помех между башнями или базовыми станциями, использующими одну и ту же частоту, приводят в результате к значительным трудностям и ограничениям при проектировании системы сотовой связи, часто неспособной удовлетворить требования пользователя к скорости передачи данных и покрытию.But since even advanced cellular communication systems can achieve only about a three-fold increase in spectrum usage compared to a single spectrum user, it is obvious that all these technologies almost do not increase the aggregate data transfer rate among shared users for a specific coverage area. In particular, since the scaling of a particular coverage area depends on the number of users, it becomes increasingly difficult to scale the available data rate within a given spectrum value in order to keep up with the growing number of users. For example, in cellular communication systems, in order to increase the aggregate data rate within a specific area of a cell, they are usually divided into smaller cells (often called nanocells or femtocells). Such small cells can become extremely expensive, given the restrictions on the location of the towers and the requirement for towers to be arranged in a properly structured way to provide coverage with a minimum of “dead zones” and to avoid interference between adjacent cells using the same frequencies. Essentially, you need to plan the coverage area, identify the available locations for towers or base stations, and then, taking into account these limitations, the developers of a cellular communication system must achieve the best possible option. Of course, if user requirements for data transfer speeds increase over time, then cellular system developers must again and again re-plan the coverage area, try to find locations for towers or base stations, and again take into account the restrictions created by the circumstances. Moreover, very often there is no good solution, which leads to the appearance of dead zones or inappropriate aggregate performance in terms of data transfer rate in the coverage area. In other words, stringent requirements for the physical placement of a cellular communication system, designed to help avoid interference between towers or base stations using the same frequency, result in significant difficulties and limitations in designing a cellular communication system, often unable to meet user speed requirements data transfer and coverage.

Так называемые «совместные» и «когнитивные» системы радиосвязи предшествующего уровня техники направлены на повышение использования спектра в заданной области за счет применения интеллектуальных алгоритмов в пределах систем радиосвязи для минимизации взаимных помех и/или возможности «слушать» использование спектра другими, ожидая, пока канал не станет чистым. Такие системы предлагают применять, в частности, в нелицензированном спектре для повышения использования такого спектра.The so-called “joint” and “cognitive” radio communication systems of the prior art are aimed at increasing the use of the spectrum in a given area by using intelligent algorithms within the radio communication systems to minimize mutual interference and / or the ability to “listen” to the use of the spectrum by others, while waiting for the channel won't get clean. Such systems are proposed to be used, in particular, in the unlicensed spectrum to increase the use of such a spectrum.

Мобильная децентрализованная сеть (MANET) (см. http://en.wikipedia.org/wiki/Mobile_ad_hoc_network) представляет собой пример совместной самоорганизующейся сети, предназначенной для обеспечения одноранговой связи, и может применяться для установления связи среди радиосистем без сотовой инфраструктуры, и при достаточно низкой мощности связи может потенциально уменьшить помеху для одновременных передач, находящихся вне диапазона дальности связи друг от друга. Для системы MANET предложили и реализовали огромное количество протоколов маршрутизации (см. http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_ad-hoc_routing_protocols, где представлен список десятков протоколов маршрутизации в широком диапазоне классов), но их объединяет то, что все они представляют собой способы маршрутизации (например, ретрансляции) передач, направленные на минимизацию помехи передатчика внутри доступного спектра с целью определенных парадигм эффективности или надежности.Mobile Decentralized Network (MANET) (see http://en.wikipedia.org/wiki/Mobile_ad_hoc_network) is an example of a joint self-organizing network designed to provide peer-to-peer communication, and can be used to establish communication among radio systems without cellular infrastructure, and when sufficiently low communication power can potentially reduce interference for simultaneous transmissions that are out of range of communication distance from each other. A huge number of routing protocols were proposed and implemented for the MANET system (see http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_ad-hoc_routing_protocols for a list of dozens of routing protocols in a wide range of classes), but they are united by the fact that they all represent These are methods of routing (for example, relaying) transmissions aimed at minimizing transmitter interference within the available spectrum with the aim of certain paradigms of efficiency or reliability.

Все многопользовательские беспроводные системы предшествующего уровня техники направлены на улучшение использования спектра в конкретной зоне покрытия с применением технологий, позволяющих одновременное использование спектра базовыми станциями и множеством пользователей. Примечательно, что во всех этих случаях технологии, применяемые для одновременного использования спектра базовыми станциями и множеством пользователей, достигают одновременного использования спектра множеством пользователей за счет подавления помехи для сигналов многочисленных пользователей. Например, в случае 3 базовых станций, каждая из которых использует разные частоты для передачи одному из 3 пользователей, помеха подавляется, потому что эти 3 передачи проходят на 3 различных частотах. В случае секторизации от базовой станции к 3 различным пользователям при каждом отклонении на 180 градусов относительно базовой станции помеха подавляется, потому что формирование луча препятствует наложению этих 3 передач друг на друга у любого пользователя.All prior art multi-user wireless systems aim to improve spectrum utilization in a particular coverage area using technologies that allow the simultaneous use of spectrum by base stations and multiple users. It is noteworthy that in all these cases, the technologies used for the simultaneous use of the spectrum by base stations and multiple users achieve simultaneous use of the spectrum by multiple users by suppressing interference for signals from multiple users. For example, in the case of 3 base stations, each of which uses different frequencies to transmit to one of 3 users, the interference is suppressed because these 3 transmissions go through 3 different frequencies. In the case of sectorization from the base station to 3 different users, for every 180-degree deviation relative to the base station, interference is suppressed because the beam formation prevents these 3 transmissions from overlapping by any user.

Когда такие технологии подкрепляют применением MU-MIMO и, например, каждая базовая станция имеет 4 антенны, это дает потенциальную возможность повысить пропускную способность нисходящей линии связи в 4 раза за счет создания четырех не создающих друг другу помех пространственных каналов в направлении пользователей в конкретной зоне покрытия. Но это все тот же случай, когда для подавления помехи при многочисленных одновременных передачах множеству пользователей в различных зонах покрытия необходимо применять какую-нибудь технологию.When such technologies are supported by the use of MU-MIMO and, for example, each base station has 4 antennas, this gives the potential opportunity to increase the throughput of the downlink by 4 times due to the creation of four non-interfering spatial channels in the direction of users in a specific coverage area . But this is still the case when, to suppress interference during multiple simultaneous transmissions to multiple users in different coverage areas, some technology must be applied.

И, как описано ранее, такие технологии предшествующего уровня техники (например, создание сотовых сетей, секторизация), как правило, не только приводят к увеличению стоимости многопользовательской беспроводной системы и/или снижению гибкости развертывания, но также, как правило, встречают физические или практические ограничения совокупной пропускной способности в конкретной зоне покрытия. Например, в системе сотовой связи может не хватать доступных мест для установки большего количества базовых станций для создания более мелких ячеек. А в системе MU-MIMO, учитывая кластеризированное разнесение антенн в каждом месте расположения базовой станции, ограниченное пространственное разнесение приводит в результате к асимптотически убывающему выигрышу в пропускной способности по мере добавления к базовой станции большего количества антенн.And, as described previously, such prior art technologies (eg, cellular network creation, sectorization), as a rule, not only increase the cost of a multi-user wireless system and / or reduce deployment flexibility, but also, as a rule, meet physical or practical aggregate bandwidth limits in a particular coverage area. For example, in a cellular communication system, there may not be enough available space to install more base stations to create smaller cells. And in the MU-MIMO system, given the clustered antenna diversity at each location of the base station, limited spatial diversity results in an asymptotically decreasing gain in throughput as more antennas are added to the base station.

Дополнительно, в случае многопользовательских беспроводных систем, в которых расположение и плотность пользователей непредсказуемы, это приводит к непредсказуемой (часто с резкими изменениями) пропускной способности, что неудобно для пользователя и делает некоторые приложения (например, предоставление услуг, требующих предсказуемой пропускной способности) непрактичными или снижает их качество. Таким образом, многопользовательские беспроводные системы предшествующего уровня техники оставляют желать лучшего, с точки зрения возможности предоставлять пользователям предсказуемые и/или высококачественные услуги.Additionally, in the case of multi-user wireless systems in which the location and density of users are unpredictable, this leads to unpredictable (often with drastic changes) bandwidth, which is inconvenient for the user and makes some applications (for example, the provision of services requiring predictable bandwidth) impractical or reduces their quality. Thus, multi-user wireless systems of the prior art leave much to be desired in terms of the ability to provide users with predictable and / or high-quality services.

Несмотря на выдающуюся развитость и сложность, которые в течение долгого времени сопутствовали разработке многопользовательских беспроводных систем предшествующего уровня техники, существуют общие темы: передачи распределяют между различными базовыми станциями (или специальными приемопередатчиками) и структурируют и/или управляют так, чтобы на приемнике конкретного пользователя избежать взаимодействия друг с другом передач радиочастотных сигналов от различных базовых станций и/или различных специальных приемопередатчиков.Despite the outstanding development and complexity that have long been associated with the development of multi-user wireless systems of the prior art, there are common topics: transmissions are distributed between different base stations (or special transceivers) and structured and / or controlled so as to avoid a specific user on the receiver interacting with each other of radio frequency signal transmissions from various base stations and / or various special transceivers.

Иными словами, считают неизбежным, что, если пользователь принимает передачи от более чем одной базовой станции или специального приемопередатчика одновременно, помеха из-за многочисленных одновременных передач приводит к снижению SNR и/или ширины полосы сигнала для пользователя, что, если такое снижение достаточно серьезно, приведет к потере всех или некоторых потенциальных данных (или аналоговой информации), которые в противном случае пользователь должен был принять.In other words, it is considered unavoidable that if a user receives transmissions from more than one base station or a special transceiver at the same time, interference due to multiple simultaneous transmissions will reduce the SNR and / or signal bandwidth for the user, which if such a decrease is serious enough , will lead to the loss of all or some potential data (or analog information), which otherwise the user should have accepted.

Таким образом, в многопользовательской беспроводной системе необходимо применять один или более подходов к совместному использованию спектра во избежание или для подавления такой помехи для пользователей, создаваемой множеством базовых станций или специальными приемопередатчиками, работающими на одной частоте одновременно. На предшествующем уровне техники было разработано огромное количество подходов во избежание такой помехи, включая управление физическим расположением базовых станций (например, создание сотовых сетей), ограничение выходной мощности базовых станций и/или специальных приемопередатчиков (например, ограничение дальности передачи), формирование луча/секторизация и мультиплексирование во временной области. Иными словами, все системы совместного использования спектра направлены на обход ограничений многопользовательских беспроводных систем, состоящих в том, что, когда множество базовых станций и/или специальных приемопередатчиков, ведущих передачу одновременно на одной частоте, принимает один и тот же пользователь, возникающая в результате помеха уменьшает или уничтожает пропускную способность данных для этого пользователя. Если большой процент или все пользователи в многопользовательской беспроводной системе подвержены воздействию помех от множества базовых станций и/или специальных приемопередатчиков (например, в случае сбоя в работе компонента многопользовательской беспроводной системы), это может привести к ситуации, когда совокупная пропускная способность многопользовательской беспроводной системы существенно уменьшится или система станет неработоспособной.Thus, in a multi-user wireless system, it is necessary to apply one or more approaches to spectrum sharing in order to avoid or to suppress such interference for users created by multiple base stations or special transceivers operating on the same frequency simultaneously. In the prior art, a huge number of approaches have been developed to avoid such interference, including controlling the physical location of base stations (e.g., creating cellular networks), limiting the output power of base stations and / or special transceivers (e.g., limiting transmission distance), beamforming / sectorization and time domain multiplexing. In other words, all spectrum sharing systems are aimed at circumventing the limitations of multi-user wireless systems, consisting in that when many base stations and / or special transceivers transmitting simultaneously on the same frequency, the same user receives as a result of interference Decreases or destroys data throughput for this user. If a large percentage or all users in a multi-user wireless system are susceptible to interference from multiple base stations and / or special transceivers (for example, in the event of a malfunction of a multi-user wireless system component), this can lead to a situation where the combined throughput of the multi-user wireless system is significant will decrease or the system will become inoperative.

Многопользовательские беспроводные системы предшествующего уровня техники усложняют проблему и вводят ограничения для беспроводных сетей, что часто приводит к ситуации, когда на качество услуг для конкретного пользователя (например, в отношении доступной пропускной способности, задержки, предсказуемости, надежности) влияет использование спектра другими пользователями в зоне покрытия. Учитывая растущий спрос на совокупную ширину полосы в пределах спектра беспроводной связи, совместно используемого множеством пользователей, и увеличивающееся количество приложений, основанных на надежности, предсказуемости и низкой задержке многопользовательской беспроводной сети для конкретного пользователя, очевидно, что многопользовательская технология беспроводной связи предшествующего уровня техники имеет множество ограничений. Действительно, при ограниченной доступности спектра, подходящего для определенных типов беспроводной связи (например, длины волн, эффективно проникающие через стены здания), возможно, беспроводные технологии предшествующего уровня техники будут недостаточны для удовлетворения растущего спроса на пропускную способность, которая должна быть надежной, предсказуемой и обладать низкой задержкой.Multiuser wireless systems of the prior art complicate the problem and impose restrictions on wireless networks, which often leads to a situation where the quality of services for a particular user (for example, in terms of available bandwidth, delay, predictability, reliability) is affected by the use of spectrum by other users in the zone coverings. Given the growing demand for aggregate bandwidth within a wireless spectrum shared by many users and the increasing number of applications based on the reliability, predictability and low latency of a multi-tenant wireless network for a particular user, it is obvious that prior art multi-tenant wireless communication technology has a plurality of restrictions. Indeed, given the limited availability of a spectrum suitable for certain types of wireless communications (for example, wavelengths that effectively penetrate walls of a building), it may be that prior art wireless technologies will not be sufficient to meet the growing demand for bandwidth, which must be reliable, predictable and have a low latency.

Предшествующий уровень техники, относящийся к настоящему изобретению, описывает системы формирования луча и способы управления положением нуля диаграммы направленности антенны в многопользовательских сценариях. Формирование луча первоначально задумывали для максимизации отношения «сигнал-шум» (SNR) при приеме путем динамической регулировки фазы и/или амплитуды сигналов (т.е. веса при формировании луча), подаваемых к антенным решеткам, фокусируя, таким образом, энергию в направлении пользователя. В многопользовательском сценарии формирование луча можно применять для подавления источников помех и максимизации отношения «сигнал/смесь помехи с шумом» (SINR). Например, когда формирование луча применяют в приемнике беспроводной линии связи, веса вычисляют так, чтобы создать нули в направлении источников помех. Когда формирование луча применяют в передатчике в многопользовательских сценариях для нисходящей линии связи, веса вычисляют так, чтобы заранее подавить межпользовательскую помеху и максимизировать SINR для каждого пользователя. Альтернативные варианты осуществления для многопользовательских систем, такие как предварительное кодирование BD, вычисляют веса предварительного кодирования для максимизации пропускной способности в нисходящем широковещательном канале. Одновременно рассматриваемые заявки, включенные в настоящий документ путем ссылки, описывают упомянутые выше технологии (см. одновременно рассматриваемые заявки для конкретных ссылок).The prior art related to the present invention describes beamforming systems and methods for controlling the zero position of an antenna pattern in multi-user scenarios. Beam shaping was originally conceived to maximize the signal-to-noise ratio (SNR) when received by dynamically adjusting the phase and / or amplitude of the signals (ie, weight when shaping the beam) supplied to the antenna arrays, thus focusing the energy in the direction user. In a multi-user scenario, beamforming can be used to suppress sources of interference and maximize the signal-to-noise-to-noise ratio (SINR). For example, when beamforming is used in a wireless link receiver, weights are calculated to create zeros in the direction of the interference sources. When beamforming is used in a transmitter in multi-user downlink scenarios, weights are calculated so as to pre-suppress inter-user interference and maximize SINR for each user. Alternative embodiments for multi-user systems, such as BD precoding, calculate precoding weights to maximize throughput in the downstream broadcast channel. At the same time, pending applications incorporated herein by reference describe the technologies mentioned above (see pending applications for specific references at the same time).

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Для наилучшего понимания настоящего изобретения последующее подробное описание необходимо рассматривать в сочетании с описанными ниже чертежами.For a better understanding of the present invention, the following detailed description should be considered in conjunction with the drawings described below.

На фиг. 1 представлен основной кластер DIDO, окруженный соседними кластерами DIDO в одном варианте осуществления настоящего изобретения.In FIG. 1 shows a primary DIDO cluster surrounded by neighboring DIDO clusters in one embodiment of the present invention.

На фиг. 2 представлены технологии множественного доступа с частотным разделением (FDMA), применяемые в одном варианте осуществления настоящего изобретения.In FIG. 2 illustrates frequency division multiple access (FDMA) technologies used in one embodiment of the present invention.

На фиг. 3 представлены технологии множественного доступа с временным разделением (TDMA), применяемые в одном варианте осуществления настоящего изобретения.In FIG. 3 illustrates time division multiple access (TDMA) technologies used in one embodiment of the present invention.

На фиг. 4 представлены различные типы зон, создающих помехи, рассматриваемые в одном варианте осуществления настоящего изобретения.In FIG. 4 illustrates various types of interfering zones, as discussed in one embodiment of the present invention.

На фиг. 5 представлена структура, применяемая в одном варианте осуществления настоящего изобретения.In FIG. 5 shows the structure used in one embodiment of the present invention.

На фиг. 6 представлен график SER в зависимости от SNR, принимая SIR=10 дБ, для целевого клиента в зоне, создающей помехи.In FIG. Figure 6 shows the SER plot versus SNR, taking SIR = 10 dB, for the target client in the interfering area.

На фиг. 7 представлен график SER, полученный двумя способами предварительного кодирования с IDCI.In FIG. 7 shows a SER plot obtained by two IDCI precoding methods.

На фиг. 8 представлен пример сценария, в котором целевой клиент перемещается из основного кластера DIDO в кластер, создающий помехи.In FIG. 8 illustrates an example scenario in which a target client moves from a primary DIDO cluster to an interfering cluster.

На фиг. 9 представлено отношение «сигнал/смесь помехи с шумом» (SINR) в зависимости от расстояния (D).In FIG. 9 shows the signal-to-noise interference-to-noise ratio (SINR) versus distance (D).

На фиг. 10 представлена характеристика частоты появления ошибочных символов (SER) для трех сценариев с модуляцией 4-QAM в узкополосных каналах с неглубоким замиранием.In FIG. Figure 10 shows the characteristic of the frequency of occurrence of erroneous symbols (SER) for three scenarios with 4-QAM modulation in narrow-band channels with shallow fading.

На фиг. 11 представлен способ предварительного кодирования IDCI в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.In FIG. 11 shows an IDCI precoding method in accordance with one embodiment of the present invention.

На фиг. 12 представлено изменение SINR в одном варианте осуществления в зависимости от расстояния местоположения клиента от центра основных кластеров DIDO.In FIG. 12 illustrates a change in SINR in one embodiment depending on the distance of the client’s location from the center of the main DIDO clusters.

На фиг. 13 представлен вариант осуществления, в котором значение SER получают для модуляции 4-QAM.In FIG. 13 shows an embodiment in which a SER value is obtained for 4-QAM modulation.

На фиг. 14 представлен вариант осуществления настоящего изобретения, в котором конечный автомат реализует алгоритм эстафетной передачи.In FIG. 14 shows an embodiment of the present invention in which a state machine implements a handoff algorithm.

На фиг. 15 представлен один вариант осуществления стратегии эстафетной передачи при наличии затенения.In FIG. 15 illustrates one embodiment of a handoff strategy in the presence of shading.

На фиг. 16 представлен механизм петли гистерезиса при переключении между любыми двумя состояниями, представленными на фиг. 93.In FIG. 16 shows the hysteresis loop mechanism when switching between any two states shown in FIG. 93.

На фиг. 17 представлен один вариант осуществления системы DIDO с управлением мощностью.In FIG. 17 illustrates one embodiment of a DIDO power control system.

На фиг. 18 представлен график зависимости SER от SNR при предположении наличия четырех передающих антенн DIDO и четырех клиентов в различных сценариях.In FIG. Figure 18 shows a plot of SER versus SNR assuming four DIDO transmit antennas and four clients in different scenarios.

На фиг. 19 представлена плотность мощности ПДД в зависимости от расстояния от источника радиочастотного излучения для различных значений мощности передачи в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.In FIG. 19 shows the power density of traffic rules as a function of the distance from the RF source for various transmit power values in accordance with one embodiment of the present invention.

На фиг. 20а-b представлены различные распределения антенн низкой мощности и антенн высокой мощности для распределенных антенн DIDO.In FIG. 20a-b show various distributions of low power antennas and high power antennas for distributed DIDO antennas.

На фиг. 21а-b представлены два распределения мощности, соответствующие конфигурациям, представленным на фиг. 20а и 20b соответственно.In FIG. 21a-b show two power distributions corresponding to the configurations shown in FIG. 20a and 20b, respectively.

На фиг. 22а-b представлено распределение скорости для двух сценариев, представленных на фиг. 99а и 99b соответственно.In FIG. 22a-b show the velocity distribution for the two scenarios shown in FIG. 99a and 99b, respectively.

На фиг. 23 представлен один вариант осуществления системы DIDO с управлением мощностью.In FIG. 23 illustrates one embodiment of a power management DIDO system.

На фиг. 24 представлен один вариант осуществления способа, выполняющего итерации по всем группам антенн согласно политике планирования кругового обслуживания для передачи данных.In FIG. 24 illustrates one embodiment of a method that iterates over all antenna groups according to a round-robin scheduling policy for transmitting data.

На фиг. 25 представлено сравнение характеристики некодированного значения SER при управлении мощностью с группированием антенн и стандартного выбора собственной моды в патенте US 7,636,381.In FIG. 25 shows a comparison of the performance of an uncoded SER value in power control with antenna grouping and the standard eigenmode selection in US 7,636,381.

На фиг. 26а-с представлены три сценария, в которых предварительное кодирование BD динамически регулирует веса предварительного кодирования для учета различных уровней мощности в беспроводных линиях связи между антеннами DIDO и клиентами.In FIG. 26a-c illustrate three scenarios in which the BD precoding dynamically adjusts the precoding weights to account for different power levels in the wireless links between the DIDO antennas and the clients.

На фиг. 27 представлена амплитуда в каналах с низкой частотной избирательностью (полагая β=1) в области задержки или текущего PDP (верхний график) и частотной области (нижний график) для систем DIDO 2×2.In FIG. 27 shows the amplitude in channels with low frequency selectivity (assuming β = 1) in the delay region or the current PDP (upper graph) and the frequency domain (lower graph) for 2 × 2 DIDO systems.

На фиг. 28 представлен один вариант осуществления частотной характеристики канальной матрицы для DIDO 2×2 с одной антенной на каждого клиента.In FIG. 28 shows one embodiment of a channel matrix frequency response for DIDO 2 × 2 with one antenna per client.

На фиг. 29 представлен вариант осуществления частотной характеристики канальной матрицы для DIDO 2×2 с одной антенной на каждого клиента для каналов, характеризуемых высокой частотной избирательностью (например, при β=0.1).In FIG. Figure 29 shows an embodiment of the frequency response of a channel matrix for DIDO 2 × 2 with one antenna per client for channels characterized by high frequency selectivity (for example, with β = 0.1).

На фиг. 30 представлен пример SER для различных схем QAM (т.е. 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM).In FIG. 30 shows an example SER for various QAM schemes (i.e. 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM).

На фиг. 31 представлен один вариант осуществления способа, реализующего технологии адаптации линий связи (LA).In FIG. 31 illustrates one embodiment of a method that implements Link Adaptation (LA) technologies.

На фиг. 32 представлена характеристика SER для одного варианта осуществления технологии адаптации линий связи (LA).In FIG. 32 shows the SER characteristic for one embodiment of a Link Adaptation (LA) technology.

На фиг. 33 представлены элементы матрицы в уравнении (28) в зависимости от индекса тонального сигнала OFDM для системы DIDO 2×2 с NFFT=64 и L0=8.In FIG. 33 shows the matrix elements in equation (28) depending on the OFDM tone index for a 2 × 2 DIDO system with N FFT = 64 and L 0 = 8.

На фиг. 34 представлена зависимость SER от SNR для L0=8, М=Nt=2 передающих антенн и переменного количества Р.In FIG. 34 shows the dependence of SER on SNR for L 0 = 8, M = N t = 2 transmitting antennas and a variable number P.

На фиг. 35 представлена характеристика SER для одного варианта осуществления способа интерполяции для различных порядков DIDO и L0=16.In FIG. 35 shows a SER characteristic for one embodiment of an interpolation method for various orders of DIDO and L 0 = 16.

На фиг. 36 представлен один вариант осуществления системы, выполненной с возможностью использовать суперкластеры, кластеры DIDO и кластеры пользователей.In FIG. 36 illustrates one embodiment of a system configured to utilize superclusters, DIDO clusters, and user clusters.

На фиг. 37 представлена система с кластерами пользователей, соответствующая одному варианту осуществления настоящего изобретения.In FIG. 37 illustrates a system with user clusters in accordance with one embodiment of the present invention.

На фиг. 38а-b представлены пороги метрик качества линии связи, используемые в одном варианте осуществления настоящего изобретения.In FIG. 38a-b show thresholds of link quality metrics used in one embodiment of the present invention.

На фиг. 39-41 представлены примеры матриц качества линий связи для организации кластеров пользователей.In FIG. 39-41 are examples of link quality matrices for organizing user clusters.

На фиг. 42 представлен вариант осуществления, в котором клиент движется через различные кластеры DIDO.In FIG. 42 shows an embodiment in which a client moves through various DIDO clusters.

На фиг. 43-46 представлены соотношения между разрешением сферических антенных решеток и их площадью А, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.In FIG. 43-46 show the relationship between the resolution of spherical antenna arrays and their area A, in accordance with one embodiment of the present invention.

На фиг. 47 представлены степени свободы систем МГМО в реальных сценариях распространения в помещении и вне помещения.In FIG. 47 shows the degrees of freedom of MGMO systems in real-world indoor and outdoor distribution scenarios.

На фиг. 48 представлены степени свободы в системах DIDO в зависимости от диаметра решетки.In FIG. 48 shows the degrees of freedom in DIDO systems depending on the diameter of the grating.

На фиг. 49 представлен один вариант осуществления настоящего изобретения, включающий в себя множество централизованных процессоров (CP) и распределенные узлы (DN), обменивающиеся информацией с помощью проводной линии связи или беспроводного соединения.In FIG. 49 illustrates one embodiment of the present invention, including a plurality of centralized processors (CPs) and distributed nodes (DNs) exchanging information via a wired link or wireless connection.

На фиг. 50 представлен один вариант осуществления, в котором CP обмениваются управляющими данными с нелицензированными DN и изменяют их конфигурацию так, чтобы они прекращали работу на частотных диапазонах, зарезервированных для лицензированного применения.In FIG. 50 illustrates one embodiment in which CPs exchange control data with unlicensed DNs and change their configuration so that they stop operating on frequency bands reserved for licensed use.

На фиг. 51 представлен один вариант осуществления настоящего изобретения, в котором весь спектр присвоен новой службе, CP используют управляющие данные для отключения всех нелицензированных DN во избежание возникновения помех в лицензированных DN.In FIG. 51 illustrates one embodiment of the present invention in which the entire spectrum is assigned to a new service, CP uses control data to disable all unlicensed DNs to avoid interference with licensed DNs.

На фиг. 52 представлен один вариант осуществления облачной беспроводной системы, включающей в себя множество CP, распределенные узлы и сеть, соединяющую CP и DN.In FIG. 52 illustrates one embodiment of a cloud-based wireless system including multiple CPs, distributed nodes, and a network connecting CPs and DNs.

На фиг. 53-59 представлен один вариант осуществления настоящего изобретения с многопользовательской (MU) многоантенной системой (MAS), адаптивно меняющей конфигурацию параметров для компенсации эффекта Доплера, возникающего вследствие перемещения пользователя или изменений в среде распространения.In FIG. 53-59 illustrate one embodiment of the present invention with a multi-user (MU) multi-antenna system (MAS) adaptively changing the configuration of parameters to compensate for the Doppler effect resulting from user movement or changes in the distribution environment.

На фиг. 60 представлено множество базовых приемопередающих станций (BTS), часть из которых имеет хорошее отношение «сигнал-шум» (SNR), а некоторые имеют низкое доплеровское смещение из-за абонентской аппаратуры.In FIG. 60, many base transceiver stations (BTS) are presented, some of which have a good signal-to-noise ratio (SNR), and some have low Doppler bias due to subscriber equipment.

На фиг. 61 представлен один вариант осуществления матрицы, содержащей значения SNR и доплеровского смещения, зарегистрированные CP для множества связей BTS-UE.In FIG. 61 shows one embodiment of a matrix containing SNR and Doppler bias values recorded by CPs for a plurality of BTS-UE links.

На фиг. 62 представлено усиление канала (или CSI) в различные моменты времени в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.In FIG. 62 shows channel gain (or CSI) at various points in time in accordance with one embodiment of the present invention.

Подробное описаниеDetailed description

Одним из решений по преодолению многих из упомянутых выше ограничений предшествующего уровня техники является вариант осуществления технологии распределенного входа - распределенного выхода (DIDO). Технология DIDO описана в следующих патентах и патентных заявках, которые все переуступлены правопреемнику настоящего патента и включены сюда посредством ссылки. Данная заявка является частичным продолжением (CIP) перечисленных ниже заявок. Эти патенты и заявки иногда описаны вместе в настоящем документе как «родственные патенты и заявки»:One solution to overcome many of the aforementioned limitations of the prior art is to implement the distributed input technology - distributed output (DIDO). DIDO technology is described in the following patents and patent applications, which are all assigned to the assignee of this patent and are incorporated herein by reference. This application is a partial continuation (CIP) of the applications listed below. These patents and applications are sometimes described together herein as “related patents and applications”:

Заявка на патент США №13/232,996, поданная 14 сентября 2011 г., «Системы и способы обнаружения областей когерентности в беспроводных системах».US Patent Application No. 13 / 232,996, filed September 14, 2011, "Systems and Methods for Detecting Coherence Areas in Wireless Systems."

Заявка на патент США №13/233,006, поданная 14 сентября 2011 г., «Системы и способы планового развития и устаревания многопользовательского спектра».Application for US patent No. 13/233,006, filed September 14, 2011, "Systems and methods for the planned development and obsolescence of the multi-user spectrum."

Заявка на патент США №12/917,257, поданная 1 ноября 2010 г., «Системы и способы координации передач в распределенных беспроводных системах посредством кластеризации пользователей».US patent application No. 12/917,257, filed November 1, 2010, "Systems and methods for coordinating transmissions in distributed wireless systems through user clustering."

Заявка на патент США №12/802,988, поданная 16 июня 2010 г., «Управление помехами, стратегия эстафетной передачи, управление мощностью и адаптация линий связи в системах связи с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO)».US Patent Application No. 12 / 802,988, filed June 16, 2010, “Interference Management, Handoff Strategy, Power Management, and Link Adaptation in Distributed Input-Distributed Output (DIDO) Communication Systems”.

Заявка на патент США №12/802,976, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ оптимизации подавления помех в DIDO на основе измерения мощности сигнала».US Patent Application No. 12 / 802,976, filed June 16, 2010, “System and Method for Optimizing Noise Reduction in DIDO Based on Signal Strength Measurement”.

Заявка на патент США №12/802,974, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ управления межкластерными эстафетными передачами клиентов, проходящими через несколько кластеров DIDO».US Patent Application No. 12 / 802,974, filed June 16, 2010, “A System and Method for Managing Cluster Relay Relays of Clients Passing Through Multiple DIDO Clusters.”

Заявка на патент США №12/802,989, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ управления эстафетными передачами клиентов между различными сетями с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO) на основе измеренной скорости клиента».US Patent Application No. 12 / 802,989, filed June 16, 2010, “A system and method for controlling client handoffs between different distributed input / distributed output (DIDO) networks based on measured client speed.”

Заявка на патент США №12/802,958, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ управления мощностью и группировки антенн в сетях с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO)».Application for US patent No. 12 / 802,958, filed June 16, 2010, "System and method for controlling power and grouping of antennas in networks with distributed input - distributed output (DIDO)".

Заявка на патент США №12/802,975, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ адаптации линий связи в системах DIDO с несколькими несущими».US Patent Application No. 12 / 802,975, filed June 16, 2010, “System and Method for Adapting Communication Lines in Multi-Carrier DIDO Systems”.

Заявка на патент США №12/802,938, поданная 16 июня 2010 г., «Система и способ интерполяции предварительного кодирования в системах DIDO с несколькими несущими».US Patent Application No. 12 / 802,938, filed June 16, 2010, “System and Method for Interpolation of Pre-Coding in Multi-Carrier DIDO Systems”.

Заявка на патент США №12/630,627, поданная 2 декабря 2009 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенными антеннами».US patent application No. 12/630,627, filed December 2, 2009, "System and method for wireless communication with distributed antennas."

Патент US 7,599,420, заявка подана 20 августа 2007 г., выдан 6 октября 2009 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом».US patent 7,599,420, application filed August 20, 2007, issued October 6, 2009, "System and method for wireless communication with distributed input - distributed output."

Патент US 7,633,994, заявка подана 20 августа 2007 г., выдан 15 декабря 2009 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом».US patent 7,633,994, application filed August 20, 2007, issued December 15, 2009, "System and method for wireless communication with distributed input - distributed output."

Патент US 7,636,381, заявка подана 20 августа 2007 г., выдан 22 декабря 2009 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом».US patent 7,636,381, application filed August 20, 2007, issued December 22, 2009, "System and method for wireless communication with distributed input - distributed output."

Заявка на патент США №12/143,503, поданная 20 июня 2008 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом».Application for US patent No. 12/143,503, filed June 20, 2008, "System and method for wireless communication with distributed input - distributed output."

Заявка на патент США №11/256,478, поданная 21 октября 2005 г., «Система и способ связи с пространственно-мультиплексированным тропосферным рассеянием».Application for US patent No. 11/256,478, filed October 21, 2005, "System and method for communication with spatially multiplexed tropospheric scattering."

Патент US 7,418,053, заявка подана 30 июля 2004 г., выдан 26 августа 2008 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом».US patent 7,418,053, application filed July 30, 2004, issued August 26, 2008, "System and method for wireless communication with distributed input - distributed output."

Заявка на патент США №10/817,731, поданная 2 апреля 2004 г., «Система и способ улучшения качества связи посредством волн с почти вертикальным ионосферным отражением (NVIS) с применением пространственно-временного кодирования».Application for US patent No. 10/817,731, filed April 2, 2004, "System and method for improving the quality of communication through waves with almost vertical ionospheric reflection (NVIS) using space-time coding."

В целях уменьшения размера и сложности настоящей патентной заявки некоторые смежные патенты и заявки не раскрываются здесь в явном виде. Для получения подробного описания соответствующих изобретений обратитесь к смежным патентам и заявкам.In order to reduce the size and complexity of the present patent application, some related patents and applications are not explicitly disclosed here. For a detailed description of the respective inventions, refer to related patents and applications.

Следует заметить, что представленный ниже раздел I (Раскрытие из родственной заявки №12/802,988) использует собственный набор сносок, относящихся к ссылкам предшествующего уровня техники и предшествующим заявкам, переуступленным правопреемнику настоящей заявки. Ссылки в сносках перечислены в конце раздела I (непосредственно перед заголовком раздела II). Ссылки, используемые в разделе II, могут иметь числовые обозначения, частично совпадающие со ссылками, используемыми в разделе I, даже при том, что эти числовые обозначения идентифицируют различные ссылки (перечисленные в конце раздела II). Таким образом, ссылки, идентифицированные определенным числовым обозначением, могут быть идентифицированы в пределах раздела, в котором используется числовое обозначение.It should be noted that the following section I (Disclosure from related application No. 12 / 802,988) uses its own set of footnotes related to the prior art and prior applications assigned to the assignee of this application. References in footnotes are listed at the end of section I (immediately before the title of section II). The references used in Section II may have numerical designations that partially coincide with the references used in Section I, even though these numerical designations identify the various references (listed at the end of section II). Thus, links identified by a specific numerical designation can be identified within the section in which the numerical designation is used.

I. Раскрытие из родственной заявки №12/802,988I. Disclosure from Related Application No. 12 / 802,988

1. Способы удаления межкластерной помехи1. Methods for removing intercluster interference

Ниже описаны системы беспроводной радиочастотной (РЧ) связи и способы, содержащие множество распределенных передающих антенн для создания мест в пространстве с нулевой РЧ энергией. При использовании М передающих антенн можно создать до (М-1) точек с нулевой РЧ энергией в предварительно заданных местах. В одном варианте осуществления настоящего изобретения точки с нулевой РЧ энергией представляют собой беспроводные устройства, и передающие антенны получают информацию о состоянии канала (CSI) между передатчиками и приемниками. В одном варианте осуществления приемники вычисляют CSI и возвращают информацию обратно к передатчикам. В другом варианте осуществления передатчики вычисляют CSI через обучающие сигналы от приемников, предполагая использование обратимости каналов. Передатчики могут использовать CSI для определения сигналов помехи, которые будут передаваться одновременно. В одном варианте осуществления в передающих антеннах используют предварительное кодирование блочной диагонализации (BD) для генерирования точек с нулевой РЧ энергией.The following describes a wireless radio frequency (RF) communication system and methods comprising a plurality of distributed transmit antennas to create spaces in a space with zero RF energy. When using M transmit antennas, you can create up to (M-1) points with zero RF energy at predetermined locations. In one embodiment of the present invention, the zero RF energy points are wireless devices, and the transmit antennas obtain channel state information (CSI) between transmitters and receivers. In one embodiment, the receivers compute the CSI and return the information back to the transmitters. In another embodiment, the transmitters calculate CSI through training signals from the receivers, assuming the use of channel reversibility. Transmitters can use CSI to identify interference signals that will be transmitted simultaneously. In one embodiment, the transmit antennas use block diagonalization (BD) precoding to generate points with zero RF energy.

Система и способы, описанные в настоящем документе, отличаются от описанных выше стандартных технологий формирования луча при передаче/приеме. Фактически, при формировании луча при приеме вычисляют веса для подавления помехи на приемной стороне (посредством управления положением нуля), тогда как некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, описанные в настоящем документе, применяют веса на передающей стороне для создания картин интерференции, приводящих к одному или множеству мест в пространстве с «нулевой РЧ энергией». В отличие от стандартного формирования луча при передаче или предварительного кодирования BD, разработанных для максимизации качества сигнала (или SINR) для каждого пользователя или пропускной способности нисходящей линии связи соответственно, системы и способы, описанные в настоящем документе, минимизируют качество сигнала при определенных условиях и/или от определенных передатчиков, создавая, таким образом, точки с нулевой РЧ энергией в устройствах клиента (иногда упоминаемых здесь как «пользователи»). Кроме того, в контексте систем распределенного входа - распределенного выхода (DIDO) (описанных в родственных патентах и заявках), передающие антенны, распределенные в пространстве, обеспечивают более высокие степени свободы (т.е. более высокое пространственное разнесение каналов), которые можно применять для создания множества точек с нулевой РЧ энергией и/или получения максимального SINR для различных пользователей. Например, с помощью М передающих антенн можно создать до (М-1) точек РЧ энергии. В отличие от этого, на практике формирование луча или многопользовательские системы с BD, как правило, разрабатывают с близко расположенными антеннами на передающей стороне, что ограничивает количество одновременных пользователей, которые могут обслуживаться по беспроводной линии связи, при любом количестве передающих антенн М.The system and methods described herein are different from the standard transmission / reception beamforming techniques described above. In fact, when beamforming during reception, weights are calculated to suppress interference on the receiving side (by controlling the zero position), while some embodiments of the present invention described herein apply weights on the transmitting side to create interference patterns resulting in one or many places in space with “zero RF energy”. Unlike standard beamforming for transmitting or precoding BDs designed to maximize signal quality (or SINR) for each user or downlink bandwidth, respectively, the systems and methods described herein minimize signal quality under certain conditions and / or from certain transmitters, thus creating points with zero RF energy in the client devices (sometimes referred to as “users” here). In addition, in the context of Distributed Input - Distributed Output (DIDO) systems (described in related patents and applications), transmit antennas distributed in space provide higher degrees of freedom (i.e., higher spatial channel diversity) that can be applied. to create multiple points with zero RF energy and / or to obtain maximum SINR for various users. For example, using M transmit antennas, you can create up to (M-1) RF energy points. In contrast, in practice, beamforming or multi-user systems with BDs are typically designed with closely spaced antennas on the transmitting side, which limits the number of simultaneous users that can be served over the wireless link for any number of transmitting antennas M.

Рассмотрим систему с М передающими антеннами и K пользователями, причем K<М. Мы предполагаем, что передатчик получает CSI (H∈CK×M) между М передающими антеннами и K пользователями. Для упрощения предполагаем, что каждый пользователь имеет одну антенну, но этот же способ можно распространить на случай множества приемных антенн у каждого пользователя. Веса предварительного кодирования (w∈CM×1), создающие нулевую РЧ энергию в K мест расположения пользователей, вычисляют, чтобы удовлетворить следующее условие:Consider a system with M transmit antennas and K users, with K <M. We assume that the transmitter receives CSI (H∈C K × M ) between M transmit antennas and K users. To simplify, we assume that each user has one antenna, but the same method can be extended to the case of multiple receiving antennas for each user. Pre-coding weights (w∈C M × 1 ) creating zero RF energy at K user locations are calculated to satisfy the following condition:

Hw=0K×1,Hw = 0 K × 1 ,

где 0K×1 - вектор со всеми нулевыми элементами, а Н представляет собой канальную матрицу, полученную объединением векторов канала (hk∈C1×M) от М передающих антенн к K пользователям как:where 0 K × 1 is a vector with all zero elements, and H is a channel matrix obtained by combining channel vectors (h k ∈C 1 × M ) from M transmitting antennas to K users as:

Figure 00000001
Figure 00000001

В одном варианте осуществления вычисляют сингулярное разложение (SVD) канальной матрицы Н, вес w предварительного кодирования определяют как правый сингулярный вектор, соответствующий нулевому подпространству (идентифицируемому нулевым сингулярным значением) для Н.In one embodiment, the singular decomposition (SVD) of the channel matrix H is calculated, the precoding weight w is determined as the right singular vector corresponding to the zero subspace (identified by the zero singular value) for H.

Передающие антенны используют весовой вектор, определенный выше, для передачи РЧ энергии, в то же время создавая K точек с нулевой РЧ энергией в местах расположения K пользователей, так что сигнал, принятый k-м пользователем, выражается уравнением:Transmitting antennas use the weight vector defined above to transmit RF energy, while at the same time creating K points with zero RF energy at the locations of K users, so that the signal received by the k-th user is expressed by the equation:

rk=hkwsk÷nk=0÷nk,r k = h k ws k ÷ n k = 0 ÷ n k ,

где nk∈C1×1 - аддитивный белый гауссов шум (AWGN) у k-го пользователя.where n k ∈C 1 × 1 is the additive white Gaussian noise (AWGN) of the kth user.

В одном варианте осуществления вычисляют сингулярное разложение (SVD) канальной матрицы Н, вес w предварительного кодирования определяют как правый сингулярный вектор, соответствующий нулевому подпространству (идентифицируемому нулевым сингулярным значением) для Н.In one embodiment, the singular decomposition (SVD) of the channel matrix H is calculated, the precoding weight w is determined as the right singular vector corresponding to the zero subspace (identified by the zero singular value) for H.

В другом варианте осуществления беспроводная система представляет собой систему DIDO, а точки с нулевой РЧ энергией создают для предварительного подавления помехи для клиентов между различными зонами покрытия DIDO. В заявке на патент США №12/630,627 описана система DIDO, включающая в себя:In another embodiment, the wireless system is a DIDO system, and zero RF energy points are provided to pre-suppress interference between clients between different DIDO coverage areas. US Patent Application No. 12 / 630,627 describes a DIDO system including:

- клиентов DIDO;- DIDO customers;

- распределенные антенны DIDO;- DIDO distributed antennas;

- базовые приемопередающие станции (BTS) DIDO;- base transceiver stations (BTS) DIDO;

- сеть базовых станций (BSN) DIDO.- Base Station Network (BSN) DIDO.

Каждая BTS соединена посредством BSN с множеством распределенных антенн, обеспечивающих обслуживание в конкретной зоне покрытия, называемой кластером DIDO. В настоящей патентной заявке мы описываем систему и способ подавления помехи между смежными кластерами DIDO. Как показано на фиг. 1, мы предполагаем, что в основном кластере DIDO размещен клиент (т.е. устройство пользователя, обслуживаемое многопользовательской системой DIDO), на которого воздействует помеха (или целевой клиент) со стороны соседних кластеров.Each BTS is connected via a BSN to a plurality of distributed antennas providing service in a particular coverage area called a DIDO cluster. In this patent application, we describe a system and method for suppressing interference between adjacent DIDO clusters. As shown in FIG. 1, we assume that a client is located in the main DIDO cluster (i.e., a user device serviced by the DIDO multi-user system), which is affected by interference (or the target client) from neighboring clusters.

В одном варианте осуществления соседние кластеры работают на различных частотах согласно технологиям множественного доступа с частотным разделением (FDMA) подобно стандартным системам сотовой связи. Например, при коэффициенте повторного использования частоты, равном 3, одну и ту же несущую частоту использует повторно каждый третий кластер DIDO, как показано на фиг. 2. На фиг. 2 другие несущие частоты указаны как F1, F2 и F3. Хотя этот вариант осуществления можно применять в некоторых реализациях, такое решение приводит в итоге к снижению спектральной эффективности, так как доступный спектр разделен на множество поддиапазонов, и только одно подмножество кластеров DIDO работает в одном поддиапазоне. Кроме того, для предотвращения помехи требуется сложное планирование сотовой сети для связи различных кластеров DIDO с различными частотами. Подобно сотовым системам предшествующего уровня техники, такое планирование сотовой связи требует особого размещения антенн и ограничения мощности передачи во избежание помех между кластерами, использующими одну и ту же частоту.In one embodiment, neighboring clusters operate at different frequencies according to frequency division multiple access (FDMA) technologies, like standard cellular systems. For example, with a frequency reuse factor of 3, every third DIDO cluster reuses the same carrier frequency, as shown in FIG. 2. In FIG. 2 other carrier frequencies are indicated as F 1 , F 2 and F 3 . Although this embodiment can be applied in some implementations, such a solution ultimately leads to a decrease in spectral efficiency, since the available spectrum is divided into many subbands, and only one subset of the DIDO clusters operates in one subband. In addition, to prevent interference, complex cellular network planning is required to connect different DIDO clusters with different frequencies. Like prior art cellular systems, such cellular planning requires special placement of antennas and limitation of transmit power in order to avoid interference between clusters using the same frequency.

В другом варианте осуществления соседние кластеры работают в одной и той же полосе частот, но в различных временных слотах в соответствии с технологией множественного доступа с временным разделением (TDMA). Например, как показано на фиг. 3, передача DIDO разрешается только в моменты времени T1, Т2 и Т3 для определенных кластеров. Временные слоты можно назначать в равной степени различным кластерам, так что различные кластеры планируются в соответствии с политикой кругового обслуживания. Если различные кластеры характеризуют различные требования к скорости передачи данных (т.е. кластеры в переполненных городских средах в сравнении с кластерами в сельских районах с меньшим количеством клиентов на зону покрытия), то различным кластерам назначают различные приоритеты, так что больше временных слотов назначают кластерам с большими требованиями к скорости передачи данных. Хотя TDMA, как описано выше, можно применять в одном варианте осуществления настоящего изобретения, подход TDMA может потребовать временной синхронизации различных кластеров и может привести к более низкой спектральной эффективности, так как кластеры, создающие помехи, не могут использовать одну и ту же частоту одновременно.In another embodiment, neighboring clusters operate in the same frequency band, but in different time slots in accordance with time division multiple access (TDMA) technology. For example, as shown in FIG. 3, DIDO transmission is allowed only at time points T 1 , T 2 and T 3 for specific clusters. Temporary slots can be assigned equally to different clusters, so that different clusters are planned in accordance with the circular service policy. If different clusters characterize different requirements for data transfer rates (i.e. clusters in crowded urban environments compared to clusters in rural areas with fewer clients per coverage area), then different priorities are assigned to different clusters, so more time slots are assigned to clusters with high requirements for data transfer speed. Although TDMA, as described above, can be applied in one embodiment of the present invention, the TDMA approach may require time synchronization of different clusters and may lead to lower spectral efficiency, since interfering clusters cannot use the same frequency at the same time.

В одном варианте осуществления все соседние кластеры ведут передачу одновременно в одной полосе частот и используют для кластеров пространственную обработку во избежание помех. В настоящем варианте осуществления мультикластерная система DIDO: (i) использует стандартное предварительное кодирование DIDO внутри основного кластера для передачи одновременных, не создающих друг другу помех потоков данных в пределах одной и той же полосы частот множеству клиентов (как описано в родственных патентах и заявках, в числе которых патенты US 7,599,420; 7,633,994; 7,636,381; и заявка №12/143,503); (ii) использует предварительное кодирование DIDO с подавлением помех в соседних кластерах во избежание помех клиентам, находящимся в создающих помехи зонах 8010, как показано на фиг. 4, создавая точки с нулевой радиочастотной (РЧ) энергией в местах расположения целевых клиентов. Если целевой клиент находится в создающей помехи зоне 410, он будет принимать сумму РЧ энергии, содержащей поток данных от основного кластера 411, и нулевой РЧ энергии от создающего помехи кластера 412-413, которая будет представлять собой просто РЧ энергию, содержащую поток данных от основного кластера. Таким образом, смежные кластеры могут использовать одну и ту же частоту одновременно, не имея в создающей помехи зоне целевых клиентов, страдающих от помех.In one embodiment, all neighboring clusters transmit simultaneously in the same frequency band and use spatial processing for the clusters to avoid interference. In the present embodiment, the DIDO multicluster system: (i) uses standard DIDO precoding inside the main cluster to transmit simultaneous, non-interfering data streams within the same frequency band to multiple clients (as described in related patents and applications, including US patents 7,599,420; 7,633,994; 7,636,381; and application No. 12 / 143,503); (ii) uses DIDO precoding with interference cancellation in neighboring clusters to avoid interference with clients located in the interference zones 8010, as shown in FIG. 4, creating points with zero radio frequency (RF) energy at the locations of the target customers. If the target client is in the interfering zone 410, it will receive the sum of the RF energy containing the data stream from the main cluster 411, and zero RF energy from the interfering cluster 412-413, which will simply be RF energy containing the data stream from the main a cluster. Thus, adjacent clusters can use the same frequency at the same time, without having targeted clients suffering from interference in the interfering zone.

В реальных системах на производительность предварительного кодирования DIDO могут влиять различные факторы, такие как: ошибка оценки канала или эффекты Доплера (приводящие к устаревшей информации о состоянии канала на распределенных антеннах DIDO); перекрестные искажения (IMD) в системах DIDO с несколькими несущими; смещения по времени или по частоте. В результате влияния этих эффектов достижение точек с нулевой РЧ энергией может оказаться нецелесообразным. Однако, пока РЧ энергия у целевого клиента от кластеров, создающих помехи, незначительна по сравнению с РЧ энергией от основного кластера, помеха не влияет на характеристики линии связи у целевого клиента. Например, предположим, что клиент требует отношение «сигнал-шум» (SNR) в 20 дБ для демодуляции комбинации 4-QAM с использованием кодирования с прямой коррекцией ошибок (FEC), чтобы достигнуть целевого значения частоты появления ошибочных битов (BER), равного 10-6. Если РЧ энергия у целевого клиента, принятая от создающего помехи кластера, на 20 дБ ниже РЧ энергии, принятой от основного кластера, помеха незначительна и клиент может успешно демодулировать данные в пределах заданного целевого значения BER. Таким образом, термин «нулевая РЧ энергия», используемый в настоящем описании, не обязательно означает, что РЧ энергия РЧ сигналов помехи равна нулю. Скорее это означает, что РЧ энергия достаточно низка относительно РЧ энергии полезного РЧ сигнала, так что приемник может принимать полезный РЧ сигнал. Кроме того, хотя для РЧ энергии помехи описаны определенные желаемые пороговые значения относительно полезной РЧ энергии, основополагающие принципы изобретения не ограничены никакими конкретными пороговыми значениями.In real systems, various factors can influence the performance of DIDO precoding, such as: channel estimation error or Doppler effects (leading to outdated channel status information on distributed DIDO antennas); crosstalk (IMD) in multi-carrier DIDO systems; time or frequency offsets. As a result of the influence of these effects, reaching points with zero RF energy may not be practical. However, while the RF energy of the target client from the interfering clusters is negligible compared to the RF energy from the main cluster, the interference does not affect the communication line characteristics of the target client. For example, suppose a client requires a 20 dB signal-to-noise ratio (SNR) to demodulate a 4-QAM combination using forward error correction coding (FEC) to achieve a target error bit rate (BER) of 10 -6 . If the RF energy from the target client received from the interfering cluster is 20 dB lower than the RF energy received from the main cluster, the interference is negligible and the client can successfully demodulate data within the specified BER target value. Thus, the term “zero RF energy” as used herein does not necessarily mean that the RF energy of the RF interference signals is zero. Rather, it means that the RF energy is quite low relative to the RF energy of the useful RF signal, so that the receiver can receive the useful RF signal. Furthermore, although certain desired threshold values for the useful RF energy are described for the RF interference energy, the fundamental principles of the invention are not limited to any particular threshold values.

Существуют различные типы создающих помехи зон 8010, как показано на фиг. 4. Например, на зоны «типа А» (на Фиг. 80 обозначены буквой «А») влияет помеха только от одного соседнего кластера, тогда как зоны «типа В» (обозначены буквой «В») учитывают помеху от двух или более соседних кластеров.There are various types of interfering zones 8010, as shown in FIG. 4. For example, the “type A” zones (indicated by the letter “A” in Fig. 80) are affected by interference from only one neighboring cluster, while the “type B” zones (indicated by the letter “B”) take into account interference from two or more neighboring ones clusters.

На фиг. 5 показана структура, применяемая в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Точки обозначают распределенные антенны DIDO, кресты обозначают клиентов DIDO, а стрелки указывают направления распространения РЧ энергии. Антенны DIDO в основном кластере передают сигналы предварительно кодированных данных клиентам МС 501 в этом кластере. Аналогично, антенны DIDO в кластере, создающем помехи, обслуживают клиентов IC 502 в пределах этого кластера посредством стандартного предварительного кодирования DIDO. Зеленый крест 503 обозначает целевого клиента ТС 503 в зоне, создающей помехи. Антенны DIDO в основном кластере 511 передают сигналы предварительно кодированных данных целевому клиенту (черные стрелки) посредством стандартного предварительного кодирования DIDO. Антенны DIDO в создающем помехи кластере 512 используют предварительное кодирование для создания нулевой РЧ энергии в направлении целевого клиента 503 (зеленые стрелки).In FIG. 5 shows the structure used in one embodiment of the present invention. Dots indicate distributed DIDO antennas, crosses indicate DIDO customers, and arrows indicate directions of propagation of RF energy. The DIDO antennas in the primary cluster transmit precoded data signals to MS 501 clients in that cluster. Similarly, the DIDO antennas in the interfering cluster serve IC 502 clients within that cluster through standard DIDO precoding. The green cross 503 denotes the target client TC 503 in the area that creates interference. The DIDO antennas in the main cluster 511 transmit precoded data signals to the target client (black arrows) using standard DIDO precoding. The DIDO antennas in the interfering cluster 512 use precoding to generate zero RF energy in the direction of the target client 503 (green arrows).

Принятый целевым клиентом к сигнал в любой создающей помехи зоне 410А, В на фиг. 4 описан уравнением:The signal received by the target client k in any interfering area 410A, B in FIG. 4 is described by the equation:

Figure 00000002
Figure 00000002

где k=1, …, K, и K - количество клиентов в создающей помехи зоне 8010А, В, U - количество клиентов в основном кластере DIDO, С - количество создающих помехи кластеров 412-413 DIDO и Ic - количество клиентов в создающем помехи кластере с. Кроме того, rk∈CN×M представляет собой вектор, содержащий принимаемые потоки данных клиентом k в предположении, что в устройствах клиентов существует М передающих антенн DIDO и N приемных антенн; sk∈CN×1 - вектор передаваемых потоков данных клиенту k в основном кластере DIDO; su∈CN×1 - вектор передаваемых потоков данных клиенту и в основном кластере DIDO; sc,i∈CN×1 - вектор передаваемых потоков данных клиенту i в с-м создающем помехи кластере DIDO; nk∈CN×1 - вектор аддитивного белого гауссова шума (AWGN) в N приемных антеннах клиента k; Hk∈CN×M - матрица канала DIDO от М передающих антенн DIDO до N приемных антенн у клиента k в основном кластере DIDO; Hc,k∈CN×M - матрица канала DIDO от М передающих антенн DIDO до N приемных антенн у клиента k в с-м создающем помехи кластере DIDO; Wk∈CM×N - матрица весов предварительного кодирования DIDO для клиента k в основном кластере DIDO; Wk∈CM×N - матрица весов предварительного кодирования DIDO для клиента u в основном кластере DIDO; Wc,i∈CM×N - матрица весов предварительного кодирования DIDO для клиента i в с-м создающем помехи кластере DIDO.where k = 1, ..., K, and K is the number of clients in the interfering zone 8010A, B, U is the number of clients in the main DIDO cluster, C is the number of interfering clusters 412-413 DIDO and I c is the number of clients in the interfering cluster c. In addition, r k ∈C N × M is a vector containing received data streams by client k under the assumption that there are M DIDO transmit antennas and N receive antennas in the client devices; s k ∈C N × 1 is the vector of transmitted data streams to client k in the main DIDO cluster; s u ∈C N × 1 is the vector of transmitted data streams to the client and in the main DIDO cluster; s c, i ∈C N × 1 is the vector of transmitted data streams to client i in the c-th interfering DIDO cluster; n k ∈C N × 1 is the additive white Gaussian noise (AWGN) vector in the N receiving antennas of client k; H k ∈C N × M is the DIDO channel matrix from M transmitting DIDO antennas to N receiving antennas at client k in the main DIDO cluster; H c, k ∈C N × M is the DIDO channel matrix from M DIDO transmit antennas to N receive antennas at client k in the c-th DIDO interfering cluster; W k ∈C M × N is the DIDO precoding weight matrix for client k in the main DIDO cluster; W k ∈C M × N - DIDO precoding weight matrix for client u in the main DIDO cluster; W c, i ∈C M × N is the DIDO precoding weight matrix for client i in the cth DIDO interfering cluster.

Для упрощения условных обозначений без потери общности мы предполагаем, что все клиенты снабжены N приемными антеннами и в каждом кластере DIDO существует М распределенных антенн DIDO, причем М≥(N⋅U) и М≥(N⋅Ic), ∀c=1, …, С. Если М больше, чем общее количество приемных антенн в кластере, дополнительные передающие антенны применяют для заблаговременного подавления помехи целевым клиентам в зоне, создающей помехи, или улучшения надежности линии связи для клиентов в пределах того же самого кластера через схемы разнесения, описанные в родственных патентах и заявках, в том числе в патентах US 7,599,420; 7,633,994; 7,636,381 и заявке №12/143,503.To simplify the conventions without loss of generality, we assume that all clients are equipped with N receiving antennas and in each DIDO cluster there are M distributed DIDO antennas, with M≥ (N⋅U) and M≥ (N⋅I c ), ∀c = 1 , ..., C. If M is greater than the total number of receive antennas in the cluster, additional transmit antennas are used to pre-suppress interference with target clients in the interfering area, or to improve the reliability of the communication line for clients within the same cluster through diversity schemes, described in related pa tents and applications, including in US patents 7,599,420; 7,633,994; 7,636,381 and application No. 12/143,503.

Веса предварительного кодирования DIDO вычисляют для заблаговременного подавления межклиентской помехи в пределах одного кластера DIDO. Например, предварительное кодирование с блочной диагонализацией (BD), описанное в родственных патентах и заявках, в том числе в патентах US 7,599,420; 7,633,994; 7,636,381 и заявке №12/143,503 и [7], можно применять для удаления межклиентской помехи, чтобы в основном кластере выполнялось следующее условие:DIDO precoding weights are calculated to pre-suppress inter-client interference within a single DIDO cluster. For example, precoding with block diagonalization (BD) described in related patents and applications, including in US patents 7,599,420; 7,633,994; 7,636,381 and application No. 12/143,503 and [7], can be used to remove inter-client interference so that the following condition is satisfied in the main cluster:

Figure 00000003
Figure 00000003

Матрицы весов предварительного кодирования в соседних кластерах DIDO проектируют в целях соблюдения следующего условия:The precoding weight matrices in adjacent DIDO clusters are designed to meet the following conditions:

Figure 00000004
Figure 00000004

Для вычисления матриц Wc,i предварительного кодирования оценивают нисходящий канал от М передающих антенн к Ic клиентам в создающем помехи кластере, а также клиенту k в создающей помехи зоне, а матрицу предварительного кодирования вычисляют на BTS DIDO в создающем помехи кластере. Если для вычисления матриц предварительного кодирования в создающих помехи кластерах используют способ BD, создается следующая эффективная канальная матрица для вычисления весов для i-го клиента в соседних кластерах:To calculate the precoding matrices W c, i , the downstream channel from the M transmit antennas to I c clients in the interfering cluster is evaluated, as well as to the client k in the interfering zone, and the precoding matrix is calculated on the BTS DIDO in the interfering cluster. If the BD method is used to calculate precoding matrices in interfering clusters, the following effective channel matrix is created to calculate the weights for the ith client in neighboring clusters:

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- матрица, полученная из матрицы канала
Figure 00000007
для создающего помехи кластера с, где строки, соответствующие i-му клиенту, удалены.Where
Figure 00000006
- matrix obtained from the channel matrix
Figure 00000007
for the interfering cluster c, where the rows corresponding to the i-th client are deleted.

Подставляя условия (2) и (3) в (1), мы получаем принятые потоки данных для целевого клиента k, в которых внутрикластерная и межкластерная помехи удалены.Substituting conditions (2) and (3) into (1), we obtain the received data streams for the target client k, in which the intracluster and intercluster interference are removed.

Figure 00000008
Figure 00000008

Веса Wc,i предварительного кодирования в (1), вычисленные в соседних кластерах, рассчитывают с возможностью передавать предварительно кодированные потоки данных всем клиентам в этих кластерах, в то же время заблаговременно подавляя помеху для целевого клиента в создающей помехи зоне. Целевой клиент принимает предварительно кодированные данные только от своего основного кластера. В другом варианте осуществления тот же самый поток данных посылают целевому клиенту как от основного, так и от соседнего кластеров для получения усиления от разнесения. В этом случае модель сигнала в (5) выражают следующим образом:The precoding weights W c, i in (1) calculated in neighboring clusters are calculated with the possibility of transmitting precoded data streams to all clients in these clusters, while at the same time suppressing the interference for the target client in the interference zone in advance. The target client receives precoded data only from its primary cluster. In another embodiment, the same data stream is sent to the target client from both the primary and neighboring clusters to obtain diversity gain. In this case, the signal model in (5) is expressed as follows:

Figure 00000009
Figure 00000009

где Wc,k представляет собой матрицу предварительного кодирования DIDO от передатчиков DIDO в с-м кластере к целевому клиенту k в создающей помехи зоне. Следует заметить, что способ в (6) требует временной синхронизации соседних кластеров, которую может быть трудно достигнуть в больших системах, но, тем не менее, она вполне оправданна, если преимущество усиления при разнесении оправдывает затраты на осуществление.where W c, k is the DIDO precoding matrix from the DIDO transmitters in the cth cluster to the target client k in the interfering area. It should be noted that the method in (6) requires time synchronization of neighboring clusters, which can be difficult to achieve in large systems, but, nevertheless, it is quite justified if the advantage of diversity gain justifies implementation costs.

Мы начинаем с оценки характеристик предложенного способа с точки зрения частоты появления ошибочных символов (SER) в зависимости от отношения «сигнал-шум» (SNR). Без потери общности мы определяем следующую модель сигнала, принимая одну антенну на каждого клиента, и переформулируем (1) следующим образом:We start by evaluating the characteristics of the proposed method in terms of the frequency of occurrence of erroneous symbols (SER) depending on the signal-to-noise ratio (SNR). Without loss of generality, we determine the following signal model, taking one antenna for each client, and reformulate (1) as follows:

Figure 00000010
Figure 00000010

где INR представляет собой отношение «помеха-шум», определяемое как INR=SNR/SIR, a SIR представляет собой отношение «сигнал-помеха».where INR is the noise-to-noise ratio, defined as INR = SNR / SIR, and SIR is the signal-to-noise ratio.

На фиг. 6 представлена зависимость SER от SNR, принимая SIR=10 дБ, для целевого клиента в создающей помехи зоне. Без потери общности мы измерили SER для 4-QAM и 16-QAM без кодирования с прямой коррекцией ошибок (FEC). Мы получили целевое SER, равное 1% для некодированных систем. Эта целевое значение соответствует различным значениям SNR в зависимости от порядка модуляции (т.е. SNR=20 дБ для 4-QAM и SNR=28 дБ для 16-QAM). Более низкие целевые значения SER могут быть удовлетворены при тех же значениях SNR при использовании кодирования с FEC за счет выигрыша, обеспечиваемого кодированием. Мы рассматриваем сценарий двух кластеров (один основной кластер и один кластер, создающий помехи) с двумя антеннами DIDO и двумя клиентами (каждый из которых оборудован одной антенной) на кластер. Один из клиентов в основном кластере находится в зоне, создающей помехи. Мы рассматриваем узкополосные каналы с неглубоким замиранием, но нижеследующие результаты можно распространить на частотно-избирательные системы с несколькими несущими (OFDM), где каждая поднесущая подвергается неглубокому замиранию. Мы рассматриваем два сценария: (i) один - с помехой между кластерами DIDO (IDCI), где веса wc,i предварительного кодирования вычисляют, не учитывая целевого клиента в создающей помехи зоне; и (ii) другой, в котором IDCI удаляют, вычисляя веса wc,i для уничтожения IDCI для целевого клиента. Мы наблюдаем, что в присутствии IDCI значение SER является высоким и превышает заданную цель. При предварительном кодировании с IDCI в соседнем кластере помеха для целевого клиента подавляется, и цели SER достигаются для SNR>20 дБ.In FIG. Figure 6 shows the dependence of SER on SNR, taking SIR = 10 dB, for the target client in the interfering area. Without loss of generality, we measured SER for 4-QAM and 16-QAM without forward error correction coding (FEC). We got a target SER of 1% for non-encoded systems. This target value corresponds to different SNR values depending on the modulation order (i.e. SNR = 20 dB for 4-QAM and SNR = 28 dB for 16-QAM). Lower target SER values can be satisfied with the same SNR values using FEC coding due to the gain provided by the coding. We are considering a scenario of two clusters (one main cluster and one interfering cluster) with two DIDO antennas and two clients (each of which is equipped with one antenna) per cluster. One of the clients in the primary cluster is in the interfering area. We consider narrow-band channels with shallow fading, but the following results can be extended to frequency-selective multi-carrier systems (OFDM), where each subcarrier undergoes shallow fading. We consider two scenarios: (i) one — with interference between DIDO clusters (IDCI), where precoding weights w c, i are calculated without considering the target client in the interfering area; and (ii) another in which the IDCI is removed by calculating the weights w c, i to destroy the IDCI for the target client. We observe that in the presence of IDCI, the SER value is high and exceeds the target. When precoding with IDCI in a neighboring cluster, interference to the target client is suppressed, and SER targets are achieved for SNR> 20 dB.

Результаты, представленные на фиг. 6, предполагают предварительное кодирование с IDCI, как в выражении (5). Если предварительное кодирование с IDCI применяют также в соседних кластерах для предварительного кодирования потоков данных для целевого клиента в создающей помехи зоне, как в выражении (6), разнесение обеспечивает дополнительный выигрыш. На фиг. 7 представлено сравнение SER, полученных двумя способами: (i) «Способ 1», в котором используют предварительное кодирование с IDCI согласно (5); (ii) «Способ 2», в котором используют предварительное кодирование с IDCI согласно (6), где соседние кластеры также передают поток предварительно кодированных данных целевому клиенту. Способ 2 дает усиление ~3 дБ по сравнению со стандартным предварительным кодированием с IDCI из-за дополнительного усиления, обеспечиваемого антеннами DIDO в соседнем кластере, используемыми для передачи предварительно кодированного потока данных целевому клиенту. В более общем смысле, выигрыш за счет матрицы в способе 2 относительно способа 1 пропорционален 10*log10 (С+1), где С представляет собой количество соседних кластеров, а коэффициент «1» обозначает основной кластер.The results presented in FIG. 6 suggest precoding with IDCI, as in expression (5). If precoding with IDCI is also used in neighboring clusters for precoding data streams for the target client in the interfering area, as in expression (6), diversity provides an additional gain. In FIG. 7 shows a comparison of SER obtained in two ways: (i) “Method 1”, which uses precoding with IDCI according to (5); (ii) “Method 2”, which uses precoding with IDCI according to (6), where the neighboring clusters also transmit a stream of precoded data to the target client. Method 2 provides a gain of ~ 3 dB compared to standard precoding with IDCI due to the additional gain provided by the DIDO antennas in the neighboring cluster used to transmit the precoded data stream to the target client. In a more general sense, the gain due to the matrix in method 2 relative to method 1 is proportional to 10 * log10 (C + 1), where C represents the number of neighboring clusters, and the coefficient “1” denotes the main cluster.

Затем мы оцениваем характеристики упомянутого выше способа в зависимости от расположения целевого клиента относительно зоны, создающей помехи. Мы рассматриваем один простой сценарий, в котором целевой клиент 8401 перемещается из основного кластера 802 DIDO в создающий помехи кластер 803, как показано на фиг. 8. Мы предполагаем, что все антенны 812 DIDO внутри основного кластера 802 используют предварительное кодирование BD для подавления внутрикластерной помехи и удовлетворения условия (2). Мы предполагаем единственный создающий помехи кластер DIDO, единственную приемную антенну в устройстве 801 клиента и равные потери на пути прохождения сигнала от всех антенн DIDO в основном или создающем помехи кластере до клиента (т.е. до антенн DIDO, расположенных по кругу вокруг клиента). Мы применяем упрощенную модель потерь на пути прохождения с экспонентой 4 потерь на пути прохождения (как в типичных городских средах) [11].Then we evaluate the characteristics of the above method, depending on the location of the target client relative to the area that creates the interference. We consider one simple scenario in which the target client 8401 moves from the main DIDO cluster 802 to the interfering cluster 803, as shown in FIG. 8. We assume that all 812 DIDO antennas within the main 802 cluster use BD precoding to suppress intra-cluster interference and satisfy condition (2). We assume the only DIDO interfering cluster, the only receiving antenna in the client device 801, and equal losses in the signal path from all DIDO antennas in the main or interfering cluster to the client (i.e., to DIDO antennas arranged in a circle around the client). We apply a simplified path loss model with an exponential of 4 path losses (as in typical urban environments) [11].

Последующий анализ основан на следующей упрощенной модели сигнала, расширяющей (7) для учета потерь на пути прохождения сигнала:The subsequent analysis is based on the following simplified signal model, expanding (7) to account for losses along the signal path:

Figure 00000011
Figure 00000011

где отношение «сигнал-помеха» (SIR) рассчитывают как SIR=((1-D)/D)4. При моделировании IDCI мы рассматриваем три сценария: i) идеальный случай без IDCI; ii) предварительное подавление IDCI посредством предварительного кодирования BD в создающем помехи кластере для выполнения условия (3); iii) с IDCI, без предварительного подавления соседним кластером.where the signal-to-noise ratio (SIR) is calculated as SIR = ((1-D) / D) 4 . When modeling IDCI, we consider three scenarios: i) an ideal case without IDCI; ii) pre-suppression of IDCI by precoding BD in the interfering cluster to fulfill condition (3); iii) with IDCI, without prior suppression by a neighboring cluster.

На фиг. 9 представлено отношение «сигнал/смесь помехи с шумом» (SINR) в зависимости от D (т.е. когда целевой клиент перемещается из основного кластера 802 в направлении антенн 813 DIDO в создающем помехи кластере 8403). SINR рассчитывают как отношение мощностей сигнала и смеси помехи и шума, используя модель сигнала, представленную в (8). В отсутствии IDCI на характеристики беспроводной линии связи влияет только шум, и SINR уменьшается за счет потерь на пути прохождения сигнала. При наличии IDCI (т.е. без предварительного кодирования с IDCI) помеха от антенн DIDO в соседнем кластере способствует уменьшению SINR.In FIG. 9 shows the signal-to-noise interference-to-noise ratio (SINR) versus D (i.e., when the target client moves from the main cluster 802 in the direction of the DIDO antennas 813 in the interfering cluster 8403). SINRs are calculated as the ratio of signal powers to a mixture of interference and noise using the signal model presented in (8). In the absence of IDCI, only noise affects the characteristics of the wireless link, and SINR is reduced due to path loss. In the presence of IDCI (i.e., without precoding with IDCI), interference from DIDO antennas in a neighboring cluster helps to reduce SINR.

На фиг. 10 представлена характеристика частоты появления ошибочных символов (SER) для вышеупомянутых трех сценариев, для модуляции 4-QAM в узкополосных каналах с неглубоким замиранием. Эти результаты SER соответствуют SINR, представленному на фиг. 9. Мы принимаем пороговое значение SER равным 1% для некодированных систем (т.е. без FEC), что соответствует пороговому значению SINR, SINRT=20 дБ, представленному на фиг. 9. Порог SINR зависит от порядка модуляции, применяемого для передачи данных. Более высокие порядки модуляции обычно характеризует более высокий SINRT, позволяющий достигнуть той же самой целевой частоты ошибок. При наличии FEC более низкую целевую SER можно достигнуть для того же значения SINR благодаря выигрышу от кодирования. В случае IDCI без предварительного кодирования целевая SER достижима только в пределах диапазона D<0,25. При предварительном кодировании с IDCI в соседнем кластере диапазон, удовлетворяющий целевой SER, расширяется до D<0,6. Сверх этого диапазона SINR растет из-за потерь на пути прохождения сигнала, и целевая SER не достигается.In FIG. 10 shows a characteristic of the frequency of occurrence of erroneous symbols (SER) for the above three scenarios for modulating 4-QAM in narrow-band channels with shallow fading. These SER results correspond to the SINR shown in FIG. 9. We assume that the SER threshold value is 1% for non-encoded systems (ie, without FEC), which corresponds to the SINR threshold value, SINR T = 20 dB, shown in FIG. 9. The SINR threshold depends on the modulation order used for data transmission. Higher modulation orders are typically characterized by a higher SINR T , allowing to achieve the same target error rate. With FEC, a lower target SER can be achieved for the same SINR due to the gain from coding. In the case of IDCI without precoding, the target SER is reachable only within the range of D <0.25. When precoding with IDCI in a neighboring cluster, the range satisfying the target SER is expanded to D <0.6. Above this range, the SINR is increasing due to path loss, and the target SER is not reached.

Один вариант осуществления способа предварительного кодирования с IDCI представлен на фиг. 11 и состоит из следующих стадий.One embodiment of an IDCI precoding method is shown in FIG. 11 and consists of the following stages.

- Оценка SIR 1101. Клиенты оценивают мощность сигнала от основного кластера DIDO (т.е. основываясь на принятых предварительно кодированных данных) и мощность сигнала «смесь помехи с шумом» от соседних кластеров DIDO. В системах DIDO с одиночной несущей можно разработать структуру кадра с короткими периодами молчания. Например, периоды молчания можно установить между использованием обучающего сигнала для оценки канала и передачами предварительно кодированных данных во время обратной связи для передачи информации о состоянии канала (CSI). В одном варианте осуществления мощность сигнала «смесь помехи с шумом» от соседних кластеров измеряют в течение периодов молчания от антенн DIDO в основном кластере. В реальных системах DIDO с несколькими несущими (OFDM) нулевые тональные сигналы, как правило, применяют для предотвращения смещения постоянного тока (DC) и затухания на краю полосы из-за фильтрации на передающей и приемной сторонах. В другом варианте осуществления, использующем системы с несколькими несущими, мощность сигнала «смесь помехи с шумом» оценивают по нулевым тональным сигналам. Поправочные коэффициенты можно применять для компенсации затухания фильтров передачи/приема на краю полосы. Когда оценивают мощность смеси «сигнал с помехой и шумом» (PS) от основного кластера и мощность смеси «помехи с шумом» от соседних кластеров (PIN), клиент вычисляет SINR следующим образом:- SIR score 1101. Clients evaluate the signal strength from the main DIDO cluster (ie based on the received precoded data) and the signal strength “interference-to-noise mix” from neighboring DIDO clusters. In single-carrier DIDO systems, a frame structure with short silence periods can be developed. For example, silence periods can be set between using a training signal for channel estimation and transmitting precoded data during feedback to transmit channel status information (CSI). In one embodiment, the power of the “interference-to-noise mix” signal from neighboring clusters is measured during silent periods from DIDO antennas in the main cluster. In real-world DIDO multi-carrier (OFDM) systems, zero tones are typically used to prevent direct current (DC) bias and attenuation at the edge of the band due to filtering at the transmit and receive sides. In another embodiment using multi-carrier systems, the signal strength of the “interference-to-noise mix” is estimated from zero tones. Correction factors can be used to compensate for the attenuation of transmit / receive filters at the edge of the band. When the power of the “interference-to-noise” signal mixture (P S ) from the main cluster and the “noise-to-noise” mixture power from neighboring clusters (P IN ) are estimated, the client calculates the SINR as follows:

Figure 00000012
Figure 00000012

В альтернативном варианте осуществления оценку SINR получают из индикации мощности принятого сигнала (RSSI), используемой в типичных системах беспроводной связи для измерения мощности радиосигнала.In an alternative embodiment, a SINR estimate is obtained from a received signal strength indication (RSSI) used in typical wireless communication systems for measuring radio signal strength.

Следует заметить, что показатель в (9) не может проводить различие между уровнем мощности шума и уровнем мощности помехи. Например, клиенты, на которых влияет затенение (т.е. находящиеся позади препятствий, ослабляющих мощность сигнала от всех распределенных антенн DIDO в основном кластере) в средах, свободных от помех, могут получить низкое значение SINR даже при отсутствии влияния межкластерной помехи.It should be noted that the indicator in (9) cannot distinguish between the noise power level and the interference power level. For example, customers who are affected by shading (i.e., those behind obstacles that weaken the signal power from all distributed DIDO antennas in the main cluster) in interference-free environments may receive a low SINR even if there is no intercluster interference.

Более надежный показатель для предложенного способа представляет собой значение SIR, вычисляемое следующим образом:A more reliable indicator for the proposed method is the SIR value, calculated as follows:

Figure 00000013
Figure 00000013

где PN представляет собой мощность шума. В реальных системах OFDM с несколькими несущими мощность шума PN в (10) оценивают по нулевым тональным сигналам, предполагая, что все антенны DIDO из основного и соседних кластеров используют один и тот же набор нулевых тональных сигналов. Мощность смеси «помеха с шумом» (PIN) оценивают в период молчания, как упомянуто выше. Наконец, мощность (PS) смеси «сигнал с помехой и шумом» получают из тональных сигналов данных. По этим оценкам клиент вычисляет значение SIR в выражении (10).where P N is the noise power. In real OFDM systems with several carriers, the noise power P N in (10) is estimated from zero tones, assuming that all DIDO antennas from the main and neighboring clusters use the same set of zero tones. The power of the noise-to-noise (P IN ) mixture is evaluated during a period of silence, as mentioned above. Finally, the power (P S ) of the “signal with interference and noise” mixture is obtained from the tonal data signals. Based on these estimates, the client calculates the SIR value in expression (10).

- Оценка канала в соседних кластерах 1102-1103. Если предполагаемое значение SIR в (10) ниже заданного порога (SIRT), определенного на стадии 8702, представленной на фиг. 11, клиент начинает слушать обучающие сигналы от соседних кластеров. Следует заметить, что значение SIRT зависит от схемы кодирования модуляции и FEC (MCS), используемой для передачи данных. Различные целевые значения SIR определяют в зависимости от MCS у клиента. Когда распределенные антенны DIDO различных кластеров синхронизированы по времени (т.е. привязаны к одному и тому же импульсу в секунду, PPS, время отсчета), клиент использует контрольную последовательность для передачи своих оценок канала антеннам DIDO в соседних кластерах на стадии 8703. Контрольная последовательность для оценки канала в соседних кластерах спроектирована ортогонально к контрольной последовательности от основного кластера. В альтернативном варианте осуществления, когда антенны DIDO в различных кластерах не синхронизированы по времени, ортогональные последовательности (с хорошими свойствами взаимной корреляции) используют для временной синхронизации в различных кластерах DIDO. Как только клиент привязывается ко времени отсчета/опорной частоте соседних кластеров, на стадии 1103 выполняется оценка канала.- Channel estimation in neighboring clusters 1102-1103. If the estimated SIR value in (10) is below a predetermined threshold (SIR T ) determined in step 8702 of FIG. 11, the client begins to listen to training signals from neighboring clusters. It should be noted that the SIR T value depends on the modulation coding scheme and FEC (MCS) used for data transmission. Different target SIR values are determined depending on the MCS at the client. When the distributed DIDO antennas of the different clusters are time synchronized (ie, tied to the same pulse per second, PPS, counting time), the client uses the control sequence to transmit its channel estimates to the DIDO antennas in neighboring clusters at step 8703. The control sequence To estimate the channel in neighboring clusters, it was designed orthogonally to the control sequence from the main cluster. In an alternative embodiment, when the DIDO antennas in different clusters are not time synchronized, orthogonal sequences (with good cross-correlation properties) are used for time synchronization in different DIDO clusters. Once the client is tied to the reference time / reference frequency of neighboring clusters, at 1103, a channel estimate is performed.

- Предварительное кодирование с IDCI 1104. Как только на BTS DIDO в соседних кластерах доступны оценки канала, вычисляется предварительное кодирование с IDCI для удовлетворения условия в выражении (3). Антенны DIDO в соседних кластерах передают потоки предварительно кодированных данных только клиентам в своем кластере, в то же время заранее подавляя помеху у клиентов в создающей помехи зоне 410, представленной на фиг. 4. Следует заметить, что если клиент находится в создающей помехи зоне 410 типа В, представленной на фиг. 4, помеху у клиента генерируют многочисленные кластеры, и предварительное кодирование с IDCI выполняют все соседние кластеры одновременно.- Pre-coding with IDCI 1104. As soon as channel estimates are available on BID DIDOs in neighboring clusters, precoding with IDCI is computed to satisfy the condition in expression (3). DIDO antennas in neighboring clusters transmit precoded data streams only to clients in their cluster, while at the same time pre-suppressing interference with clients in the interfering area 410 of FIG. 4. It should be noted that if the client is in the interfering area 410 of type B of FIG. 4, multiple clusters generate interference with the client, and all neighboring clusters perform precoding with IDCI simultaneously.

Способы эстафетной передачиHandover Methods

Далее мы описываем различные способы эстафетной передачи для клиентов, движущихся через кластеры DIDO, заполненные распределенными антеннами, расположенными в отдельных областях или предоставляющими различные виды обслуживания (т.е. низко- или высокомобильные службы).Next, we describe various handoff methods for clients moving through DIDO clusters filled with distributed antennas located in separate areas or providing various types of services (i.e. low or high mobility services).

а. Эстафетная передача между смежными кластерамиbut. Handoff between adjacent clusters

DIDO В одном варианте осуществления предварительный кодер IDCI для удаления межкластерной помехи, описанной выше, применяют в качестве исходной точки для способов эстафетной передачи в системах DIDO. Стандартная эстафетная передача в системах сотовой связи придумана для незаметного переключения клиентов между ячейками, обслуживаемыми различными базовыми станциями. В системах, DIDO эстафетная передача позволяет клиентам перемещаться из одного кластера в другой без потери соединения.DIDO In one embodiment, the IDCI precoder for removing intercluster interference described above is used as a starting point for handoff methods in DIDO systems. The standard handoff in cellular systems is designed to seamlessly switch clients between cells served by various base stations. In systems, DIDO handoff allows clients to move from one cluster to another without losing a connection.

Для иллюстрации одного варианта осуществления стратегии эстафетной передачи для систем DIDO мы снова рассмотрим пример на фиг. 8, только с двумя кластерами 802 и 803. По мере того как клиент 801 перемещается от основного кластера (С1) 802 к соседнему кластеру (С2) 803, в одном варианте осуществления способа эстафетной передачи динамически вычисляется качество сигнала в различных кластерах и выбирается кластер, приводящий к самому низкому показателю частоты ошибок для клиента.To illustrate one embodiment of a handoff strategy for DIDO systems, we again look at the example in FIG. 8 with only two clusters 802 and 803. As the client 801 moves from the main cluster (C1) 802 to the neighboring cluster (C2) 803, in one embodiment of the handoff method, the signal quality in different clusters is dynamically calculated and a cluster is selected, leading to the lowest error rate for the client.

На фиг. 12 представлено изменение SINR в зависимости от расстояния между клиентом и центром кластеров С1. Для модуляции 4-QAM без кодирования FEC мы принимаем целевое значение SINR=20 дБ. Линия, показанная окружностями, представляет SINR для целевого клиента, обслуживаемого антеннами DIDO в С1, когда и С1, и С2 используют предварительное кодирование DIDO без подавления помехи. Значение SINR уменьшается в зависимости от D из-за потерь на пути прохождения сигнала и помехи от соседнего кластера. Когда предварительное кодирование с IDCI реализовано в соседнем кластере, снижение SINR происходит только из-за потерь на пути прохождения сигнала (как показано линией с треугольниками), так как помеха полностью удалена. Симметричное поведение имеет место, когда клиента обслуживает соседний кластер. Один вариант осуществления стратегии эстафетной передачи определяют таким образом, что по мере перемещения клиента из С1 в С2 алгоритм осуществляет переключение между различными схемами DIDO для поддержания значения SINR выше заданного целевого значения.In FIG. 12 shows the change in SINR depending on the distance between the client and the center of the C1 clusters. For 4-QAM modulation without FEC coding, we take the target value SINR = 20 dB. The line shown by the circles represents the SINR for the target client served by the DIDO antennas in C1 when both C1 and C2 use DIDO precoding without interference cancellation. The SINR value decreases as a function of D due to losses in the signal path and interference from a neighboring cluster. When precoding with IDCI is implemented in the neighboring cluster, the SINR reduction occurs only due to losses in the signal path (as shown by the line with triangles), since the interference is completely removed. Symmetric behavior occurs when a client is served by a neighboring cluster. One embodiment of a handoff strategy is determined such that as the client moves from C1 to C2, the algorithm switches between different DIDO schemes to maintain the SINR value above a predetermined target value.

Из графиков на фиг. 12 мы получаем значение SER для модуляции 4-QAM на фиг. 13. Следует заметить, что переключение между различными стратегиями предварительного кодирования поддерживает значение SER в пределах заданного целевого значения.From the graphs in FIG. 12, we obtain the SER value for 4-QAM modulation in FIG. 13. It should be noted that switching between different precoding strategies maintains the SER value within the specified target value.

Один вариант осуществления стратегии эстафетной передачи описан ниже.One embodiment of a handoff strategy is described below.

- Предварительное кодирование с С1-DIDO и C2-DIDO. Когда клиент находится в пределах С1 вдали от создающей помехи зоны, оба кластера, С1 и С2, работают со стандартным предварительным кодированием DIDO независимо.- Pre-coding with C1-DIDO and C2-DIDO. When the client is within C1, away from the interfering zone, both clusters, C1 and C2, work with standard DIDO precoding independently.

- Предварительное кодирование с С1-DIDO и C2-IDCI. По мере движения клиента в направлении создающей помехи зоны значения SIR или SINR ухудшаются. Когда достигается целевое значение SINRT1, целевой клиент начинает оценивать канал от всех антенн DIDO в С2 и предоставляет CSI на BTS в С2. BTS в С2 вычисляет предварительное кодирование с IDCI и осуществляет передачу всем клиентам в С2, в то же время предотвращая помеху целевому клиенту. Пока целевой клиент находится в создающей помехи зоне, он будет продолжать предоставлять свою CSI и для С1, и для С2.- Pre-coding with C1-DIDO and C2-IDCI. As the client moves in the direction of the interfering zone, the SIR or SINR values deteriorate. When the target SINR T1 is reached, the target client begins to estimate the channel from all DIDO antennas in C2 and provides CSI on the BTS in C2. The BTS in C2 calculates precoding with IDCI and transmits to all clients in C2, while preventing interference with the target client. While the target client is in the interfering area, it will continue to provide its CSI for both C1 and C2.

- Предварительное кодирование с С1-IDCI и C2-DIDO. По мере движения клиента в направлении С2 его значение SIR или SINR продолжает падать, пока снова не достигнет целевого значения. В этот момент клиент решает переключиться на соседний кластер. В этом случае С1 начинает использовать CSI от целевого клиента для создания нулевой помехи в его направлении с помощью предварительного кодирования с IDCI, тогда как соседний кластер использует CSI для стандартного предварительного кодирования DIDO. В одном варианте осуществления, по мере того как оценка SIR приближается к целевому значению, кластеры С1 и С2 альтернативно пробуют схемы предварительного кодирования как DIDO, так и с IDCI, чтобы позволить клиенту оценить SIR для обоих случаев. Затем клиент выбирает лучшую схему для максимизации определенного показателя частоты ошибок. Когда применяют этот способ, точка перехода для стратегии эстафетной передачи приходится на пересечение кривых с треугольниками и ромбами на фиг. 12. Один вариант осуществления выполнен с возможностью использовать модифицированный способ предварительного кодирования с IDCI, описанный в (6), в котором соседний кластер также передает поток предварительно кодированных данных целевому клиенту для обеспечения выигрыша за счет решетки. При таком подходе стратегия эстафетной передачи упрощается, так как клиенту не требуется оценивать SINR для обеих стратегий в точке перехода.- Pre-coding with C1-IDCI and C2-DIDO. As the client moves in direction C2, its SIR or SINR value continues to fall until it again reaches the target value. At this point, the client decides to switch to a neighboring cluster. In this case, C1 starts using CSI from the target client to create zero interference in its direction using precoding with IDCI, while the neighboring cluster uses CSI for standard DIDO precoding. In one embodiment, as the SIR estimate approaches the target value, clusters C1 and C2 alternatively try both DIDO and IDCI precoding schemes to allow the client to evaluate the SIR for both cases. The client then selects the best scheme to maximize a specific indicator of the error rate. When this method is applied, the transition point for the handover strategy is at the intersection of the curves with triangles and rhombuses in FIG. 12. One embodiment is configured to use the modified IDCI precoding method described in (6), in which a neighboring cluster also transmits a stream of precoded data to the target client to provide gains due to the grating. With this approach, the handoff strategy is simplified since the client does not need to evaluate the SINR for both strategies at the transition point.

- Предварительное кодирование с С1-DIDO и C2-DIDO. По мере движения клиента из создающей помехи зоны в направлении С2 основной кластер С1 прекращает предварительное подавление помехи в направлении этого целевого клиента посредством предварительного кодирования с IDCI и переключается обратно на стандартное предварительное кодирование DIDO для всех клиентов, остающихся в С1. Эта заключительная точка перехода в нашей стратегии эстафетной передачи подходит для избежания ненужной обратной связи CSI от целевого клиента к С1, что уменьшает непроизводительные затраты в канале обратной связи. В одном варианте осуществления определяют второе целевое значение SINRT2. Когда значение SINR (или SIR) превышает это целевое значение, стратегия переключается на C1-DIDO и C2-DIDO. В одном варианте осуществления кластер С1 продолжает переключаться между предварительным кодированием DIDO и с IDCI, чтобы позволить клиенту оценить SINR. Затем клиент выбирает способ для С1, наиболее приближенный к целевому значению SINRT1, указанному выше.- Pre-coding with C1-DIDO and C2-DIDO. As the client moves from the interfering zone in the direction of C2, the main cluster C1 stops pre-suppressing the interference in the direction of this target client through precoding with IDCI and switches back to the standard DIDO precoding for all clients remaining in C1. This final transition point in our handover strategy is suitable to avoid unnecessary CSI feedback from the target client to C1, which reduces overhead on the feedback channel. In one embodiment, a second target SINR T2 value is determined. When the SINR (or SIR) value exceeds this target value, the strategy switches to C1-DIDO and C2-DIDO. In one embodiment, cluster C1 continues to switch between DIDO precoding and IDCI to allow the client to evaluate SINR. The client then selects the method for C1 that is closest to the target SINR T1 value indicated above.

Способ, описанный выше, вычисляет оценки SINR или SIR для различных схем в режиме реального времени и применяет их для выбора оптимальной схемы. В одном варианте осуществления алгоритм эстафетной передачи разработан на основе конечного автомата, представленного на фиг. 14. Клиент отслеживает свое текущее состояние и переключается в следующее состояние, когда значение SINR или SIR проходит ниже или выше заданных пороговых значений, представленных на фиг. 12. Как обсуждалось выше, в состоянии 1201 оба кластера С1 и С2 независимо работают со стандартным предварительным кодированием DIDO, и клиента обслуживает кластер С1; в состоянии 1202 клиента обслуживает кластер C1, BTS в С2 вычисляет предварительное кодирование с IDCI, и кластер С1 работает, используя стандартное предварительное кодирование DIDO; в состоянии 1203 клиента обслуживает кластер С2, BTS в С1 вычисляет предварительное кодирование с IDCI, и кластер С2 работает, используя стандартное предварительное кодирование DIDO; и в состоянии 1204 клиента обслуживает кластер С2, и оба кластера, С1 и С2, независимо работают со стандартным предварительным кодированием DIDO.The method described above calculates the SINR or SIR estimates for the various schemes in real time and uses them to select the optimal scheme. In one embodiment, the handoff algorithm is developed based on the state machine shown in FIG. 14. The client monitors its current state and switches to the next state when the SINR or SIR value passes below or above the predetermined threshold values shown in FIG. 12. As discussed above, in state 1201, both clusters C1 and C2 independently operate with standard DIDO precoding, and client C1 is served by cluster C1; in client state 1202, serves cluster C1, the BTS in C2 calculates precoding with IDCI, and cluster C1 operates using standard DIDO precoding; in client state 1203, it serves cluster C2, the BTS in C1 calculates precoding with IDCI, and cluster C2 operates using standard DIDO precoding; and in client state 1204, it serves cluster C2, and both clusters, C1 and C2, independently operate with standard DIDO precoding.

При наличии эффектов затенения качество сигнала или SIR может колебаться вокруг порогов, как показано на фиг. 15, вызывая повторяющееся переключение между последовательными состояниями, представленными на фиг. 14. Повторяющееся изменение состояний представляет собой нежелательный эффект, так как оно приводит к значительным непроизводительным затратам по каналам управления между клиентами и BTS, чтобы позволить переключение между схемами передачи. На фиг. 15 представлен пример стратегии эстафетной передачи при наличии затенения. В одном варианте осуществления коэффициент затенения моделируют согласно нормальному логарифмическому распределению с дисперсией 3 [3]. Далее мы определяем некоторые способы предотвращения эффекта повторяющегося переключения во время эстафетной передачи DIDO.In the presence of shading effects, the signal quality or SIR may fluctuate around thresholds, as shown in FIG. 15, causing repeated switching between successive states shown in FIG. 14. A repeated change of state is an undesirable effect, as it leads to significant overhead on the control channels between the clients and the BTS to allow switching between transmission schemes. In FIG. 15 shows an example of a handoff strategy in the presence of shading. In one embodiment, the shading factor is modeled according to the normal logarithmic distribution with dispersion 3 [3]. Next, we identify some ways to prevent the effect of repeated switching during DIDO handoff.

Один вариант осуществления изобретения выполнен с возможностью использовать петлю гистерезиса для борьбы с эффектами переключения состояния. Например, при переключении между состояниями «C1-DIDO, С2-IDCI» 9302 и «С1-IDCI, K2-DIDO» 9303 на фиг. 14 (или наоборот) пороговое значение SINRT1 можно регулировать в пределах диапазона А1. Этот способ позволяет избежать повторных переключений между состояниями, когда качество сигнала колеблется вокруг SINRT1. Например, на фиг. 16 представлен механизм петли гистерезиса при переключении между любыми двумя состояниями, представленными на фиг. 14. Для переключения из состояния B в состояние А значение SIR должно превышать (SIRT1+A1/2), но для переключения обратно из состояния А в состояние В значение SIR должно упасть ниже (SIRT1-A1/2).One embodiment of the invention is configured to use a hysteresis loop to combat state switching effects. For example, when switching between the states “C1-DIDO, C2-IDCI” 9302 and “C1-IDCI, K2-DIDO” 9303 in FIG. 14 (or vice versa) the threshold value of SINR T1 can be adjusted within the range of A 1 . This method avoids repeated switching between states when signal quality fluctuates around SINR T1 . For example, in FIG. 16 shows the hysteresis loop mechanism when switching between any two states shown in FIG. 14. To switch from state B to state A, the SIR value must exceed (SIR T1 + A 1/2 ), but to switch back from state A to state B, the SIR value must fall below (SIR T1 -A 1/2 ).

В другом варианте осуществления пороговое значение SINRT2 регулируют во избежание повторяющегося переключения между первым и вторым (или третьим и четвертым) состояниями конечного автомата, представленного на фиг. 14. Например, диапазон значений А2 можно определить так, что пороговое значение SINRT2 выбирают в пределах этого диапазона в зависимости от режима канала и эффектов затенения.In another embodiment, the threshold SINR T2 is adjusted to avoid repeated switching between the first and second (or third and fourth) states of the state machine shown in FIG. 14. For example, the range of A 2 values can be determined such that the threshold value SINR T2 is selected within this range depending on the channel mode and the shading effects.

В одном варианте осуществления в зависимости от изменений затенения, ожидаемых в беспроводной линии связи, порог SINR динамически корректируется в пределах диапазона [SINRT2, SINRT2+A2]. Дисперсию логарифмически нормального распределения можно оценить по дисперсии мощности принятого сигнала (или RSSI), по мере того как клиент перемещается из своего текущего кластера в соседний кластер.In one embodiment, depending on shading changes expected on the wireless link, the SINR threshold is dynamically adjusted within the range of [SINR T2 , SINR T2 + A 2 ]. The variance of the log-normal distribution can be estimated by the variance of the received signal power (or RSSI) as the client moves from its current cluster to a neighboring cluster.

Описанные выше способы предполагают, что клиент запустил стратегию эстафетной передачи. В одном варианте осуществления решение об эстафетной передаче перекладывают на станции BTS DIDO в предположении, что связь через многочисленные BTS разрешена.The methods described above assume that the client has launched a handoff strategy. In one embodiment, the handoff decision is forwarded to DIDO BTSs under the assumption that communication through multiple BTSs is allowed.

Для упрощения приведенные выше способы получают без учета кодирования FEC и 4-QAM. В более общем смысле, пороговые значения SINR или SIR получают для различных схем кодирования модуляции (MCS), и стратегию эстафетной передачи разрабатывают в сочетании с адаптацией линии связи (см., например, патент US 7,636,381) для оптимизации скорости передачи данных по нисходящей линии связи каждому клиенту в создающей помехи зоне.To simplify the above methods are obtained without taking into account the encoding of FEC and 4-QAM. More generally, SINR or SIR thresholds are obtained for various modulation coding schemes (MCS), and a handover strategy is being developed in conjunction with link adaptation (see, for example, US Pat. No. 7,636,381) to optimize downlink data rate to each client in the interfering area.

b. Эстафетная передача между сетями DIDO с низким и высоким эффектом Доплераb. Handoff between DIDO low and high Doppler networks

Системы DIDO выполнены с возможностью использовать схемы передачи с обратной связью для предварительного кодирования потоков данных по нисходящему каналу. Схемам с обратной связью свойственно ограничение, связанное с задержкой в канале обратной связи. В реальных системах DIDO время вычислений можно уменьшить с помощью приемопередатчиков с большой вычислительной мощностью и ожидать, что большая часть задержки вводится за счет BSN DIDO при доставке CSI и предварительно кодированных данных основной полосы от BTS к распределенным антеннам. BSN может содержать различные сетевые технологии, включая без ограничений цифровые абонентские линии (DSL), кабельные модемы, оптоволоконные кольца, линии Т1, гибридные волоконные коаксиальные (HFC) сети и/или фиксированные беспроводные сети (например, WiFi). Выделенные оптоволоконные линии, как правило, имеют очень большую пропускную способность и низкую задержку, потенциально меньше одной миллисекунды в локальной области, но они менее распространены, чем DSL и кабельные модемы. На сегодня DSL и подключения с помощью кабельного модема, как правило, имеют задержку в диапазоне 10-25 мс на «последней миле» в Соединенных Штатах, но они очень широко распространены.DIDO systems are configured to utilize feedback transmission schemes for precoding downlink data streams. Feedback circuits have a limitation associated with the delay in the feedback channel. In real DIDO systems, the computation time can be reduced with high-power transceivers and it is expected that most of the delay is introduced by the BSN DIDO when delivering CSI and precoded baseband data from the BTS to the distributed antennas. The BSN may contain various network technologies, including without limitation digital subscriber lines (DSL), cable modems, fiber optic rings, T1 lines, hybrid fiber coaxial (HFC) networks and / or fixed wireless networks (e.g. WiFi). Dedicated fiber lines typically have very high bandwidth and low latency, potentially less than one millisecond in the local area, but they are less common than DSL and cable modems. Today DSL and cable modem connections typically have a delay of 10-25 ms at the “last mile” in the United States, but they are very widespread.

Максимальная задержка в BSN определяет максимальную доплеровскую частоту, допустимую на беспроводной линии связи DIDO без ухудшения характеристик предварительного кодирования DIDO. Например, в [1] мы показали, что на несущей частоте 400 МГц сети с задержкой приблизительно 10 мс (т.е. DSL) могут допустить скорость клиентов до 3,58 м/с (8 миль в час) (скорость при беге), тогда как сети с задержкой 1 мс (т.е. оптоволоконное кольцо) могут поддерживать скорость до 31,3 м/с (70 миль в час) (т.е. трафик автострады).The maximum delay in the BSN determines the maximum Doppler frequency allowed on the DIDO wireless link without degrading the DIDO precoding performance. For example, in [1], we showed that at a carrier frequency of 400 MHz, networks with a delay of approximately 10 ms (ie, DSL) can allow client speeds of up to 3.58 m / s (8 mph) (running speed) while networks with a 1 ms delay (i.e., fiber optic ring) can support speeds of up to 31.3 m / s (70 mph) (i.e. freeway traffic).

Мы определяем две или множество подсетей DIDO в зависимости от максимальной доплеровской частоты, допустимой в BSN. Например, BSN с соединениями DSL с высокой задержкой между BTS DIDO и распределенными антеннами могут обеспечивать только низкомобильные услуги или услуги неподвижной беспроводной связи (т.е. низкодоплеровскую сеть), тогда как BSN с низкой задержкой по оптоволоконному кольцу с низкой задержкой могут обеспечивать высокомобильные услуги (т.е. высокодоплеровскую сеть). Мы видим, что большинство пользователей широкополосной связи не перемещаются, когда используют широкополосную связь, и, более того, большинство из них вряд ли будет расположено около областей с множеством объектов, движущихся на высокой скорости (например, рядом со скоростной магистралью), так как такие места обычно менее желательны для проживания или работы офиса. Однако существуют пользователи широкополосной связи, применяющие широкополосную связь на высоких скоростях (например, когда автомобиль едет по скоростной магистрали) или находящиеся вблизи высокоскоростных объектов (например, на складе, расположенном около скоростной магистрали). Для решения ситуации этих двух различающихся сценариев эффекта Доплера для пользователей в одном варианте осуществления низкодоплеровская сеть DIDO обычно состоит из большего числа антенн DIDO с относительно низкой мощностью (т.е. 1-100 Вт для установки внутри помещения или на крыше), расположенных на большой площади, тогда как высокодоплеровская сеть, как правило, состоит из меньшего количества антенн DIDO с передачей высокой мощности (т.е. 100 Вт для установки на крыше или башне). Низкодоплеровская сеть DIDO, как правило, обслуживает большое количество низкодоплеровских пользователей и может делать это, как правило, по более низкой стоимости связи, используя недорогие широкополосные соединения с высокой задержкой, такие как DSL и кабельные модемы. Высокодоплеровская сеть DIDO обслуживает, как правило, меньшее количество высокодоплеровских пользователей и может делать это, как правило, по более высокой стоимости связи, используя более дорогие широкополосные соединения с низкой задержкой, например, оптоволокно.We define two or many DIDO subnets based on the maximum Doppler frequency allowed in the BSN. For example, BSNs with high latency DSL connections between DIDO BTSs and distributed antennas can only provide low mobility services or fixed wireless services (i.e., low Doppler network), while low latency BSNs on a low latency fiber optic ring can provide highly mobile services (i.e., high Doppler network). We see that most broadband users do not move when using broadband, and, moreover, most of them are unlikely to be located near areas with many objects moving at high speed (for example, near a high-speed highway), since such places are usually less desirable for living or working in an office. However, there are broadband users who use broadband at high speeds (for example, when the car is traveling on the highway) or located near high-speed objects (for example, in a warehouse located near the highway). To solve the situation of these two different scenarios of the Doppler effect for users in one embodiment, the low-Doppler DIDO network usually consists of a larger number of DIDO antennas with relatively low power (i.e., 1-100 W for indoor or on-roof installation) area, while a high-Doppler network typically consists of fewer DIDO antennas with high power transmission (i.e. 100 watts for installation on a roof or tower). A low-Doppler DIDO network typically serves a large number of low-Doppler users and can do this, usually at a lower cost, using low-cost, high-latency, high latency connections such as DSL and cable modems. A high-Doppler DIDO network typically serves a smaller number of high-Doppler users and can do this, as a rule, at a higher communication cost, using more expensive low-latency broadband connections such as fiber.

Во избежание помех среди различных типов сетей DIDO (например, низкодоплеровской или высокодоплеровской) можно применять различные технологии множественного доступа, такие как множественный доступ с временным разделением (TDMA), множественный доступ с частотным разделением (FDMA) или множественный доступ с кодовым разделением (CDMA).In order to avoid interference among various types of DIDO networks (e.g., Low Doppler or High Doppler), various multiple access technologies such as time division multiple access (TDMA), frequency division multiple access (FDMA), or code division multiple access (CDMA) can be applied .

Далее мы предлагаем способы назначения клиентов различным типам сетей DIDO и разрешения эстафетной передачи между ними. Выбор сети основан на типе мобильности каждого клиента. Скорость клиента (ν) пропорциональна максимальному доплеровскому смещению согласно следующему уравнению [6]:Further, we offer ways to assign clients to various types of DIDO networks and enable handoff between them. The choice of network is based on the type of mobility of each client. Client speed (ν) is proportional to the maximum Doppler shift according to the following equation [6]:

Figure 00000014
Figure 00000014

где fd - максимальное доплеровское смещение, λ - длина волны, соответствующая несущей частоте, а θ - угол между вектором, указывающим направление клиент-передатчик, и вектором скорости.where f d is the maximum Doppler shift, λ is the wavelength corresponding to the carrier frequency, and θ is the angle between the vector indicating the direction of the client-transmitter and the velocity vector.

В одном варианте осуществления доплеровское смещение каждого клиента вычисляют посредством способов слепой оценки. Например, доплеровское смещение можно оценить, посылая РЧ энергию клиенту и анализируя отраженный сигнал, аналогично доплеровским радиолокационным системам.In one embodiment, the Doppler bias of each client is calculated by blind estimation methods. For example, Doppler shift can be estimated by sending RF energy to the client and analyzing the reflected signal, similar to Doppler radar systems.

В другом варианте осуществления одна или множество антенн DIDO посылают клиенту обучающие сигналы. На основе этих обучающих сигналов клиент оценивает доплеровское смещение, используя такие технологии, как подсчет пересечений нулевого уровня усиления канала или выполнение спектрального анализа. Следует заметить, что для фиксированных скорости ν и траектории клиента угловая скорость υ sin θ в (11) может зависеть от относительного расстояния клиента до каждой антенны DIDO. Например, антенны DIDO вблизи движущегося клиента приводят к большим угловой скорости и доплеровскому сдвигу, чем удаленные антенны. В одном варианте осуществления доплеровскую скорость оценивают по множеству антенн DIDO на различных расстояниях от клиента, а среднее значение, взвешенное среднее значение или стандартное отклонение применяют в качестве индикатора мобильности клиента. На основе оцененного доплеровского индикатора BTS DIDO решает, назначить ли клиента низко доплеровской или высокодоплеровской сети.In another embodiment, one or multiple DIDO antennas send training signals to the client. Based on these training signals, the client estimates the Doppler shift using techniques such as counting the intersections of the channel gain level zero or performing spectral analysis. It should be noted that for a fixed velocity ν and a client trajectory, the angular velocity υ sin θ in (11) may depend on the relative distance of the client to each DIDO antenna. For example, DIDO antennas near a moving client result in greater angular velocity and Doppler shift than remote antennas. In one embodiment, the Doppler speed is estimated from a plurality of DIDO antennas at various distances from the client, and the average value, weighted average value or standard deviation is used as an indicator of client mobility. Based on the evaluated Doppler indicator, BTS DIDO decides whether to assign a client a low Doppler or high Doppler network.

Доплеровский индикатор периодически контролируется для всех клиентов, и его данные отсылаются обратно к BTS. Когда один или множество клиентов изменяют свою доплеровскую скорость (т.е. клиент, едущий в автобусе, или клиент, идущий пешком или стоящий на месте), этих клиентов динамически переназначают другой сети DIDO, способной поддержать их уровень мобильности.The Doppler indicator is periodically monitored for all clients, and its data is sent back to the BTS. When one or many clients change their Doppler speed (i.e., a client traveling on a bus, or a client walking or standing still), these clients are dynamically reassigned to another DIDO network that can support their level of mobility.

Хотя на доплеровское смещение для низкоскоростных клиентов могут влиять находящиеся поблизости высокоскоростные объекты (например, вблизи скоростной магистрали), доплеровское смещение, как правило, гораздо меньше, чем доплеровское смещение у клиентов, находящихся в самостоятельном движении. В связи с этим, в одном варианте осуществления оценивают скорость клиента (например, используя такие средства, как контроль положения клиента при помощи GPS), и, если скорость низкая, клиента назначают низкодоплеровской сети, а если скорость высокая, клиента назначают высокодоплеровской сети.Although the Doppler shift for low-speed clients can be affected by nearby high-speed objects (for example, close to the highway), the Doppler shift is usually much smaller than the Doppler shift of clients who are in independent movement. In this regard, in one embodiment, the client’s speed is estimated (for example, using tools such as monitoring the client’s position using GPS), and if the speed is low, the client is assigned a low Doppler network, and if the speed is high, the client is assigned a high Doppler network.

Способы управления мощностью и группирования антеннMethods for power control and antenna grouping

Блок-схема систем DIDO с управлением мощностью представлена на фиг. 17. Один или множество потоков (sk) данных для каждого клиента (1, …, U) сначала умножают на веса, генерируемые блоком предварительного кодирования DIDO. Предварительно кодированные потоки данных умножают на масштабный коэффициент мощности, вычисленный блоком управления мощностью на основе входной информации о качестве канала (CQI). CQI либо возвращается от клиентов к BTS DIDO, либо извлекается из восходящего канала, допускающего обратимость восходящего-нисходящего канала. Наконец, потоки tm посылают на блок цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), радиочастотный (РЧ) блок, блок усилителя мощности (РА) и, наконец, к антеннам.A block diagram of a power control DIDO system is shown in FIG. 17. One or many data streams (s k ) for each client (1, ..., U) are first multiplied by the weights generated by the DIDO precoding unit. The precoded data streams are multiplied by a scaled power factor calculated by the power control unit based on the input channel quality information (CQI). CQI is either returned from clients to the BTS DIDO, or retrieved from the uplink, allowing uplink-downlink reversibility. Finally, the streams t m are sent to a digital-to-analog converter (DAC) block, a radio frequency (RF) block, a power amplifier (PA) block, and finally to the antennas.

Блок управления мощностью измеряет CQI для всех клиентов. В одном варианте осуществления CQI представляет собой среднее значение SNR или RSSI. CQI изменяется для различных клиентов в зависимости от потерь на пути прохождения сигнала или затенения. Наш способ управления мощностью регулирует масштабные коэффициенты мощности Pk передачи для различных клиентов и умножает их на предварительно кодированные потоки данных, сгенерированные для различных клиентов. Следует заметить, что один или множество потоков данных можно сгенерировать для каждого клиента в зависимости от количества приемных антенн клиентов.The power control unit measures CQI for all customers. In one embodiment, the CQI is an average SNR or RSSI. CQI varies for different clients depending on the path loss or shadowing. Our power control method adjusts the scaled transmission power factors P k for various clients and multiplies them by the pre-encoded data streams generated for various clients. It should be noted that one or many data streams can be generated for each client depending on the number of receiving antennas of the clients.

Для оценки характеристик предложенного способа мы определили следующую модель сигнала, основанную на выражении (5), включающую потери на пути прохождения сигнала и параметры управления мощностью:To evaluate the characteristics of the proposed method, we determined the following signal model based on expression (5), including losses on the signal path and power control parameters:

Figure 00000015
Figure 00000015

где k=1, …, U, U - количество клиентов, SNR=Po/No, где Po - средняя мощность передачи, No - мощность шума и αk - коэффициент потерь при прохождении сигнала/затенении. Для моделирования потерь при прохождении сигнала/затенении мы используем следующую упрощенную модель:where k = 1, ..., U, U is the number of clients, SNR = P o / N o , where P o is the average transmit power, N o is the noise power and α k is the loss coefficient during signal transmission / shadowing. To model signal loss / shadowing, we use the following simplified model:

Figure 00000016
Figure 00000016

где а=4 - экспонента потерь при прохождении сигнала, и мы полагаем, что потери при прохождении сигнала растут с увеличением индекса клиента (т.е. клиенты располагаются на увеличивающемся расстоянии от антенн DIDO).where a = 4 is the exponent of losses during the passage of the signal, and we believe that the losses during the passage of the signal increase with an increase in the client index (i.e., clients are located at an increasing distance from DIDO antennas).

На фиг. 18 представлены значения SER в зависимости от SNR, предполагая наличие четырех передающих антенн DIDO и четырех клиентов в различных сценариях. Идеальный случай предполагает, что все клиенты имеют одни и те же потери на пути прохождения сигнала (т.е. а=0), что приводит к Pk=1 для всех клиентов. График с квадратами относится к случаю, когда клиенты имеют различные коэффициенты потери на пути прохождения сигнала и отсутствует управление мощностью. Кривая с точками получается из того же сценария (с потерями на пути прохождения сигнала), в котором коэффициенты управления мощностью выбирают так, что Pk=1/αk. При применении способа управления мощностью большую мощность назначают потокам данных, предназначенным клиентам, испытывающим более высокие потери при прохождении сигнала/затенении, что приводит к усилению значения SNR на 9 дБ (для этого конкретного сценария) по сравнению со случаем без управления мощностью.In FIG. Figure 18 shows the SER values as a function of SNR, assuming four DIDO transmit antennas and four clients in different scenarios. The ideal case assumes that all clients have the same losses along the signal path (i.e., a = 0), which leads to Pk = 1 for all clients. The square graph refers to the case when clients have different loss factors along the signal path and there is no power control. The curve with points is obtained from the same scenario (with losses on the signal path), in which the power control coefficients are chosen so that P k = 1 / α k . When applying the power control method, more power is assigned to data streams intended for clients experiencing higher signal loss / shadowing, which leads to an increase in SNR by 9 dB (for this specific scenario) compared to the case without power control.

Федеральная комиссия по связи США (FCC) (и другие международные регулирующие органы) определяет ограничения на максимальную мощность, передаваемую от беспроводных устройств, для ограничения воздействия электромагнитного (ЭМ) излучения на человеческий организм. Существуют два типа предельных значений [2]: i) «профессиональное/управляемое» предельное значение, когда люди полностью осведомлены об источнике радиочастотного (РЧ) излучения посредством ограждений, предупреждений или объявлений; ii) предельное значение для «обычного населения/неуправляемое», когда нет никакого управления воздействием.The United States Federal Communications Commission (FCC) (and other international regulatory agencies) sets limits on the maximum power transmitted from wireless devices to limit the effects of electromagnetic (EM) radiation on the human body. There are two types of limit values [2]: i) “professional / controllable” limit value, when people are fully aware of the source of radio frequency (RF) radiation through fences, warnings or announcements; ii) the marginal value for “general population / uncontrollable” when there is no impact management.

Для различных типов беспроводных устройств определены различные уровни излучения. В целом распределенные антенны DIDO, применяемые внутри/вне помещений, квалифицируют по категории FCC как «мобильные» устройства, определяемые согласно [2] как «передающие устройства, выполненные с возможностью применения в местах, отличных от неподвижных местоположений, которые обычно используют с излучающими структурами, удерживаемыми на расстоянии 20 см или больше от тела пользователя или находящихся поблизости людей».Different types of wireless devices have different radiation levels. In general, DIDO distributed antennas used indoors / outdoors qualify under the FCC category as “mobile” devices, defined according to [2] as “transmitting devices designed to be used in places other than fixed locations, which are usually used with radiating structures held at a distance of 20 cm or more from the user's body or people nearby. "

ЭМ-излучение «мобильных» устройств измеряют с точки зрения предельно допустимой дозы (ПДД), выражаемой в мВт/см2. На фиг. 19 представлена плотность мощности ПДД в зависимости от расстояния от источника радиочастотного излучения для различных значений мощности передачи на несущей частоте 700 МГц. Максимально допустимая мощность, необходимая для удовлетворения «неуправляемого» предельного значения FCC для устройств, работающих, как правило, на расстоянии более 20 см от человеческого тела, составляет 1 Вт.EM radiation of “mobile” devices is measured from the point of view of the maximum permissible dose (SDA), expressed in mW / cm 2 . In FIG. 19 shows the power density of traffic rules depending on the distance from the source of radio frequency radiation for various values of transmit power at a carrier frequency of 700 MHz. The maximum allowable power required to meet the “uncontrolled” FCC limit value for devices operating, as a rule, at a distance of more than 20 cm from the human body, is 1 W.

Менее жесткие ограничения по излучаемой мощности определены для передатчиков, установленных на крышах или зданиях, вдали от «обычного населения». Для этих «передатчиков на крышах» FCC определяет менее жесткое предельное значение излучения в 1000 Вт, измеренное с точки зрения эффективной мощности излучения (ERP).Less stringent restrictions on radiated power are defined for transmitters installed on roofs or buildings, away from the "ordinary population". For these “rooftop transmitters,” the FCC defines a less stringent radiation limit of 1000 watts, measured in terms of effective radiation power (ERP).

На основе упомянутых выше ограничений FCC в одном варианте осуществления мы определяем два типа распределенных антенн DIDO для реальных систем.Based on the FCC limitations mentioned above, in one embodiment, we define two types of distributed DIDO antennas for real systems.

- Маломощные (LP) передатчики: расположенные в любом месте (т.е. внутри или вне помещения) на любой высоте, с максимальной мощностью передачи 1 Вт и возможностью соединения с широкополосной транспортной сетью связи потребительского класса со скоростью 5 Мбит/с (например, DSL, кабельный модем, Fibe То The Home (FTTH)).- Low-power (LP) transmitters: located anywhere (i.e. indoors or outdoors) at any height, with a maximum transmission power of 1 W and the ability to connect to a consumer-grade broadband transport network at a speed of 5 Mbps (for example, DSL, cable modem, Fibe To The Home (FTTH)).

- Высокомощные (НР) передатчики: антенны, монтируемые на крышах или на зданиях на высоте приблизительно 10 метров, с мощностью передачи 100 Вт и транспортной сетью связи широкополосного коммерческого класса (например, оптоволоконное кольцо) с эффективно «неограниченной» скоростью передачи данных по сравнению с пропускной способностью, доступной по беспроводным линиям связи DIDO.- High-power (NR) transmitters: antennas mounted on roofs or on buildings at an altitude of about 10 meters, with a transmit power of 100 W and a commercial broadband transport communication network (for example, a fiber optic ring) with effectively “unlimited” data transfer speed compared to bandwidth available on DIDO wireless links.

Следует заметить, что LP-передатчики с возможностью связи с DSL или кабельным модемом представляют собой хороших кандидатов на низкодоплеровские сети DIDO (как описано в предыдущем разделе), так как их клиенты, главным образом, неподвижны или обладают низкой мобильностью. HP-передатчики с возможностью соединения с коммерческой оптоволоконной линией связи могут допускать более высокую мобильность клиента и могут использоваться в высокодоплеровских сетях DIDO.It should be noted that LP transmitters with the ability to communicate with a DSL or cable modem are good candidates for low-Doppler DIDO networks (as described in the previous section), since their clients are mostly stationary or have low mobility. HP transmitters that can be connected to a commercial fiber optic link can allow higher client mobility and can be used in high-Doppler DIDO networks.

Для получения практических знаний о характеристиках систем DIDO с различными типами LP/HP-передатчиков мы рассматриваем реальный случай установки антенны DIDO в центре г. Пало-Альто, штат Калифорния. На фиг. 20а представлено случайное распределение NLP=100 маломощных распределенных антенн DIDO в г. Пало-Альто. На фиг. 20b 50 LP-антенн заменены NHP=50 высокомощными передатчиками.To gain practical knowledge of the characteristics of DIDO systems with various types of LP / HP transmitters, we consider a real case of installing a DIDO antenna in the center of Palo Alto, California. In FIG. 20a shows a random distribution of N LP = 100 low-power distributed DIDO antennas in Palo Alto. In FIG. 20b 50 LP antennas are replaced by N HP = 50 high-power transmitters.

Основываясь на распределениях антенн DIDO на фиг. 20а-b, мы получаем карты покрытия в г. Пало-Альто для систем, использующих технологию DIDO. На фиг. 21а и 21b представлены два распределения мощности, соответствующие конфигурациям, представленным на фиг. 20а и фиг. 20b соответственно. Распределение принимаемой мощности (выраженной в дБм) получают, принимая модель потерь на пути прохождения сигнала/затенения для городских сред, определенную стандартом 3GPP [3], на несущей частоте 700 МГц. Мы видим, что применение 50% HP-передатчиков приводит к лучшему покрытию выбранной области.Based on the distributions of the DIDO antennas in FIG. 20a-b, we get coverage maps in Palo Alto for systems using DIDO technology. In FIG. 21a and 21b show two power distributions corresponding to the configurations shown in FIG. 20a and FIG. 20b, respectively. The distribution of received power (expressed in dBm) is obtained by accepting the model of signal path / shadow path loss for urban environments, defined by the 3GPP standard [3], at a carrier frequency of 700 MHz. We see that using 50% HP transmitters leads to better coverage of the selected area.

На фиг. 22а-b представлено распределение скорости для двух сценариев, описанных выше. Пропускную способность (выраженную в Мбит/с) получают на основе пороговых значений мощности для различных схем кодирования модуляции, определенных в стандарте долгосрочного развития 3GPP (LTE) в [4, 5]. Общую доступную полосу пропускания устанавливают равной 10 МГц на несущей частоте 700 МГц. Рассматривают два различных плана выделения частот: i) спектр 5 МГц выделяют только LP-станциям; ii) 9 МГц выделяют HP-передатчикам, и 1 МГц выделяют LP-передатчикам. Следует заметить, что меньшую полосу пропускания обычно выделяют LP-станциям из-за их возможности подключения к транспортной сети связи с ограниченной пропускной способностью с DSL. На фиг. 22а-b показано, что при использовании 50% НР-передатчиков можно значительно увеличить распределение скоростей, повышая среднюю скорость передачи для каждого клиента с 2,4 Мбит/с на фиг. 22а до 38 Мбит/с на фиг. 22b.In FIG. 22a-b show the velocity distribution for the two scenarios described above. Bandwidth (expressed in Mbps) is obtained based on threshold power values for various modulation coding schemes defined in the 3GPP (LTE) long-term development standard in [4, 5]. The total available bandwidth is set to 10 MHz at a carrier frequency of 700 MHz. Two different frequency allocation plans are considered: i) the 5 MHz spectrum is allocated only to LP stations; ii) 9 MHz is allocated to HP transmitters, and 1 MHz is allocated to LP transmitters. It should be noted that a lower bandwidth is usually allocated to LP stations because of their ability to connect to a transport network with limited bandwidth with DSL. In FIG. 22a-b show that when using 50% HP transmitters, the speed distribution can be significantly increased by increasing the average transmission rate for each client from 2.4 Mbps in FIG. 22a to 38 Mbps in FIG. 22b.

Затем мы определили алгоритмы управления мощностью передачи LP-станций, так что более высокая мощность разрешена в любой момент времени, что увеличивает пропускную способность по нисходящему каналу систем DIDO, как показано на фиг. 22b. Мы видим, что предельные значения FCC по плотности мощности определяют на основе среднего значения во времени следующим образом [2]:Then we determined the transmit power control algorithms for the LP stations, so that higher power is enabled at any given time, which increases the downstream throughput of DIDO systems, as shown in FIG. 22b. We see that the FCC limit values for power density are determined on the basis of the average value over time as follows [2]:

Figure 00000017
Figure 00000017

где

Figure 00000018
- время усреднения ПДД, tn - период времени воздействия излучения с плотностью мощности Sn. Для «управляемого» воздействия время усреднения составляет 6 минут, тогда как для «неуправляемого» воздействия оно увеличивается до 30 минут. Затем любому источнику мощности разрешают вести передачу при больших уровнях мощности, чем предельные значения ПДД, пока средняя плотность мощности в (14) удовлетворяет предельному значению FCC для 30-минутного усреднения при «неуправляемом» воздействии.Where
Figure 00000018
- averaging time SDA, t n - the time period of exposure to radiation with a power density S n . For a “controlled” exposure, the averaging time is 6 minutes, while for an “uncontrolled" exposure it increases to 30 minutes. Then, any power source is allowed to transmit at higher power levels than the PDD limit values, while the average power density in (14) satisfies the FCC limit value for 30-minute averaging under "uncontrolled" exposure.

На основе этого анализа мы определяем адаптивные способы управления мощностью для увеличения текущей мощности передачи на каждую антенну, в то же время поддерживая среднюю мощность на каждую антенну DIDO ниже предельных значений ПДД. Мы рассматриваем системы DIDO с количеством передающих антенн большим, чем количество активных клиентов. Это обоснованное предположение при условии, что антенны DIDO можно разрабатывать как недорогие беспроводные устройства (подобные точкам доступа WiFi) и устанавливать в любых местах, где есть DSL, кабельный модем, оптоволокно или другая возможность подключения к Интернету.Based on this analysis, we determine adaptive power control methods to increase the current transmit power for each antenna, while at the same time maintaining the average power for each DIDO antenna below the traffic limits. We consider DIDO systems with more transmit antennas than active clients. This is a reasonable assumption, provided that DIDO antennas can be designed as inexpensive wireless devices (like WiFi access points) and installed wherever there is a DSL, cable modem, fiber optic, or other Internet connection.

Структура систем DIDO с адаптивным управлением мощностью для каждой антенны представлена на фиг. 23. Амплитуда цифрового сигнала, приходящего от мультиплексора 234, динамически регулируется с масштабными коэффициентами мощности S1, …, SM, прежде чем посылается на блоки 235 ЦАП. Коэффициенты масштабирования мощности вычисляет блок 232 управления мощностью, основываясь на CQI 233.The structure of DIDO systems with adaptive power control for each antenna is shown in FIG. 23. The amplitude of the digital signal coming from the multiplexer 234 is dynamically adjusted with scale power factors S 1 , ..., S M before being sent to the DAC units 235. Power scaling factors are calculated by the power control unit 232 based on the CQI 233.

Каждая группа содержит по меньшей мере столько антенн DIDO, сколько существует активных клиентов (K). В любое конкретное время только одна группа имеет N a >K активных антенн DIDO, ведущих передачу клиентам на большем уровне мощности (So), чем предельное значение ПДД

Figure 00000019
. В одном из способов выполняют итерации по всем группам антенн согласно политике планирования кругового обслуживания, представленной на фиг. 24. В другом варианте осуществления различные способы планирования (т.е. пропорционально-справедливое планирование [8]) используют для выбора кластера для оптимизации частоты ошибок или характеристики пропускной способности.Each group contains at least as many DIDO antennas as there are active clients (K). At any given time, only one group has N a > K active DIDO antennas transmitting to clients at a higher power level (S o ) than the traffic limit limit
Figure 00000019
. In one method, iterates over all antenna groups according to the round-robin scheduling policy of FIG. 24. In another embodiment, various scheduling methods (ie, proportional fair scheduling [8]) are used to select a cluster to optimize the error rate or throughput characteristics.

Учитывая планирование выделения мощности по принципу кругового обслуживания, из выражения (14) мы получаем среднюю мощность передачи для каждой антенны DIDO в виде:Given the planning of power allocation according to the principle of circular service, from expression (14) we obtain the average transmit power for each DIDO antenna in the form:

Figure 00000020
Figure 00000020

где t0 - промежуток времени, в течение которого группа антенн активна, и ТПДД=30 мин - среднее время, определенное руководствами FCC [2]. Отношение в выражении (15) представляет собой коэффициент использования (DF) групп, определенный так, что средняя мощность передачи от каждой антенны DIDO удовлетворяет предельному значению ПДД

Figure 00000019
. Коэффициент использования зависит от количества активных клиентов, количества групп и активных антенн на группу в соответствии со следующим определением:where t 0 is the period of time during which the antenna group is active, and T SDA = 30 min is the average time defined by the FCC guidelines [2]. The ratio in expression (15) is the utilization factor (DF) of the groups, defined so that the average transmit power from each DIDO antenna satisfies the maximum traffic value
Figure 00000019
. The utilization rate depends on the number of active clients, the number of groups and active antennas per group in accordance with the following definition:

Figure 00000021
Figure 00000021

Усиление SNR (в дБ), полученное в системах DIDO с управлением мощностью и группировкой антенн, выражают как функцию коэффициента использования:The SNR gain (in dB) obtained in DIDO systems with power control and antenna grouping is expressed as a function of utilization:

Figure 00000022
Figure 00000022

Мы видим, что усиления в (17) достигают за счет дополнительной мощности передачи GdB через все антенны DIDO.We see that the amplifications in (17) are achieved due to the additional transmit power G dB through all DIDO antennas.

По существу, общая мощность передачи от всех N a из всех групп Ng определяется какEssentially, the total transmit power from all N a from all groups N g is defined as

Figure 00000023
Figure 00000023

где Pij представляет собой среднее значение мощности передачи на антенну, определяемое выражением:where P ij represents the average value of the transmit power to the antenna, defined by the expression:

Figure 00000024
Figure 00000024

и Sij(t) является спектральной плотностью мощности для i-ой передающей антенны в пределах j-ой группы. В одном варианте осуществления спектральная плотность мощности в (19) предназначена для оптимизации частоты ошибок или характеристики пропускной способности каждой антенны.and S ij (t) is the power spectral density for the i-th transmit antenna within the j-th group. In one embodiment, the power spectral density in (19) is intended to optimize the error rate or throughput characteristics of each antenna.

Для получения некоторого знания о характеристиках предложенного способа рассмотрим 400 распределенных антенн DIDO в конкретной зоне покрытия и 400 клиентов, подписавшихся на услугу беспроводного Интернета, предложенную через системы DIDO. Маловероятно, что каждое интернет-соединение будет полностью использоваться все время. Предположим, что 10% клиентов будут активно использовать соединение беспроводного Интернета в любой момент времени. Усиление SNR в результате такой схемы передачи составляет GdB=10log10 (1/DF)=10 дБ, обеспечиваемое дополнительной мощностью передачи 10 дБ от всех антенн DIDO. Мы видим, однако, что средняя мощность передачи на каждую антенну постоянна и находится в рамках предельного значения ПДД.To get some knowledge about the characteristics of the proposed method, consider 400 distributed DIDO antennas in a specific coverage area and 400 customers who have subscribed to the wireless Internet service offered through DIDO systems. It is unlikely that every Internet connection will be fully utilized all the time. Assume that 10% of customers will actively use a wireless Internet connection at any given time. The SNR gain as a result of such a transmission scheme is G dB = 10log 10 (1 / DF) = 10 dB, provided by an additional transmission power of 10 dB from all DIDO antennas. We see, however, that the average transmit power for each antenna is constant and is within the limit of the SDA.

На фиг. 25 представлено сравнение (некодированной) характеристики SER вышеупомянутого управления мощностью с группированием антенн и стандартного выбора собственной моды в патенте US 7,636,381. Все схемы применяют предварительное кодирование BD для четырех клиентов, каждый клиент снабжен одной антенной. SNR относится к соотношению мощности передачи на одну антенну к мощности шума (т.е. SNR передачи на одну антенну). Кривая, обозначенная как DIDO 4×4, предполагает использование четырех передающих антенн и предварительного кодирования BD. Кривая с квадратами обозначает характеристику SER с двумя дополнительными передающими антеннами и BD с выбором собственной моды, что приводит к усилению SNR на 10 дБ (при целевом значении SER 1%) по сравнению со стандартным предварительным кодированием BD. Управление мощностью с группированием антенн и DF=1/10 также приводит к усилению 10 дБ при том же целевом значении SER. Мы видим, что выбор собственной моды изменяет наклон кривой SER благодаря выигрышу при разнесении, тогда как наш способ управления мощностью смещает кривую SER влево (поддерживая тот же самый наклон) благодаря увеличенной средней мощности передачи. Для сравнения показано значение SER с большим коэффициентом использования DF=1/50, обеспечивающим дополнительное усиление на 7 дБ по сравнению с DF=1/10.In FIG. 25 is a comparison of the (non-encoded) SER characteristics of the aforementioned power control with antenna grouping and standard eigenmode selection in US 7,636,381. All schemes use BD precoding for four clients, each client is equipped with one antenna. SNR refers to the ratio of transmit power per antenna to noise power (i.e., SNR transmission per antenna). The curve, designated as DIDO 4 × 4, involves the use of four transmit antennas and precoding BD. The square curve indicates the SER characteristic with two additional transmit antennas and a BD with eigenmode selection, which results in a 10 dB SNR gain (at a target SER of 1%) compared to standard BD precoding. Power control with grouping of antennas and DF = 1/10 also leads to a gain of 10 dB at the same target value of SER. We see that the eigenmode selection changes the slope of the SER curve due to diversity gain, while our power control method shifts the SER curve to the left (maintaining the same slope) due to the increased average transmit power. For comparison, the SER value is shown with a high utilization coefficient DF = 1/50, which provides an additional gain of 7 dB compared to DF = 1/10.

Следует заметить, что наше управление мощностью может иметь меньшую сложность, чем стандартные способы выбора собственной моды. Фактически, идентификатор антенны в каждой группе можно предварительно вычислить и совместно использовать среди антенн DIDO и клиентов посредством таблиц поиска, так что в любое заданное время требуется только K оценок канала. Для выбора собственной моды вычисляют (K+2) оценок канала, и требуется дополнительная вычислительная обработка для выбора собственной моды, минимизирующей SER в любой момент времени для всех клиентов.It should be noted that our power control may have less complexity than standard methods of choosing our own mode. In fact, the antenna identifier in each group can be pre-computed and shared among DIDO antennas and clients through lookup tables, so that only K channel estimates are required at any given time. To select an eigenmode, (K + 2) channel estimates are calculated, and additional computational processing is required to select an eigenmode that minimizes SER at any time for all clients.

Затем мы описываем другой способ, содержащий группирование антенн DIDO для уменьшения непроизводительных затрат обратной связи CSI в некоторых специальных сценариях. На фиг. 26а представлен один сценарий, в котором клиенты (точки) рассеяны в произвольном порядке в одной области, покрытой множеством распределенных антенн DIDO (кресты). Среднюю мощность в каждой беспроводной линии связи передачи-приема можно вычислить как:We then describe another method comprising grouping DIDO antennas to reduce the overhead of CSI feedback in some specific scenarios. In FIG. 26a presents one scenario in which clients (points) are scattered randomly in one area covered by multiple distributed DIDO antennas (crosses). The average power in each wireless transmission-reception communication line can be calculated as:

Figure 00000025
Figure 00000025

где Н представляет собой матрицу оценки канала, доступную в BTS DIDO.where H is a channel estimation matrix available in BTS DIDO.

Матрицы А, представленные на фиг. 26а-с, получают в цифровой форме путем усреднения канальных матриц для 1000 случаев. На фиг. 26b и 26с представлены два альтернативных сценария соответственно, в которых клиенты сгруппированы вокруг подмножества антенн DIDO и принимают пренебрежимо малую мощность от антенн DIDO, расположенных далеко. Например, на фиг. 26b представлены две группы антенн, образующих блочную диагональную матрицу А. Один крайний сценарий представляет собой случай, когда каждый клиент находится очень близко только к одному передатчику, а передатчики находятся далеко друг от друга, так что мощность от всех других антенн DIDO незначительна. В этом случае линия связи DIDO распадается на множество линий связи SISO, и А представляет собой диагональную матрицу, как показано на фиг. 26с.Matrices A shown in FIG. 26a-c, are obtained in digital form by averaging channel matrices for 1000 cases. In FIG. 26b and 26c show two alternative scenarios, respectively, in which clients are grouped around a subset of DIDO antennas and receive negligible power from DIDO antennas located far away. For example, in FIG. 26b shows two groups of antennas forming a block diagonal matrix A. One extreme scenario is the case when each client is very close to only one transmitter and the transmitters are far apart, so that the power from all other DIDO antennas is negligible. In this case, the DIDO communication line breaks up into a plurality of SISO communication lines, and A is a diagonal matrix, as shown in FIG. 26s

Во всех трех сценариях, приведенных выше, предварительное кодирование BD динамически регулирует веса предварительного кодирования для учета различных уровней мощности на беспроводных линиях связи между антеннами DIDO и клиентами. Однако иногда удобно идентифицировать многочисленные группы в пределах кластера DIDO и управлять предварительным кодированием DIDO только в пределах каждой группы. Предложенный нами способ группирования приводит к следующим преимуществам.In all three scenarios above, the BD precoding dynamically adjusts the precoding weights to account for different power levels on the wireless links between the DIDO antennas and the clients. However, it is sometimes convenient to identify multiple groups within a DIDO cluster and control DIDO precoding only within each group. Our proposed method of grouping leads to the following advantages.

- Выигрыш в вычислениях. Предварительное кодирование DIDO вычисляют только в пределах каждой группы в кластере. Например, если используют предварительное кодирование BD, сингулярное разложение (SVD) обладает сложностью O(n3), где n представляет собой минимальную размерность канальной матрицы Н. Если Н можно уменьшить до блочной диагональной матрицы, SVD вычисляют для каждого блока с пониженной сложностью. Фактически, если канальная матрица делится на две блочные матрицы с размерностями n1 и n2 так, что n=n1+n2, сложность SVD составляет только O(n1 3)+O(n2 3)<O(n3). В предельном случае, если Н представляет собой диагональную матрицу, линия связи DIDO распадается на множество линий связи SISO и никакое вычисление SVD не требуется.- Winning in the calculations. DIDO precoding is calculated only within each group in the cluster. For example, if BD precoding is used, singular decomposition (SVD) has complexity O (n 3 ), where n is the minimum dimension of the channel matrix H. If H can be reduced to a block diagonal matrix, SVD is calculated for each block with reduced complexity. In fact, if the channel matrix is divided into two block matrices with dimensions n 1 and n 2 such that n = n 1 + n 2 , the complexity of the SVD is only O (n 1 3 ) + O (n 2 3 ) <O (n 3 ) In the extreme case, if H is a diagonal matrix, the DIDO link splits into multiple SISO links and no SVD calculation is required.

- Пониженные непроизводительные затраты обратной связи CSI. Когда антенны DIDO и клиенты разделены на группы, в одном варианте осуществления CSI вычисляют от клиентов к антеннам только в пределах одной группы. В системах TDD, предполагающих обратимость каналов, группирование антенн сокращает количество оценок канала для вычисления канальной матрицы Н. В системах FDD, где CSI возвращается по беспроводной линии связи, группирование антенн дает дополнительное снижение непроизводительных затрат обратной связи CSI по беспроводным линиям связи между антеннами DIDO и клиентами.- Reduced CSI feedback overhead. When DIDO antennas and clients are divided into groups, in one embodiment, CSIs are calculated from clients to antennas only within the same group. In TDD systems involving channel reversibility, antenna grouping reduces the number of channel estimates for calculating the channel matrix H. In FDD systems where CSI returns over a wireless link, antenna grouping provides an additional reduction in the overhead of CSI feedback over wireless links between DIDO antennas and by customers.

Технологии множественного доступа для восходящего канала DIDOMultiple Access Technologies for DIDO Uplink

В одном варианте осуществления настоящего изобретения различные технологии множественного доступа определены для восходящего канала DIDO. Эти технологии можно применять для обратной связи CSI или для передачи потоков данных от клиентов к антеннам DIDO по восходящему каналу. Далее мы обозначаем обратную связь CSI и потоки данных как «восходящие потоки».In one embodiment of the present invention, various multiple access technologies are defined for the uplink DIDO. These technologies can be used for CSI feedback or for transmitting data streams from clients to DIDO antennas on the uplink. In the following, we designate CSI feedback and data streams as upstream streams.

- Множественные входы - множественные выходы (MIMO). Восходящие потоки передаются от клиента к антеннам DIDO через схемы мультиплексирования МГМО с разомкнутым циклом. Этот способ предполагает, что все клиенты синхронизированы по времени/частоте. В одном варианте осуществления синхронизации между клиентами достигают посредством передачи обучающего сигнала от нисходящего канала, и все антенны DIDO предполагают синхронизированными с одним и тем же опорным тактовым сигналом времени/частоты. Следует заметить, что изменения в распространении задержки у различных клиентов могут генерировать нарушение синхронизации между тактовыми сигналами различных клиентов, что может повлиять на характеристики схемы MIMO восходящего канала. После того как клиенты отправили восходящие потоки через схемы мультиплексирования MIMO, приемные антенны DIDO могут использовать нелинейные (т.е. с максимальной вероятностью, ML) или линейные (т.е. с обнулением незначащих коэффициентов, минимальная среднеквадратичная ошибка) приемники для подавления помех от соседних каналов и независимой демодуляции восходящих потоков.- Multiple inputs - multiple outputs (MIMO). Upstream streams are transmitted from the client to the DIDO antennas through open-loop MGMO multiplexing schemes. This method assumes that all clients are synchronized in time / frequency. In one embodiment, synchronization between clients is achieved by transmitting a training signal from the downlink, and all DIDO antennas are assumed to be synchronized with the same time / frequency reference clock. It should be noted that changes in delay propagation among different clients can generate a clock outage between the clocks of different clients, which can affect the characteristics of the uplink MIMO scheme. After clients have sent upstream streams through MIMO multiplexing schemes, DIDO receiving antennas can use non-linear (i.e., with a maximum probability, ML) or linear (i.e., with zero coefficients zeroing, minimum mean square error) receivers to suppress interference from adjacent channels and independent upstream demodulation.

- Множественный доступ с временным разделением (TDMA). Различным клиентам назначают различные временные слоты. Каждый клиент отправляет свой восходящий поток, когда доступен его временной слот.- Time Division Multiple Access (TDMA). Different clients are assigned different time slots. Each client sends its upstream when its time slot is available.

- Множественный доступ с частотным разделением (FDMA). Различным клиентам назначают различные несущие частоты. В системах с несколькими несущими (OFDM) подмножество тональных частот назначают различным клиентам, одновременно передающим восходящие потоки, уменьшая, таким образом, задержку.- Frequency Division Multiple Access (FDMA). Different customers are assigned different carrier frequencies. In multi-carrier systems (OFDM), a subset of tonal frequencies is assigned to different clients simultaneously transmitting upstream streams, thereby reducing latency.

- Множественный доступ с кодовым разделением (CDMA). Каждому клиенту назначают различную псевдослучайную последовательность, и ортогональности между клиентами достигают в кодовой области.- Code Division Multiple Access (CDMA). Each client is assigned a different pseudo-random sequence, and orthogonality between the clients is achieved in the code domain.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения клиенты представляют собой беспроводные устройства, ведущие передачу при намного более низкой мощности, чем антенны DIDO. В этом случае BTS DIDO определяет клиентские подгруппы на основе восходящей информации о SNR для минимизации помехи по подгруппам. В пределах каждой подгруппы упомянутые выше технологии множественного доступа применяют для создания ортогональных каналов во временной, частотной, пространственной или кодовой областях, избегая таким образом помех по восходящему каналу для различных клиентов.In one embodiment of the present invention, clients are wireless devices transmitting at much lower power than DIDO antennas. In this case, the BTS DIDO determines client subgroups based on upstream SNR information to minimize subgroup interference. Within each subgroup, the aforementioned multiple access technologies are used to create orthogonal channels in the time, frequency, spatial or code domains, thereby avoiding uplink interference for different clients.

В другом варианте осуществления технологии множественного доступа по восходящему каналу, описанные выше, применяют в сочетании со способами группирования антенн, представленными в предыдущем разделе, для определения различных клиентских групп в пределах кластера DIDO.In another embodiment, the uplink multiple access techniques described above are used in conjunction with the antenna grouping techniques presented in the previous section to identify different client groups within a DIDO cluster.

Система и способ адаптации линий связи в системах DIDO с несколькими несущимиSystem and method for adapting communication lines in multi-carrier DIDO systems

Способы адаптации линий связи для систем DIDO, использующих временную, частотную и пространственную избирательность беспроводных каналов, определены в патенте US 7,636,381. Нижеследующее описание представляет собой варианты осуществления настоящего изобретения для адаптации линий связи в системах DIDO с несколькими несущими (OFDM), использующих временную/частотную избирательность беспроводных каналов.Methods of adapting communication lines for DIDO systems using the temporal, frequency, and spatial selectivity of wireless channels are defined in US Pat. No. 7,636,381. The following description provides embodiments of the present invention for adapting communication links in multi-carrier DIDO (OFDM) systems using time / frequency selectivity of wireless channels.

Мы моделируем каналы с рэлеевским замиранием, соответствующие экспоненциально затухающему профилю задержки мощности (PDP) или модели Салеха-Валенсуэлы в [9]. Для упрощения мы рассматриваем однокластерный канал с многопутевым PDP, определяемый как:We simulate Rayleigh fading channels corresponding to an exponentially decaying power delay profile (PDP) or the Saleh-Valenzuela model in [9]. For simplicity, we consider a single-cluster channel with multi-path PDP, defined as:

Figure 00000026
Figure 00000026

где n=0, …, L-1 - индекс ответвления канала, L - количество ответвлений канала и

Figure 00000027
- экспонента PDP, представляющая собой показатель когерентной полосы пропускания канала, обратно пропорциональный разбросу задержки канала (σDS). Низкие значения β дают в результате каналы с равномерной частотной характеристикой, тогда как высокие значения β создают частотно-избирательные каналы. PDP в (21) нормализуют так, что полная средняя мощность для всех ответвлений канала L унитарно равна:where n = 0, ..., L-1 is the channel branch index, L is the number of channel branches, and
Figure 00000027
- PDP exponent, which is an indicator of the coherent channel bandwidth, inversely proportional to the channel delay spread (σ DS ). Low β values result in channels with a uniform frequency response, while high β values produce frequency selective channels. The PDPs in (21) are normalized so that the total average power for all branches of the channel L is unitarily equal to:

Figure 00000028
Figure 00000028

На фиг. 27 представлена амплитуда в каналах с низкой частотной избирательностью (полагая β=1) в области задержки или текущего PDP (верхний график) и частотной области (нижний график) для систем DIDO 2×2. Первый подстрочный индекс указывает клиента, второй подстрочный индекс указывает передающую антенну. Каналы с высокой частотной селективностью (с β=0.1) показаны на Фиг. 28.In FIG. 27 shows the amplitude in channels with low frequency selectivity (assuming β = 1) in the delay region or the current PDP (upper graph) and the frequency domain (lower graph) for 2 × 2 DIDO systems. The first subscript indicates the client, the second subscript indicates the transmitting antenna. Channels with high frequency selectivity (with β = 0.1) are shown in FIG. 28.

Далее мы изучаем характеристики предварительного кодирования DIDO в частотно-избирательных каналах. Мы вычисляем веса предварительного кодирования DIDO посредством BD, принимая модель сигнала в (1), удовлетворяющую условию в (2). Мы переформулируем модель принимаемого сигнала DIDO в (5) с условием, содержащимся в (2), как:Next, we study the characteristics of DIDO precoding in frequency selective channels. We calculate the DIDO precoding weights by BD, taking the signal model in (1) satisfying the condition in (2). We reformulate the model of the received DIDO signal in (5) with the condition contained in (2) as:

Figure 00000029
Figure 00000029

где

Figure 00000030
- эффективная матрица канала для пользователя k. Для DIDO 2×2 с одной антенной на клиента эффективная канальная матрица уменьшается до одного значения с частотной характеристикой, представленной на фиг. 29, а для каналов, характеризующихся высокой частотной избирательностью (например, β=0.1), - на фиг. 28. Непрерывная линия на фиг. 29 обозначает клиента 1, а линия с точками обозначает клиента 2. На основе показателей качества канала на фиг. 29 мы определяем способы адаптации линий связи (LA) во временной/частотной области, динамически регулирующие MCS в зависимости от меняющихся режимов канала.Where
Figure 00000030
is the effective channel matrix for user k. For DIDO 2 × 2 with one antenna per client, the effective channel matrix is reduced to one value with the frequency response shown in FIG. 29, and for channels characterized by high frequency selectivity (for example, β = 0.1), in FIG. 28. The continuous line in FIG. 29 denotes client 1, and a dotted line denotes client 2. Based on the channel quality indicators in FIG. 29, we determine the adaptation of communication lines (LA) in the time / frequency domain, which dynamically regulate MCS depending on changing channel modes.

Мы начинаем с оценки характеристик различных MCS в AWGN и каналах SISO с рэлеевским замиранием. Для упрощения принимаем, что кодирование FEC отсутствует, но нижеследующие способы LA можно распространить на системы, содержащие FEC.We begin by evaluating the performance of various MCSs in AWGN and SISO channels with Rayleigh fading. For simplicity, we assume that there is no FEC encoding, but the following LA methods can be extended to systems containing FEC.

На фиг. 30 представлен пример SER для различных схем QAM (т.е. 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM). Без потери общности принимаем целевое значение SER равным 1% для некодированных систем. Для соответствия этому целевому значению SER в каналах AWGN пороговые значения SNR составляют 8 дБ, 15,5 дБ и 22 дБ для трех схем модуляции соответственно. Для каналов с рэлеевским замиранием известно, что характеристики SER для упомянутых выше схем модуляции хуже, чем AWGN [13], и пороговые значения SNR составляют: 18,6 дБ, 27,3 дБ и 34,1 дБ соответственно. Мы видим, что предварительное кодирование DIDO преобразует многопользовательский нисходящий канал в ряд параллельных линий связи SISO. Следовательно, те же самые пороговые значения SNR, представленные на фиг. 30 для систем SISO, сохраняются для систем DIDO для каждого клиента на индивидуальной основе. Кроме того, если выполняется текущая LA, используются пороговые значения в каналах AWGN.In FIG. 30 shows an example SER for various QAM schemes (i.e. 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM). Without loss of generality, we take the target value of SER equal to 1% for non-encoded systems. To meet this target SER value in AWGN channels, the threshold SNRs are 8 dB, 15.5 dB, and 22 dB for the three modulation schemes, respectively. For channels with Rayleigh fading, it is known that the SER characteristics for the above modulation schemes are worse than AWGN [13], and the threshold SNRs are: 18.6 dB, 27.3 dB, and 34.1 dB, respectively. We see that DIDO precoding converts the multi-user downlink into a series of parallel SISO communication lines. Therefore, the same SNR thresholds shown in FIG. 30 for SISO systems, stored for DIDO systems for each client on an individual basis. In addition, if the current LA is running, thresholds in the AWGN channels are used.

Ключевая идея предложенного способа LA для систем DIDO состоит в использовании MCS низкого порядка, когда канал подвержен глубоким замираниям во временной или частотной области (представлено на фиг. 28) для обеспечения надежности линии связи. Напротив, когда канал характеризует большое усиление, способ LA переключается на MCS более высокого порядка для увеличения спектральной эффективности. Одно из достижений настоящей заявки по сравнению с патентном US 7,636,381 представляет собой применение эффективной канальной матрицы в (23) и на фиг. 29 в качестве показателя для разрешения адаптации.The key idea of the proposed LA method for DIDO systems is to use low-order MCS when the channel is subject to deep fading in the time or frequency domain (shown in FIG. 28) to ensure the reliability of the communication line. In contrast, when the channel is characterized by high gain, the LA method switches to higher order MCSs to increase spectral efficiency. One of the achievements of the present application compared to US Pat. No. 7,636,381 is the use of an effective channel matrix in (23) and in FIG. 29 as an indicator for permitting adaptation.

Общая структура способов LA представлена на фиг. 31 и определена следующим образом.The general structure of the LA methods is shown in FIG. 31 and is defined as follows.

- Оценка CSI. На стадии 3171 BTS DIDO вычисляет CSI от всех пользователей. Пользователи могут оснащаться одиночной или множеством приемных антенн.- CSI score. At step 3171, the BTS DIDO calculates the CSI from all users. Users can be equipped with a single or multiple receiving antennas.

- Предварительное кодирование DIDO. На стадии 3172 BTS вычисляет веса предварительного кодирования DIDO для всех пользователей. В одном варианте осуществления для вычисления этих весов используют BD. Веса предварительного кодирования вычисляют по принципу «тон за тоном».- Precoded DIDO. At step 3172, the BTS calculates DIDO precoding weights for all users. In one embodiment, BD is used to calculate these weights. Pre-coding weights are calculated on a tone by tone basis.

- Вычисление качества линии связи. На стадии 3173 BTS вычисляет показатели качества линий связи в частотной области. В системах OFDM показатели вычисляют из весов предварительного кодирования DIDO и CSI для каждого тонального сигнала. В одном варианте осуществления настоящего изобретения показатель качества линии связи представляет собой среднее значение SNR по всем тональным сигналам OFDM. Мы определяем этот способ как LA1 (основанный на характеристике среднего значения SNR). В другом варианте осуществления показатель качества линии связи представляет собой частотную характеристику эффективного канала в (23). Мы определяем этот способ как LA2 (основанный на характеристике для каждого тонального сигнала для использования разнесения частот). Если каждый клиент имеет одну антенну, эффективный канал в частотной области представлен на фиг. 29. Если клиенты имеют множество приемных антенн, показатель качества линии связи определяют как норму Фробениуса для эффективной канальной матрицы для каждого тонального сигнала. В альтернативном варианте осуществления множество показателей качества линий связи определяют для каждого клиента как сингулярные значения эффективной канальной матрицы в (23).- Calculation of the quality of the communication line. At step 3173, the BTS calculates link quality indicators in the frequency domain. In OFDM systems, metrics are calculated from the DIDO and CSI precoding weights for each tone. In one embodiment of the present invention, the link quality score is the average SNR of all OFDM tones. We define this method as LA1 (based on the average SNR characteristic). In another embodiment, the link quality indicator is the frequency response of the effective channel in (23). We define this method as LA2 (based on the characteristic for each tone to use frequency diversity). If each client has one antenna, the effective channel in the frequency domain is shown in FIG. 29. If customers have multiple receive antennas, the link quality score is defined as the Frobenius norm for the effective channel matrix for each tone. In an alternative embodiment, many communication link quality indicators are defined for each client as singular values of the effective channel matrix in (23).

- Алгоритм битовой загрузки. На стадии 3174, основанной на показателях качества линии связи, BTS определяет MCS для различных клиентов и различных тональных сигналов OFDM. В способе LA1 одну и ту же MCS используют для всех клиентов и всех тональных сигналов OFDM, основываясь на пороговых значениях SNR для каналов с рэлеевскими замираниями, как представлено на фиг. 30. В LA2 различные MCS назначают различным тональным сигналам OFDM для использования частотного разнесения каналов.- Bit loading algorithm. In step 3174, based on link quality metrics, the BTS determines the MCS for various clients and various OFDM tones. In method LA1, the same MCS is used for all clients and all OFDM tones based on the SNR thresholds for the Rayleigh fading channels, as shown in FIG. 30. In LA2, different MCSs are assigned to different OFDM tones to use frequency diversity channels.

- Передача предварительно кодированных данных. На стадии 3175 BTS передает предварительно кодированные потоки данных от распределенных антенн DIDO клиентам, использующим MCS, полученные из алгоритма битовой загрузки. К предварительно кодированным данным добавляют заголовок для сообщения клиентам разных MCS для различных тональных сигналов. Например, если доступны восемь MCS и символы OFDM определяют с помощью N=64 тональных сигналов, требуются log2(8)*N=192 бита, для того чтобы сообщить текущую MCS каждому клиенту. Предполагая, что применяют схему 4-QAM (спектральная эффективность 2 бита/символ) для отображения этих битов в символах, всего 192/2/N=1,5 символов OFDM необходимо для отображения информации об MCS. В другом варианте осуществления множество поднесущих (или тональных сигналов OFDM) группируют по поддиапазонам, и одну и ту же MCS назначают всем тональным сигналам в одном и том же поддиапазоне для уменьшения непроизводительных затрат за счет управляющей информации. Кроме того, MCS регулируют на основе временных изменений усиления канала (пропорционально времени когерентности). В неподвижном беспроводном канале (характеризуемом низким эффектом Доплера) MCS повторно вычисляют на каждой части времени когерентности канала, уменьшая, таким образом, непроизводительные затраты, требующиеся для управляющей информации.- Transmission of pre-encoded data. At step 3175, the BTS transmits the precoded data streams from the distributed DIDO antennas to clients using MCS obtained from the bit-loading algorithm. A header is added to the precoded data to inform clients of different MCSs for different tones. For example, if eight MCSs are available and OFDM symbols are determined using N = 64 tones, log 2 (8) * N = 192 bits are required in order to report the current MCS to each client. Assuming that a 4-QAM scheme (spectral efficiency of 2 bits / symbol) is used to display these bits in symbols, a total of 192/2 / N = 1.5 OFDM symbols is needed to display MCS information. In another embodiment, multiple subcarriers (or OFDM tones) are grouped into subbands, and the same MCS is assigned to all tones in the same subband to reduce overhead due to control information. In addition, MCSs are adjusted based on temporal changes in channel gain (proportional to coherence time). In a fixed wireless channel (characterized by a low Doppler effect), MCSs are recalculated at each part of the channel coherence time, thereby reducing the overhead required for control information.

На фиг. 32 представлена характеристика SER способов LA, описанных выше. Для сравнения характеристика SER в каналах с рэлеевским замиранием графически изображена для каждой из трех используемых схем QAM. Способ LA2 адаптирует MCS к колебаниям эффективного канала в частотной области, обеспечивая, таким образом, выигрыш 1,8 бит/с/Гц в спектральной эффективности для низкого значения SNR (т.е. SNR=20 дБ) и усиление SNR на 15 дБ (для SNR>35 дБ) по сравнению с LA1.In FIG. 32 is a SER characteristic of the LA methods described above. For comparison, the SER characteristic in channels with Rayleigh fading is graphically depicted for each of the three QAM schemes used. Method LA2 adapts the MCS to frequency channel oscillations in the frequency domain, thus providing a gain of 1.8 bit / s / Hz in spectral efficiency for a low SNR (i.e., SNR = 20 dB) and SNR gain of 15 dB ( for SNR> 35 dB) compared to LA1.

Система и способ интерполяции предварительного кодирования DIDO в системах с несколькими несущимиSystem and method for interpolating DIDO precoding in multi-carrier systems

Вычислительная сложность систем DIDO локализована, главным образом, в централизованном процессоре или BTS. Наиболее вычислительно дорогостоящую операцию представляет собой вычисление весов предварительного кодирования для всех клиентов по их CSI. При использовании предварительного кодирования BD BTS должна выполнить столько операций сингулярного разложения (SVD), сколько существует клиентов в системе. Один из способов уменьшения сложности представляет собой распараллеленную обработку, когда SVD вычисляют на отдельном процессоре для каждого клиента.The computational complexity of DIDO systems is localized mainly in a centralized processor or BTS. The most computationally expensive operation is to calculate the precoding weights for all clients by their CSI. When using precoding BD, the BTS must perform as many singular decomposition (SVD) operations as there are clients in the system. One way to reduce complexity is through parallel processing, where SVDs are computed on a separate processor for each client.

В системах DIDO с несколькими несущими каждая поднесущая использует канал с неглубоким замиранием, и SVD выполняют для каждого клиента по каждой поднесущей. Ясно, что сложность системы увеличивается линейно с увеличением количества поднесущих. Например, в системах OFDM с шириной полосы сигнала 1 МГц циклический префикс (L0) должен иметь по меньшей мере восемь ответвлений канала (т.е. продолжительность 8 микросекунд) во избежание возникновения межсимвольных помех в уличных городских условиях с макроячейками с большим разбросом задержки [3]. Размер (NБПФ) быстрого преобразования Фурье (БПФ), используемый для генерирования символов OFDM, как правило, устанавливают кратным L0 для уменьшения потери скорости передачи данных. Если NБПФ=64, то действенная спектральная эффективность системы ограничена коэффициентом NБПФ/(NБПФ+L0)=89%. Большие значения NБПФ приводят к более высокой спектральной эффективности за счет более высокой вычислительной сложности в предварительном кодере DIDO.In multi-carrier DIDO systems, each subcarrier uses a shallow fading channel, and SVDs are performed for each client on each subcarrier. Clearly, system complexity increases linearly with the number of subcarriers. For example, in OFDM systems with a 1 MHz signal bandwidth, a cyclic prefix (L 0 ) must have at least eight channel branches (ie, a duration of 8 microseconds) in order to avoid intersymbol interference in urban streets with macro cells with a large delay spread [ 3]. The Fast Fourier Transform (FFT) size (N FFT ) used to generate OFDM symbols is typically set to a multiple of L 0 to reduce data rate loss. If N FFT = 64, then the effective spectral efficiency of the system is limited by the coefficient N FFT / (N FFT + L 0 ) = 89%. Larger N FFT values result in higher spectral efficiency due to higher computational complexity in the DIDO precoder.

Один из способов уменьшения вычислительной сложности в предварительном кодере DIDO представляет собой выполнение операции SVD для подмножества тональных сигналов (называемых нами экспериментальными тональными сигналами) и получение весов предварительного кодирования для остальных тональных сигналов посредством интерполяции. Интерполяция весов представляет собой один из источников ошибки, приводящей к межклиентской помехе. В одном варианте осуществления используют оптимальные способы интерполяции весов для уменьшения межклиентской помехи, что приводит к улучшению показателя частоты ошибок и понижению вычислительной сложности в системах с несколькими несущими. В системах DIDO с М передающими антеннами, U клиентами и N приемными антеннами на клиента условие для весов предварительного кодирования k-то клиента (Wk), гарантирующее нулевую помеху другим клиентам и, получают из (2) следующим образом:One way to reduce computational complexity in a DIDO precoder is to perform an SVD operation for a subset of tones (called experimental tones) and obtain precoding weights for the remaining tones by interpolation. Interpolation of scales is one of the sources of error leading to inter-client interference. In one embodiment, optimal weight interpolation methods are used to reduce inter-client interference, which improves the error rate and reduces computational complexity in multi-carrier systems. In DIDO systems with M transmit antennas, U clients, and N receive antennas per client, the condition for the k-th client precoding weights (W k ), guaranteeing zero interference to other clients, is obtained from (2) as follows:

Figure 00000031
Figure 00000031

где Hu - канальные матрицы, соответствующие другим клиентам DIDO в системе.where H u are the channel matrices corresponding to other DIDO clients in the system.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения целевая функция способа интерполяции весов определяется как:In one embodiment of the present invention, the objective function of the method of interpolating weights is defined as:

Figure 00000032
Figure 00000032

где θk - набор параметров, которые будут оптимизированы для пользователя k,

Figure 00000033
- матрица интерполяции веса и
Figure 00000034
- норма Фробениуса для матрицы. Проблему оптимизации формулируют как:where θ k is a set of parameters that will be optimized for user k,
Figure 00000033
- weight interpolation matrix and
Figure 00000034
is the Frobenius norm for the matrix. The optimization problem is formulated as:

Figure 00000035
Figure 00000035

где Θk - осуществимое множество проблемы оптимизации, a θk,opt - оптимальное решение.where Θ k is the feasible set of the optimization problem, and θ k, opt is the optimal solution.

Целевую функцию в (25) определяют для одного тонального сигнала OFDM. В другом варианте осуществления настоящего изобретения целевую функцию определяют как линейную комбинацию нормы Фробениуса в (25) матриц для всех тональных сигналов OFDM, которые нужно интерполировать. В другом варианте осуществления спектр OFDM делят на подмножества тональных сигналов, и оптимальное решение представляет собой:The objective function in (25) is determined for one OFDM tone. In another embodiment of the present invention, the objective function is defined as a linear combination of the Frobenius norm in (25) matrices for all OFDM tones to be interpolated. In another embodiment, the OFDM spectrum is divided into subsets of tones, and the optimal solution is:

Figure 00000036
Figure 00000036

где n является индексом тонального сигнала OFDM, и А является подмножеством тональных сигналов.where n is the OFDM tone index, and A is a subset of tones.

Матрицу Wkk) интерполяции весов в (25) выражают как функцию множества θk параметров. Когда оптимальное множество определено согласно (26) или (27), вычисляют оптимальную матрицу весов. В одном варианте осуществления настоящего изобретения матрицу интерполяции весов для заданного тонального сигнала n OFDM определяют как линейную комбинацию матриц весов экспериментальных тональных сигналов. Один из примеров функции интерполяции весов для систем формирования луча с одиночным клиентом определили в [11]. В мультиклиентских системах DIDO мы записываем матрицу интерполяции весов как:The matrix W kk ) of the interpolation of weights in (25) is expressed as a function of the set θ k of parameters. When the optimal set is determined according to (26) or (27), the optimal weight matrix is calculated. In one embodiment of the present invention, a weight interpolation matrix for a given OFDM tone n is defined as a linear combination of experimental tone weight matrices. One example of the function of interpolating weights for beamforming systems with a single client was defined in [11]. In DIDO multi-client systems, we write the weight interpolation matrix as:

Figure 00000037
Figure 00000037

где 0≤l≤(L0-1), L0 - количество экспериментальных тональных сигналов и cn=(n-1)/N0 при N0=NFFT/L0. Матрицу весов в (28) затем нормализуют так, чтобы

Figure 00000038
для обеспечения унитарной передачи мощности от каждой антенны. Если N=1 (одна приемная антенна на клиента), матрица в (28) становится вектором, нормализованным относительно его нормы. В одном варианте осуществления настоящего изобретения экспериментальные тональные сигналы выбирают единообразно в пределах диапазона тональных сигналов OFDM. В другом варианте осуществления экспериментальные тональные сигналы выбирают адаптивно, основываясь на CSI, для минимизации ошибки интерполяции.where 0≤l≤ (L 0 -1), L 0 is the number of experimental tones and c n = (n-1) / N 0 when N 0 = N FFT / L 0 . The weight matrix in (28) is then normalized so that
Figure 00000038
to provide unitary power transfer from each antenna. If N = 1 (one receiving antenna per client), the matrix in (28) becomes a vector normalized with respect to its norm. In one embodiment of the present invention, the experimental tones are selected uniformly within the range of OFDM tones. In another embodiment, experimental tones are selected adaptively based on CSI to minimize interpolation errors.

Мы видим, что одно из главных отличий системы и способа в [11] от предложенных в настоящей патентной заявке представляет собой целевая функция. В частности, системы в [11] предполагают множество передающих антенн и одного клиента, так что соответствующий способ разрабатывают с возможностью максимизации произведения весов предварительного кодирования на канал для максимизации значения SNR при приеме для клиента. Этот способ, однако, не работает в мультиклиентских сценариях, так как он приводит к межклиентской помехе из-за ошибки интерполяции. В отличие от этого, наш способ разработан для минимизации межклиентской помехи и улучшения, таким образом, показателя частоты ошибок для всех клиентов.We see that one of the main differences between the system and method in [11] from those proposed in this patent application is an objective function. In particular, the systems in [11] assume many transmitting antennas and one client, so the corresponding method is developed with the possibility of maximizing the product of precoding weights per channel to maximize the reception SNR for the client. This method, however, does not work in multi-client scenarios, since it leads to inter-client interference due to an interpolation error. In contrast, our method is designed to minimize inter-client interference and thus improve the error rate for all customers.

На фиг. 33 представлены элементы матрицы в (28) в зависимости от индекса тонального сигнала OFDM для системы DIDO 2×2 с NFFT=64 и L0=8. PDP канала генерируют согласно модели в (21) с β=1, и канал состоит только из восьми ответвлений. Мы видим, что L0 должно превышать количество ответвлений канала. Сплошные линии на фиг. 33 представляют идеальные функции, тогда как пунктирные линии представляют собой интерполированные функции. Интерполированные веса совпадают с идеальными для экспериментальных тональных сигналов согласно определению, данному в (28). Веса, вычисленные для остальных тональных сигналов только приближаются к идеальному случаю из-за ошибки оценки.In FIG. 33 shows the matrix elements in (28) depending on the OFDM tone index for a 2 × 2 DIDO system with N FFT = 64 and L 0 = 8. The channel PDP is generated according to the model in (21) with β = 1, and the channel consists of only eight branches. We see that L 0 must exceed the number of channel branches. The solid lines in FIG. 33 represent ideal functions, while dashed lines represent interpolated functions. The interpolated weights coincide with those ideal for experimental tonal signals according to the definition given in (28). The weights calculated for the remaining tones only come close to the ideal case due to estimation error.

Один из путей реализации способа интерполяции весов представляет собой исчерпывающий поиск по осуществимому множеству Θk в (26). Для уменьшения сложности поиска мы квантуем осуществимое множество на значения Р равномерно в диапазоне [0,2π]. На фиг. 34 представлена зависимость SER от SNR для L0=8, М=Nt=2 передающих антенн и переменного количества Р. По мере увеличения количества уровней квантования характеристика SER улучшается. Мы наблюдаем случай, когда Р=10 приближается к показателю Р=100 при намного меньшей вычислительной сложности за счет сокращения количества поисков.One of the ways to implement the method of interpolating weights is an exhaustive search on a feasible set Θ k in (26). To reduce the complexity of the search, we quantize the feasible set by the values of P uniformly in the range [0.2π]. In FIG. 34 shows the dependence of SER on SNR for L 0 = 8, M = Nt = 2 transmitting antennas and a variable number P. As the number of quantization levels increases, the SER characteristic improves. We observe a case where P = 10 approaches the indicator P = 100 with much less computational complexity due to a reduction in the number of searches.

На фиг. 35 представлена характеристика SER способа интерполяции для различных порядков DIDO и L0=16. Мы предполагаем, что количество клиентов равно количеству передающих антенн и каждый клиент снабжен одной антенной. По мере увеличения количества клиентов характеристика SER ухудшается за счет увеличения межклиентской помехи, создаваемой ошибкой интерполяции весов.In FIG. 35 shows the SER characteristic of the interpolation method for various orders of DIDO and L 0 = 16. We assume that the number of clients is equal to the number of transmitting antennas and each client is equipped with one antenna. As the number of customers increases, the SER characteristic deteriorates due to an increase in inter-client interference caused by the interpolation error of the balance.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения применяют функции интерполяции весов, отличные от представленных в (28). Например, авторегрессивные модели [12] линейного предсказания могут применять для интерполяции весов посредством различных тональных сигналов OFDM, основываясь на оценках корреляции частоты каналов.In another embodiment of the present invention, interpolation functions of weights other than those presented in (28) are used. For example, autoregressive linear prediction models [12] can be used to interpolate weights using various OFDM tones based on channel frequency correlation estimates.

ЛитератураLiterature

[1] A. Forenza and S.G. Perlman, «System and method for distributed antenna wireless communications», заявка на патент США №12/630,627, поданная 2 декабря 2009 г., «Система и способ беспроводной связи с распределенными антеннами».[1] A. Forenza and S.G. Perlman, “System and method for distributed antenna wireless communications,” US Patent Application No. 12 / 630,627, filed December 2, 2009, “System and Method for Wireless Communication with Distributed Antennas.”

[2] FCC, «Evaluating compliance with FCC guidelines for human exposure to radiofrequency electromagnetic fields», OET Bulletin 65, ред. 97-01, август 1997 г.[2] FCC, “Evaluating compliance with FCC guidelines for human exposure to radiofrequency electromagnetic fields”, OET Bulletin 65, ed. 97-01, August 1997

[3] 3GPP, «Spatial Channel Model AHG (Combined ad-hoc from 3GPP & 3GPP2)», SCM Text, версия 6.0, 22 апреля 2003 г.[3] 3GPP, “Spatial Channel Model AHG (Combined ad-hoc from 3GPP & 3GPP2)”, SCM Text, version 6.0, April 22, 2003

[4] 3GPP TR 25.912, «Feasibility Study for Evolved UTRA and UTRAN», версия 9.0.0 (октябрь 2009 г.).[4] 3GPP TR 25.912, “Feasibility Study for Evolved UTRA and UTRAN”, version 9.0.0 (October 2009).

[5] 3GPP TR 25.913, «Requirements for Evolved UTRA (E-UTRA) and Evolved UTRAN (E-UTRAN)», версия 8.0.0 (январь 2009 г.).[5] 3GPP TR 25.913, “Requirements for Evolved UTRA (E-UTRA) and Evolved UTRAN (E-UTRAN)”, version 8.0.0 (January 2009).

[6] W.С. Jakes, Microwave Mobile Communications, IEEE Press, 1974 г.[6] W.S. Jakes, Microwave Mobile Communications, IEEE Press, 1974

[7] K.K. Wong, et al., «A joint channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems», IEEE Trans. Wireless Comm., том 2, стр. 773-786, июль 2003 г.[7] K.K. Wong, et al., “A joint channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems”, IEEE Trans. Wireless Comm., Volume 2, pp. 773-786, July 2003.

[8] P. Viswanath, et al., «Opportunistic beamforming using dump antennas», IEEE Trans. On Inform. Theory, том 48, стр. 1277-1294, июнь 2002 г.[8] P. Viswanath, et al., “Opportunistic beamforming using dump antennas”, IEEE Trans. On Inform. Theory, Volume 48, pp. 1277-1294, June 2002

[9] А.А.М. Saleh, et al., «А statistical model for indoor multipath propagation», IEEE Jour. Select. Areas in Comm., том 195 SAC-5, №2, стр. 128-137, февраль 1987 г.[9] A.A.M. Saleh, et al., “A statistical model for indoor multipath propagation,” IEEE Jour. Select Areas in Comm., Volume 195 SAC-5, No. 2, pp. 128-137, February 1987

[10] A. Paulraj, et al., Introduction to Space-Time Wireless Communications, Cambridge University Press, 40 West 20th Street, г. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, 2003 г.[10] A. Paulraj, et al., Introduction to Space-Time Wireless Communications, Cambridge University Press, 40 West 20th Street, New York, NY, USA, 2003.

[11] J. Choi, et al., «Interpolation Based Transmit Beamforming for MIMO-OFDM with Limited Feedback», IEEE Trans, on Signal Processing, том 53, №11, стр. 4125-4135, ноябрь 2005 г.[11] J. Choi, et al., “Interpolation Based Transmit Beamforming for MIMO-OFDM with Limited Feedback”, IEEE Trans, on Signal Processing, Volume 53, No. 11, pp. 4125-4135, November 2005.

[12] I. Wong, et al., «Long Range Channel Prediction for Adaptive OFDM Systems», Proc. of the IEEE Asilomar Conf. on Signals, Systems, and Computers, том 1, стр. 723-736, г. Пасифик Гров, штат Калифорния, США, ноябрь 2004 г.[12] I. Wong, et al., “Long Range Channel Prediction for Adaptive OFDM Systems,” Proc. of the IEEE Asilomar Conf. on Signals, Systems, and Computers, Volume 1, pp. 723-736, Pacific Grove, California, USA, November 2004.

[13] J.G. Proakis, Communication System Engineering, Prentice Hall, 1994 г.[13] J.G. Proakis, Communication System Engineering, Prentice Hall, 1994

[14] B.D. Van Veen, et al., «Beamforming: a versatile approach to spatial filtering», IEEE ASSP Magazine, апрель 1988 г.[14] B.D. Van Veen, et al., “Beamforming: a versatile approach to spatial filtering”, IEEE ASSP Magazine, April 1988.

[15] R.G. Vaughan, «On optimum combining at the mobile», IEEE Trans. On Vehic. Tech., том 37, №4, стр. 181-188, ноябрь 1988 г.[15] R.G. Vaughan, “On optimum combining at the mobile,” IEEE Trans. On Vehic. Tech., Volume 37, No. 4, pp. 181-188, November 1988.

[16] F. Qian, «Partially adaptive beamforming for correlated interference rejection», IEEE Trans. On Sign. Proc., том 43, №2, стр. 506-515, февраль 1995 г.[16] F. Qian, “Partially adaptive beamforming for correlated interference rejection”, IEEE Trans. On Sign. Proc., Volume 43, No. 2, pp. 506-515, February 1995.

[17] H. Krim, et. al., «Two decades of array signal processing research», IEEE Signal Proc. Magazine, стр. 67-94, июль 1996 г.[17] H. Krim, et. al., “Two decades of array signal processing research”, IEEE Signal Proc. Magazine, pp. 67-94, July 1996.

[19] W.R. Remley, «Digital beamforming system», патент US 4,003,016, январь 1977 г.[19] W.R. Remley, "Digital beamforming system", US patent 4,003,016, January 1977

[18] R.J. Masak, «Beamforming/null-steering adaptive array», патент US 4,771,289, сентябрь 1988 г.[18] R.J. Masak, “Beamforming / null-steering adaptive array”, US Pat. No. 4,771,289, September 1988.

[20] K.-B. Yu, et. al., «Adaptive digital beamforming architecture and algorithm for nulling mainlobe and multiple sidelobe radar jammers while preserving monopulse ratio angle estimation accuracy», патент US 5,600,326, февраль 1997 г.[20] K.-B. Yu, et. al., "Adaptive digital beamforming architecture and algorithm for nulling mainlobe and multiple sidelobe radar jammers while preserving monopulse ratio angle estimation accuracy", US patent 5,600,326, February 1997.

[21] H. Boche, et al., «Analysis of different precoding/decoding strategies for multiuser beamforming», IEEE Vehic. Tech. Conf., том 1, апрель 2003 г.[21] H. Boche, et al., “Analysis of different precoding / decoding strategies for multiuser beamforming”, IEEE Vehic. Tech. Conf., Volume 1, April 2003

[22] M. Schubert, et al., «Joint «dirty рарег» pre-coding and downlink beamforming», том 2, стр. 536-540, декабрь 2002 г.[22] M. Schubert, et al., “Joint Dirty Rareg Pre-coding and downlink beamforming,” Volume 2, pp. 536-540, December 2002.

[23] H. Boche, et al. «A general duality theory for uplink and downlink beamformingc, том 1, стр 87-91, декабрь 2002 г.[23] H. Boche, et al. “A general duality theory for uplink and downlink beamformingc, Volume 1, pp. 87-91, December 2002.

[24] K.K. Wong, R.D. Murch, and K.B. Letaief, «A joint channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems», IEEE Trans. Wireless Comm., том 2, стр. 773-786, июль 2003 г.[24] K.K. Wong, R.D. Murch, and K.B. Letaief, “A joint channel diagonalization for multiuser MIMO antenna systems”, IEEE Trans. Wireless Comm., Volume 2, pp. 773-786, July 2003.

[25] Q.Н. Spencer, A.L. Swindlehurst, and M. Haardt, «Zero forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels», IEEE Trans. Sig. Proc., том 52, стр. 461-471, февраль 2004 г.[25] Q. N. Spencer, A.L. Swindlehurst, and M. Haardt, “Zero forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels”, IEEE Trans. Sig. Proc., Volume 52, pp. 461-471, February 2004.

II. Раскрытие из родственной заявки №12/917,257II. Disclosure from related application No. 12 / 917,257

Ниже описаны системы и способы беспроводной радиочастотной (РЧ) связи, содержащие множество распределенных передающих антенн, работающих совместно для создания беспроводных линий связи к заданным пользователям, в то же время подавляя помеху другим пользователям. Координация через различные передающие антенны разрешена посредством кластеризации пользователей. Пользовательский кластер представляет собой подмножество передающих антенн, сигнал которых может надежно обнаружить данный пользователь (т.е. мощность принятого сигнала выше уровня шума или уровня помех). Каждый пользователь в системе образует свой собственный пользовательский кластер. Сигналы, посылаемые передающими антеннами в пределах одного и того же пользовательского кластера когерентно объединяются для создания РЧ энергии в месте расположения целевого пользователя и точки с нулевой РЧ помехой в месте расположения любого другого пользователя, доступного для этих антенн.The following describes wireless radio frequency (RF) communication systems and methods comprising a plurality of distributed transmit antennas working together to create wireless links to predetermined users, while suppressing interference to other users. Coordination through various transmit antennas is enabled through user clustering. A user cluster is a subset of transmitting antennas whose signal a given user can reliably detect (i.e., the received signal power is higher than noise or interference). Each user in the system forms his own user cluster. The signals sent by transmitting antennas within the same user cluster are coherently combined to create RF energy at the location of the target user and a point with zero RF interference at the location of any other user accessible to these antennas.

Рассмотрим систему с М передающими антеннами в пределах одного пользовательского кластера и K пользователями, доступными для этих М антенн, при K≤М. Предположим, что передатчики получают CSI (H∈CK×M) между М передающими антеннами и К пользователями. Для упрощения предполагаем, что каждый пользователь снабжен одной антенной, но этот способ можно распространить на множество приемных антенн, приходящихся на одного пользователя. Рассмотрим канальную матрицу Н, полученную объединением векторов (hk∈C1×M) каналов от М передающих антенн к K пользователям, в виде:Consider a system with M transmit antennas within the same user cluster and K users available for these M antennas at K≤M. Suppose the transmitters receive CSI (H∈C K × M ) between M transmit antennas and K users. For simplicity, we assume that each user is provided with one antenna, but this method can be extended to many receiving antennas per user. Consider the channel matrix H obtained by combining the vectors (h k ∈ C 1 × M ) of channels from M transmitting antennas to K users, in the form:

Figure 00000039
Figure 00000039

Веса (wk∈CM×1) предварительного кодирования, создающие РЧ энергию для пользователя k и сводящие к нулю РЧ энергию для всех других K-1 пользователей, вычисляют для удовлетворения следующего условия:The precoding weights (w k ∈C M × 1 ) that create the RF energy for user k and reduce the RF energy to zero for all other K-1 users are calculated to satisfy the following condition:

Figure 00000040
Figure 00000040

где

Figure 00000041
- эффективная канальная матрица пользователя k, полученная удалением k-й строки матрицы Н, а 0K×1 - вектор со всеми нулевыми элементами.Where
Figure 00000041
is the effective channel matrix of user k obtained by deleting the kth row of the matrix H, and 0 K × 1 is a vector with all zero elements.

В одном варианте осуществления беспроводная система представляет собой систему DIDO, и кластеризацию пользователей применяют для создания беспроводной линии связи к целевому пользователю, предварительно подавляя помеху любому другому пользователю, доступному антеннам, лежащим в пределах пользовательского кластера. В заявке на патент США №12/630,627 описана система DIDO, включающая в себя:In one embodiment, the wireless system is a DIDO system, and user clustering is used to create a wireless link to a target user, previously suppressing interference to any other user accessible by antennas lying within the user cluster. US Patent Application No. 12 / 630,627 describes a DIDO system including:

- Клиентов DIDO: терминалы пользователей, снабженные одной или множеством антенн.- DIDO clients: user terminals equipped with one or multiple antennas.

- Распределенные антенны DIDO: приемопередающие станции, работающие совместно для передачи потоков предварительно кодированных данных множеству пользователей, подавляя, таким образом, межпользовательскую помеху.- DIDO Distributed Antennas: transceiver stations working together to transmit precoded data streams to multiple users, thus suppressing inter-user interference.

- Базовые приемопередающие станции (BTS) DIDO: централизованный процессор, формирующий предварительно кодированные сигналы для распределенных антенн DIDO.- Base Transceiver Stations (BTS) DIDO: A centralized processor that generates precoded signals for distributed DIDO antennas.

- Сеть базовых станций (BSN) DIDO: проводную транспортную сеть связи, соединяющую BTS с распределенными антеннами DIDO или другими BTS.- Base Station Network (BSN) DIDO: A wired transport communications network connecting the BTS to the distributed DIDO antennas or other BTS.

Распределенные антенны DIDO группируют в различные подмножества в зависимости от их пространственного распределения относительно расположения клиентов DIDO или BTS. Мы определяем три типа кластеров, как показано на фиг. 36.Distributed DIDO antennas are grouped into various subsets depending on their spatial distribution relative to the location of the DIDO or BTS clients. We define three types of clusters, as shown in FIG. 36.

- Супер кластер 3640: множество распределенных антенн DIDO, соединенных с одной или множеством BTS, так что двухсторонняя задержка между всеми BTS и соответствующими пользователями находится в пределах ограничения цикла предварительного кодирования для DIDO.- Super cluster 3640: a plurality of distributed DIDO antennas connected to one or a plurality of BTSs, so that the two-way delay between all BTSs and their respective users is within the precoding cycle limit for DIDO.

- Кластер DIDO 3641: множество распределенных антенн DIDO, соединенных с одной и той же BTS. Когда суперкластер содержит только одну BTS, его определение совпадает с кластером DIDO.- DIDO 3641 Cluster: multiple distributed DIDO antennas connected to the same BTS. When a supercluster contains only one BTS, its definition matches the DIDO cluster.

- Кластер пользователей 3642: множество распределенных антенн DIDO, совместно передающих предварительно кодированные данные конкретному пользователю.- User cluster 3642: a plurality of distributed DIDO antennas that jointly transmit precoded data to a particular user.

Например, станции BTS представляют собой локальные концентраторы, соединенные с другими BTS и распределенными антеннами DIDO посредством BSN. BSN может содержать различные сетевые технологии, включая без ограничений цифровые абонентские линии (DSL), ADSL, VDSL [6], кабельные модемы, оптоволоконные кольца, линии Т1, гибридные оптоволоконные коаксиальные (HFC) сети и/или неподвижную беспроводную связь (например, WiFi). Все BTS в пределах одного суперкластера совместно используют информацию о предварительном кодировании DIDO через BSN, так что двухсторонняя задержка находится в пределах цикла предварительного кодирования DIDO.For example, BTSs are local hubs connected to other BTSs and distributed DIDO antennas via a BSN. The BSN may include various network technologies, including without limitation digital subscriber lines (DSL), ADSL, VDSL [6], cable modems, fiber optic rings, T1 lines, hybrid fiber optic coaxial (HFC) networks and / or fixed wireless (for example, WiFi ) All BTS within the same supercluster share DIDO precoding information through the BSN, so that the two-way delay is within the DIDO precoding cycle.

На фиг. 37 точки обозначают распределенные антенны DIDO, кресты обозначают пользователей, а пунктирные линии указывают пользовательские кластеры для пользователей U1 и U8 соответственно. Способ, описанный ниже, предназначен для создания линии связи к целевому пользователю U1, создавая точки нулевой РЧ энергии для любого другого пользователя (U2-U8) внутри или вне пользовательского кластера.In FIG. 37 dots indicate distributed DIDO antennas, crosses indicate users, and dashed lines indicate user clusters for users U1 and U8, respectively. The method described below is intended to create a communication line to the target user U1, creating points of zero RF energy for any other user (U2-U8) inside or outside the user cluster.

Мы предложили подобный способ в [5], где точки нулевой РЧ энергии создавали для удаления помехи в перекрывающихся областях между кластерами DIDO. Понадобились дополнительные антенны для передачи сигнала клиентам в пределах кластера DIDO с одновременным подавлением межкластерной помехи. Один вариант осуществления способа, предложенного в настоящей заявке, не подразумевает удаление межкластерной помехи для кластеров DIDO; скорее предполагается, что кластер связан с клиентом (т.е. пользовательским кластером) и гарантирует, что никакая помеха (или незначительная помеха) не генерируется никакому другому клиенту в его окружении.We proposed a similar method in [5], where points of zero RF energy were created to remove interference in the overlapping regions between DIDO clusters. Additional antennas were needed to transmit the signal to clients within the DIDO cluster while suppressing intercluster interference. One embodiment of the method proposed in this application does not involve the removal of intercluster interference for DIDO clusters; rather, it is assumed that the cluster is connected to the client (i.e., the user cluster) and ensures that no interference (or minor interference) is generated by any other client in its environment.

Одна идея, связанная с предложенным способом, состоит в том, что на пользователей, достаточно удаленных от пользовательского кластера, не влияет излучение от передающих антенн из-за больших потерь на пути прохождения сигнала. Пользователи, находящиеся вблизи или внутри пользовательского кластера, принимают не создающий помех сигнал благодаря предварительному кодированию. Кроме того, к пользовательскому кластеру можно добавить дополнительные передающие антенны (как показано на фиг. 37), так что условие K≤М соблюдается.One idea associated with the proposed method is that users far enough away from the user cluster are not affected by radiation from transmitting antennas due to large losses in the signal path. Users located near or within the user cluster receive a non-interfering signal due to precoding. In addition, additional transmit antennas can be added to the user cluster (as shown in FIG. 37), so that the condition K≤M is met.

Один вариант осуществления способа, применяющего кластеризацию пользователей, состоит из следующих стадий.One embodiment of a method using user clustering consists of the following steps.

а. Измерение качества линии связи: качество линии связи между каждой распределенной антенной DIDO и каждым пользователем передается на BTS. Показатель качества линии связи представляет собой отношение «сигнал-шум» (SNR) или отношение «сигнал/смесь помехи с шумом» (SINR).but. Link Quality Measurement: Link quality between each distributed DIDO antenna and each user is transmitted to the BTS. The link quality index is a signal-to-noise ratio (SNR) or a signal-to-noise interference-to-noise ratio (SINR).

В одном варианте осуществления распределенные антенны DIDO передают обучающие сигналы, а пользователи оценивают качество принятого сигнала на основе этих обучающих сигналов. Обучающие сигналы разработаны как ортогональные во временной, частотной или кодовой области, чтобы пользователи могли различать разные передатчики. В альтернативном варианте осуществления антенны DIDO передают узкополосные сигналы (т.е. единственный тональный сигнал) на одной определенной частоте (т.е. канал маяка), а пользователи оценивают качество линии связи на основе этого сигнала маяка. Одно пороговое значение определяют как минимальную амплитуду сигнала (или мощность) выше уровня шума для успешной демодуляции данных, как показано на фиг. 38а. Любой показатель качества линии связи ниже этого порогового значения принимают равным нулю. Показатель качества линии связи квантуется по конечному числу битов и возвращается к передатчику.In one embodiment, the distributed DIDO antennas transmit training signals, and users evaluate the quality of the received signal based on these training signals. The training signals are designed to be orthogonal in the time, frequency or code domain so that users can distinguish between different transmitters. In an alternate embodiment, DIDO antennas transmit narrowband signals (i.e., a single tone) at one specific frequency (i.e., a beacon channel), and users evaluate link quality based on that beacon signal. One threshold value is defined as the minimum signal amplitude (or power) above the noise level for successful data demodulation, as shown in FIG. 38a. Any indicator of the quality of the communication line below this threshold value is taken equal to zero. The quality index of the communication line is quantized by a finite number of bits and returned to the transmitter.

В другом варианте осуществления обучающие сигналы или маяки передаются от пользователей, и качество линии связи оценивается на передающих антеннах DIDO (как на фиг. 38b) с учетом обратимости потерь на пути прохождения сигнала между восходящим каналом (UL) и нисходящим каналом (DL). Следует заметить, что обратимость потерь на пути прохождения сигнала представляет собой реалистичное предположение в дуплексных системах с временным разделением (TDD) (с каналами UL и DL на одной и той же частоте) и дуплексных системах с частотным разделением (FDD), когда полосы частот UL и DL относительно близки.In another embodiment, training signals or beacons are transmitted from users, and the quality of the communication line is evaluated on DIDO transmit antennas (as in FIG. 38b), taking into account the reversibility of the path loss between the uplink (UL) and downlink (DL). It should be noted that the reversibility of the path loss is a realistic assumption in time division duplex (TDD) systems (with UL and DL channels at the same frequency) and frequency division duplex systems (FDD) when the UL frequency bands and DL are relatively close.

Информацию о показателях качества линий связи совместно используют различные BTS через BSN, как показано на фиг. 37, так что все BTS имеют информацию о качестве линии связи между каждой парой антенна/пользователь в различных кластерах DIDO.Communication link performance metrics are shared between different BTSs via the BSN, as shown in FIG. 37, so that all BTS have link quality information between each antenna / user pair in different DIDO clusters.

b. Определение пользовательских кластеров: показатели качества линий связи всех беспроводных линий связи в кластерах DIDO представляют собой элементы в матрице качества линии связи, совместно используемой всеми BTS посредством BSN. Один из примеров матрицы качества линии связи для сценария на фиг. 37 представлен на фиг. 39.b. Definition of user clusters: link quality indicators of all wireless links in DIDO clusters are elements in the link quality matrix shared by all BTS via BSN. One example of a link quality matrix for the scenario of FIG. 37 is shown in FIG. 39.

Матрицу качества линии связи используют для определения пользовательских кластеров. Например, на фиг. 39 представлен выбор пользовательского кластера для пользователя U8. Сначала идентифицируют подмножество передатчиков с ненулевыми показателями качества линий связи (т.е. активных передатчиков) для пользователя U8. Эти передатчики заполняют пользовательский кластер для пользователя U8. Затем выбирают подматрицу, содержащую ненулевые элементы, вводимые передатчиками внутри пользовательского кластера к другим пользователям. Следует заметить, что, поскольку показатели качества линий связи применяют только для выбора пользовательского кластера, они могут квантоваться только двумя битами (т.е. для идентификации состояния выше или ниже пороговых значений на фиг. 38), снижая, таким образом, непроизводительные затраты обратной связи.The link quality matrix is used to determine user clusters. For example, in FIG. 39 illustrates user cluster selection for user U8. First, a subset of transmitters with non-zero link quality indicators (i.e., active transmitters) is identified for user U8. These transmitters fill the user cluster for user U8. Then, a submatrix is selected containing nonzero elements introduced by transmitters within the user cluster to other users. It should be noted that, since the quality indicators of communication lines are used only to select a user cluster, they can be quantized with only two bits (i.e., to identify the state above or below the threshold values in Fig. 38), thus reducing the overhead of the reverse communication.

Другой пример представлен на фиг. 40 для пользователя U1. В этом случае количество активных передатчиков ниже, чем количество пользователей в подматрице, что нарушает условие K≤М. Поэтому к подматрице добавляют один или несколько столбцов для выполнения этого условия. Если количество передатчиков превышает количество пользователей, для схем разнесения можно применять дополнительные антенны (т.е. либо антенна, либо выбор собственной моды).Another example is shown in FIG. 40 for user U1. In this case, the number of active transmitters is lower than the number of users in the submatrix, which violates the condition K≤M. Therefore, one or more columns are added to the submatrix to fulfill this condition. If the number of transmitters exceeds the number of users, additional antennas can be used for diversity schemes (i.e., either an antenna or a choice of its own mode).

Еще один пример представлен на фиг. 41 для пользователя U4. Мы видим, что подматрицу можно получить как комбинацию двух подматриц.Another example is shown in FIG. 41 for user U4. We see that the sub-matrix can be obtained as a combination of two sub-matrices.

c. Сообщение CSI на BTS. После выбора пользовательских кластеров CSI от всех передатчиков в пределах пользовательского кластера для каждого пользователя, достигаемого этими передатчиками, станет доступным для всех BTS. Информацию CSI совместно используют все BTS посредством BSN. В системах TDD обратимость каналов UL и DL можно использовать для получения CSI при прохождении обучающего сигнала по каналу UL. В системах FDD требуются каналы обратной связи от всех пользователей к BTS. Для уменьшения объема обратной связи только CSI, соответствующая ненулевым элементам матрицы качества линии связи, посылается в качестве обратной связи.c. CSI message on the BTS. After selecting user CSI clusters from all transmitters within the user cluster for each user reached by these transmitters, it will be available for all BTS. CSI information is shared by all BTS via BSN. In TDD systems, the reversibility of the UL and DL channels can be used to obtain CSI when the training signal passes through the UL channel. FDD systems require feedback channels from all users to the BTS. To reduce the amount of feedback, only the CSI corresponding to nonzero elements of the link quality matrix is sent as feedback.

d. Предварительное кодирование DIDO. Наконец, предварительное кодирование DIDO применяют к каждой подматрице CSI, соответствующей различным пользовательским кластерам (как описано, например, в родственных заявках на патент США).d. DIDO precoding. Finally, DIDO precoding is applied to each CSI submatrix corresponding to different user clusters (as described, for example, in related US patent applications).

В одном варианте осуществления вычисляют сингулярное разложение (SVD) эффективной канальной матрицы

Figure 00000042
, а вес wk предварительного кодирования для пользователя k определяют как правый сингулярный вектор, соответствующий нулевому подпространству
Figure 00000043
. В альтернативном варианте осуществления, если М>K и SVD разлагает эффективную канальную матрицу как
Figure 00000044
, предварительно кодированный вес DIDO для пользователя k определяет выражение:In one embodiment, the singular decomposition (SVD) of the effective channel matrix is calculated
Figure 00000042
and the precoding weight w k for user k is defined as the right singular vector corresponding to the zero subspace
Figure 00000043
. In an alternative embodiment, if M> K and SVD decomposes the effective channel matrix as
Figure 00000044
, the precoded DIDO weight for user k defines the expression:

Figure 00000045
Figure 00000045

где Uo - матрица, столбцы которой представляют собой сингулярные векторы нулевого подпространства

Figure 00000046
.where U o is the matrix whose columns are singular vectors of the zero subspace
Figure 00000046
.

Исходя из основных соображений линейной алгебры, мы видим, что правый сингулярный вектор в нулевом подпространстве матрицы

Figure 00000047
равен собственному вектору С, соответствующему нулевому собственному значению:Based on the main considerations of linear algebra, we see that the right singular vector in the zero subspace of the matrix
Figure 00000047
equal to the eigenvector C corresponding to the zero eigenvalue:

Figure 00000048
Figure 00000048

где эффективная канальная матрица разлагается как

Figure 00000049
, согласно SVD. Далее, альтернативу вычислениям SVD для
Figure 00000050
представляет собой вычисление разложения собственного значения С. Есть несколько способов вычисления разложения собственного значения, например способ мощности. Поскольку нас интересует только собственный вектор, соответствующий нулевому подпространству С, мы используем обратный степенной метод, описанный итерацией:where the effective channel matrix is decomposed as
Figure 00000049
according to SVD. Next, an alternative to SVD calculations for
Figure 00000050
is a calculation of the decomposition of the eigenvalue of C. There are several ways to calculate the decomposition of the eigenvalue, for example, the power method. Since we are only interested in the eigenvector corresponding to the zero subspace C, we use the inverse power method described by the iteration:

Figure 00000051
Figure 00000051

где вектор (ui) при первой итерации представляет собой случайный вектор.where the vector (u i ) at the first iteration is a random vector.

Учитывая, что собственное значение (λ) нулевого подпространства известно (т.е. ноль), обратный степенной метод требует, чтобы сходилась только одна итерация, что уменьшает вычислительную сложность. Затем мы записываем вектор веса предварительного кодирования как:Considering that the eigenvalue (λ) of the zero subspace is known (i.e., zero), the inverse power method requires that only one iteration converges, which reduces computational complexity. Then we write the precoding weight vector as:

Figure 00000052
Figure 00000052

где u1 - вектор с реальными элементами, равными 1 (т.е. вектор веса предварительного кодирования представляет собой сумму столбцов С-1).where u 1 is a vector with real elements equal to 1 (i.e., the precoding weight vector is the sum of C -1 columns).

Вычисление предварительного кодирования DIDO требует одного обращения матрицы. Существует несколько числовых решений для уменьшения сложности обращений матрицы, таких как алгоритм Штрассена [1] или алгоритм Копперсмита-Винограда [2, 3]. Поскольку С представляет собой эрмитову матрицу по определению, альтернативное решение состоит в разложении С на действительную и мнимую составляющие и вычислении матричной инверсии действительной матрицы согласно способу, изложенному в [4, Раздел 11.4].DIDO precoding calculation requires a single matrix inversion. There are several numerical solutions to reduce the complexity of matrix inversions, such as the Strassen algorithm [1] or the Coppersmith-Winograd algorithm [2, 3]. Since C is a Hermitian matrix by definition, an alternative solution is to decompose C into real and imaginary components and calculate the matrix inversion of the real matrix according to the method described in [4, Section 11.4].

Другую отличительную особенность предложенных способа и системы представляет собой их переконфигурируемость. По мере перемещения клиента через различные кластеры DIDO, как показано на фиг. 42, пользовательский кластер следует за его перемещениями. Другими словами, подмножество передающих антенн постоянно обновляется, поскольку клиент изменяет свое положение, и эффективная канальная матрица (и соответствующие веса предварительного кодирования) вычисляются повторно.Another distinctive feature of the proposed method and system is their reconfigurability. As the client moves through the various DIDO clusters, as shown in FIG. 42, the user cluster follows its movements. In other words, a subset of the transmit antennas is constantly updated as the client changes its position and the effective channel matrix (and the corresponding precoding weights) are re-computed.

Способ, предложенный в настоящем описании, работает в пределах суперкластера, представленного на фиг. 36, так как линии связи между BTS через BSN должны обладать низкой задержкой. Для подавления помехи в области перекрытия различных суперкластеров можно применить наш способ, приведенный в [5], использующий дополнительные антенны для создания точек нулевой РЧ энергии в создающих помехи областях между кластерами DIDO.The method proposed in the present description operates within the supercluster shown in FIG. 36, since the links between the BTS via the BSN must have a low delay. To suppress interference in the overlapping region of various superclusters, we can apply our method described in [5], using additional antennas to create points of zero RF energy in the interfering regions between DIDO clusters.

Следует отметить, что термины «пользователь» и «клиент» используются здесь взаимозаменяемо.It should be noted that the terms “user” and “client” are used interchangeably herein.

ЛитератураLiterature

[1] S. Robinson, «Toward an Optimal Algorithm for Matrix Multiplication», SIAM News, том 38, №9, ноябрь 2005 г.[1] S. Robinson, “Toward an Optimal Algorithm for Matrix Multiplication,” SIAM News, Volume 38, No. 9, November 2005.

[2] D. Coppersmith and S. Winograd, «Matrix Multiplication via Arithmetic Progression», J. Symb. Сотр., том 9, стр. 251-280, 1990 г.[2] D. Coppersmith and S. Winograd, “Matrix Multiplication via Arithmetic Progression”, J. Symb. Sotr., Volume 9, pp. 251-280, 1990.

[3] Н. Cohn, R. Kleinberg, В. Szegedy, С. Umans, «Group-theoretic Algorithms for Matrix Multiplication», стр. 379-388, ноябрь 2005 г.[3] N. Cohn, R. Kleinberg, W. Szegedy, S. Umans, “Group-theoretic Algorithms for Matrix Multiplication,” pp. 379-388, November 2005.

[4] W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B.P. Flarmery «NUMEPJCAL RECIPES IN C: THE ART OF SCIENTIFIC COMPUTING», Cambridge University Press, 1992 г.[4] W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B.P. Flarmery, “NUMEPJCAL RECIPES IN C: THE ART OF SCIENTIFIC COMPUTING,” Cambridge University Press, 1992.

[5] A. Forenza and S.G. Perlman, «Управление помехами, стратегия эстафетной передачи, управление мощностью и адаптация линий связи в системах связи с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO)», заявка на патент №12/802,988, поданная 16 июня 2010 г.[5] A. Forenza and S.G. Perlman, “Interference management, handover strategies, power management and link adaptation in distributed input-distributed output (DIDO) communication systems”, patent application filed No. 12 / 802,988, filed June 16, 2010

[6] Per-Erik Eriksson and Bjorn Odenhammar, «VDSL2: Next important broadband techno logy», Ericsson Review №. 1, 2006 г.[6] Per-Erik Eriksson and Bjorn Odenhammar, “VDSL2: Next important broadband techno logy”, Ericsson Review No. 1, 2006

III. Системы и способы использования областей когерентности в беспроводных системахIII. Systems and methods for using coherence areas in wireless systems

Пропускная способность многоантенных систем (MAS) в реальных условиях распространения представляет собой функцию от пространственного разнесения, доступного для беспроводной линии связи. Пространственное разнесение определяют через распределение рассеивающих объектов в беспроводном канале, а также геометрию передающей и принимающей антенных решеток.Multi-Antenna System (MAS) throughput under real-world propagation conditions is a function of the spatial diversity available on a wireless link. Spatial diversity is determined through the distribution of scattering objects in the wireless channel, as well as the geometry of the transmitting and receiving antenna arrays.

Одна из популярных моделей MAS представляет собой так называемую модель с кластерными каналами, определяющую группы рассеивателей как кластеры, расположенные вокруг передатчиков и приемников. В общем случае, чем больше кластеров и чем больше их угловое расхождение, тем выше пространственное разнесение и пропускная способность, достижимая для беспроводных линий связи. Модели с кластерными каналами признаны действенными на основе множества фактических измерений [1-2], и вариации таких моделей приняты различными стандартами для беспроводных соединений внутри помещений (например, IEEE 802.11n Technical Group [3] для WLAN) и вне помещений (3GPP Technical Specification Group для сотовых систем 3G [4]).One of the popular MAS models is the so-called cluster channel model, which defines groups of scatterers as clusters located around transmitters and receivers. In general, the more clusters and the greater their angular divergence, the higher the spatial diversity and throughput achievable for wireless communication lines. Cluster channel models are recognized to be effective based on many actual measurements [1-2], and variations of such models have been adopted by various standards for indoor wireless connections (for example, IEEE 802.11n Technical Group [3] for WLAN) and outdoor (3GPP Technical Specification Group for 3G cellular systems [4]).

Другие факторы, определяющие пространственное разнесение в беспроводных каналах, представляют собой параметры антенных решеток, включая: расстояние между антенными элементами [5-7], количество антенн [8-9], апертуру решетки [10-11], геометрию решетки [5, 12, 13], поляризацию и диаграмму направленности антенны [14-28].Other factors that determine spatial diversity in wireless channels are the parameters of the antenna arrays, including: the distance between the antenna elements [5-7], the number of antennas [8-9], the aperture of the array [10-11], the geometry of the array [5, 12 , 13], polarization and antenna pattern [14-28].

Единая модель, описывающая влияние устройства антенной решетки и параметров канала распространения на пространственное разнесение (или степени свободы) беспроводной линии связи, представлена в [29]. Модель принятого сигнала в [29] описывают уравнением:A single model describing the effect of the antenna array device and the parameters of the propagation channel on the spatial diversity (or degree of freedom) of a wireless communication line is presented in [29]. The model of the received signal in [29] is described by the equation:

Figure 00000053
Figure 00000053

где x(p)∈C3 - поляризованный вектор, описывающий передаваемый сигнал, p, q∈R3 - элементы поляризованного вектора, описывающие передающую и приемную антенные решетки соответственно, и

Figure 00000054
- матрица, описывающая отклик системы между элементами передающего и приемного вектора и имеющая вид:where x (p) ∈C 3 is the polarized vector describing the transmitted signal, p, q∈R 3 are the elements of the polarized vector describing the transmitting and receiving antenna arrays, respectively, and
Figure 00000054
- a matrix describing the response of the system between the elements of the transmitting and receiving vector and having the form:

Figure 00000055
Figure 00000055

где

Figure 00000056
- характеристики передающей и приемной антенных решеток соответственно, а
Figure 00000057
- матрица отклика канала, где элементы матрицы представляют собой комплексное усиление между направлением передачи
Figure 00000058
и направлением приема
Figure 00000059
. В системах DIDO устройства пользователя могут иметь одну или множество антенн. Для упрощения примем, что мы имеем дело с приемником с единственной антенной и идеальной изотропной диаграммой. Приведем матрицу отклика системы к следующему виду:Where
Figure 00000056
- characteristics of the transmitting and receiving antenna arrays, respectively, and
Figure 00000057
- channel response matrix, where the matrix elements are the complex gain between the direction of transmission
Figure 00000058
and direction of admission
Figure 00000059
. In DIDO systems, user devices may have one or multiple antennas. To simplify, we assume that we are dealing with a receiver with a single antenna and an ideal isotropic diagram. We bring the response matrix of the system to the following form:

Figure 00000060
Figure 00000060

где учтена только диаграмма передающей антенны

Figure 00000061
.where only the transmit antenna diagram is taken into account
Figure 00000061
.

На основе уравнений Максвелла и ограничения дальней зоны функции Грина отклик решетки можно приближенно выразить как [29]:Based on the Maxwell equations and the limitation of the far zone of the Green's function, the lattice response can be approximately expressed as [29]:

Figure 00000062
Figure 00000062

при p∈P, причем P представляет собой пространство, определяющее антенную решетку, и где:when p∈P, and P is the space that defines the antenna array, and where:

Figure 00000063
Figure 00000063

при

Figure 00000064
. Для неполяризованных антенн изучение отклика решетки равноценно изучению ядра интеграла, представленного выше. Далее мы показываем конечный вид выражения для ядер интеграла для различных типов решеток.at
Figure 00000064
. For unpolarized antennas, studying the lattice response is equivalent to studying the core of the integral presented above. Next, we show the final form of the expression for the kernels of the integral for various types of lattices.

Неполяризованные линейные антенные решеткиNon-polarized linear antenna arrays

Для неполяризованных линейных решеток длиной L (нормализованных длиной волны) и антенных элементов, ориентированных вдоль оси z и с центром в начале координат, ядро интеграла имеет вид [29]:For unpolarized linear arrays of length L (normalized by wavelength) and antenna elements oriented along the z axis and centered at the origin, the kernel of the integral has the form [29]:

a(cosθ,pz)=exp(-j2πpzcosθ).a (cosθ, p z ) = exp (-j2πp z cosθ).

Расширив данное выражение до ряда сдвинутых диад, мы получим, что функция sinc имеет разрешение 1/L, а размерность подпространства, ограниченного решеткой и приблизительно ограниченного волновым вектором (т.е. степени свободы), имеет вид:Expanding this expression to a series of shifted dyads, we obtain that the function sinc has a resolution of 1 / L, and the dimension of the subspace bounded by the lattice and approximately bounded by the wave vector (i.e., the degree of freedom) has the form:

Figure 00000065
Figure 00000065

где

Figure 00000066
. Мы рассматриваем это для поперечно-направленных антенных решеток
Figure 00000067
, поскольку для продольно-направленных антенн
Figure 00000068
.Where
Figure 00000066
. We consider this for cross-directional antenna arrays.
Figure 00000067
since for longitudinally directed antennas
Figure 00000068
.

Неполяризованные сферические антенные решеткиNon-polarized spherical antenna arrays

Ядро интеграла для сферической решетки радиуса R (нормализованное длиной волны) имеет вид [29]:The core of the integral for a spherical lattice of radius R (normalized by the wavelength) has the form [29]:

Figure 00000069
Figure 00000069

Разложив вышеупомянутую функцию на сумму сферических функций Бесселя первого рода, мы получим разрешение сферической решетки в виде 1/(πR2), а число степеней свободы в виде:Having decomposed the above function into the sum of Bessel spherical functions of the first kind, we obtain the resolution of the spherical lattice in the form 1 / (πR 2 ), and the number of degrees of freedom in the form:

Figure 00000070
Figure 00000070

где А - площадь сферической решетки и

Figure 00000071
.where A is the area of the spherical lattice and
Figure 00000071
.

Области когерентности в беспроводных каналахCoherence Areas in Wireless Channels

Зависимость между разрешением сферических антенных решеток и их площадью А представлена на фиг. 43. Сфера в центре представляет собой сферическую решетку площадью А. Проекция кластеров каналов на единичную сферу определяет различные области рассеяния с размерами, пропорциональными угловому расхождению кластеров. Область размера 1/А внутри каждого кластера, называемая «областью когерентности», обозначает проекцию базисных функций поля излучения решетки и определяет разрешение решетки в пространстве волновых векторов.The relationship between the resolution of spherical antenna arrays and their area A is shown in FIG. 43. The sphere in the center is a spherical lattice with area A. The projection of the channel clusters onto a single sphere defines various scattering regions with dimensions proportional to the angular divergence of the clusters. A region of size 1 / A inside each cluster, called a “region of coherence," denotes the projection of the basis functions of the radiation field of the grating and determines the resolution of the grating in the space of wave vectors.

Сравнивая фиг. 43 и фиг. 44, мы наблюдаем, что размер области когерентности уменьшается обратно пропорционально размеру решетки. В действительности, большие решетки могут фокусировать энергию на меньших площадях, что в итоге дает большее число степеней свободы DF. Следует заметить, что общее количество степеней свободы также зависит от углового расхождения кластера, как указано в определении выше.Comparing FIG. 43 and FIG. 44, we observe that the size of the coherence region decreases inversely with the size of the lattice. In fact, large gratings can focus energy on smaller areas, which ultimately gives more degrees of freedom DF. It should be noted that the total number of degrees of freedom also depends on the angular divergence of the cluster, as indicated in the definition above.

На фиг. 45 представлен другой пример, в котором размер решетки покрывает еще большую площадь, чем на фиг. 44, что приводит к появлению дополнительных степеней свободы. В системах DIDO апертуру решетки можно приблизительно вычислить по общей площади, покрытой всеми передатчиками DIDO (предполагая, что антенны разнесены между собой на расстояние длины волны). Далее, на фиг. 45 показано, что в системах DIDO можно добиться увеличения количества степеней свободы путем распределения антенн в пространстве, что уменьшает размер областей когерентности. Следует заметить, что все фигуры сгенерированы в предположении, что решетки имеют идеальную сферическую форму. На практике антенны DIDO размещены в хаотичном порядке на довольно больших площадях, и результирующая форма областей когерентности может не иметь такой идеальной формы, как изображено на фигурах.In FIG. 45 shows another example in which the size of the grating covers an even larger area than in FIG. 44, which leads to the appearance of additional degrees of freedom. In DIDO systems, the lattice aperture can be approximately calculated from the total area covered by all DIDO transmitters (assuming that the antennas are spaced apart by a wavelength distance). Further, in FIG. 45 shows that in DIDO systems it is possible to increase the number of degrees of freedom by distributing the antennas in space, which reduces the size of the coherence regions. It should be noted that all the figures are generated under the assumption that the lattices have an ideal spherical shape. In practice, DIDO antennas are randomly placed over fairly large areas, and the resulting shape of the coherence regions may not have such an ideal shape as shown in the figures.

На фиг. 46 показано, что при увеличении размера решетки беспроводные каналы включают в себя больше кластеров, так как радиоволны рассеивает большее количество объектов, находящихся между передатчиками DIDO. Вследствие этого возможно получить большее количество базисных функций (охватывающих поле излучения), что приведет к появлению дополнительных степеней свобод в соответствии с вышеупомянутым определением.In FIG. 46 shows that as the size of the grating increases, wireless channels include more clusters, since more objects located between DIDO transmitters scatter radio waves. As a result of this, it is possible to obtain a larger number of basis functions (covering the radiation field), which will lead to the appearance of additional degrees of freedom in accordance with the above definition.

Многопользовательские (MU) многоантенные системы (MAS), описанные в настоящей заявке на патент, используют область когерентности беспроводного канала для создания множества одновременных, независимых, не создающих друг другу помех потоков данных для разных пользователей. Для заданных условий канала и распределения пользователей базисные функции поля излучения решетки выбирают для создания независимых одновременных беспроводных линий связи для разных пользователей таким способом, чтобы у каждого пользователя в линии связи не возникали помехи. Когда MU-MAS известны каналы между каждым передатчиком и каждым пользователем, передача предварительного кодирования регулируется на основе этой информации для создания отдельных областей когерентности для различных пользователей.The multi-user (MU) multi-antenna systems (MAS) described in this patent application use the coherence domain of a wireless channel to create multiple simultaneous, independent, non-interfering data streams for different users. For given channel conditions and user distribution, the basic functions of the radiation field of the grating are selected to create independent simultaneous wireless communication lines for different users in such a way that each user does not encounter interference in the communication line. When the channels between each transmitter and each user are known to the MU-MAS, the precoding transmission is adjusted based on this information to create separate areas of coherence for different users.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения MU-MAS выполнена с возможностью использовать предварительное нелинейное кодирование, например, кодирование «dirty-paper coding» (DPC) [30-31] или предварительное кодирование Томлинсона-Харашимы (ТН) [32-33]. В другом варианте осуществления настоящего изобретения MU-MAS выполнена с возможностью использовать нелинейное предварительное кодирование, например предварительное кодирование с блочной диагонализацией (BD), как описано в наших предыдущих заявках на патент [0003-0009], или формирование луча с управляемым положением нуля (ZF-BF) [34].In one embodiment of the present invention, the MU-MAS is configured to use non-linear pre-coding, for example, dirty-paper coding (DPC) [30-31] or Tomlinson-Harashima (T) precoding [32-33]. In another embodiment of the present invention, the MU-MAS is configured to use non-linear precoding, such as block diagonalization (BD) precoding, as described in our previous patent applications [0003-0009], or beamforming with a controlled zero position (ZF -BF) [34].

Для запуска предварительного кодирования MU-MAS необходимо иметь информацию о состоянии канала (CSI). CSI доступна для MU-MAS посредством передачи по каналу обратной связи или при оценке через восходящий канал в предположении, что обратимость восходящего/нисходящего каналов возможна в дуплексных системах с временным разделением (TDD). Один из способов ограничения объема обратной связи, необходимой CSI, представляет собой применение способов ограниченной обратной связи [35-37]. В одном варианте осуществления MU-MAS выполнена с возможностью использовать способы ограниченной обратной связи для уменьшения непроизводительных затрат CSI в канале управления. Разработка кодировочной книги очень важна для способов ограниченной обратной связи. В одном варианте осуществления кодировочную книгу создают из базисных функций, охватывающих поле излучения передающей решетки.To start MU-MAS precoding, you must have Channel Status Information (CSI). CSI is available to MU-MAS through feedback or uplink channel assumption, assuming uplink / downlink reversibility is possible in time division duplex (TDD) systems. One way to limit the amount of feedback required by CSI is to use limited feedback methods [35-37]. In one embodiment, the MU-MAS is configured to use limited feedback techniques to reduce CSI overhead on the control channel. Designing a codebook is very important for limited feedback methods. In one embodiment, the encoding book is created from basic functions covering the radiation field of the transmitting array.

Если пользователи перемещаются в пространстве или среда передачи данных со временем изменяется из-за передвигающихся объектов (таких как люди или машины), области когерентности меняют свое местоположение и форму. Это возникает из-за известного эффекта Доплера в беспроводных связях. MU-MAS, описанная в настоящей заявке на патент, регулирует предварительное кодирование для постоянной адаптации области когерентности для каждого пользователя, когда из-за эффекта Доплера изменяется среда. Такая адаптация областей когерентности создает для различных пользователей одновременные, не вызывающие друг в друге помехи каналы.If users move in space or the data medium changes over time due to moving objects (such as people or cars), the coherence regions change their location and shape. This is due to the well-known Doppler effect in wireless communications. The MU-MAS described in this patent application regulates precoding to constantly adapt the coherence region for each user when the environment changes due to the Doppler effect. Such adaptation of the coherence regions creates simultaneous channels that do not interfere with each other for different users.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения применяют адаптивный выбор подмножества антенн системы MU-MAS для создания областей когерентности различных размеров. Например, если расположение абонентов сильно разнесено в пространстве (например, в пригороде, или в такое время суток, в которое используется мало беспроводных ресурсов), выбирают только небольшое подмножество антенн, а размер области когерентности сильно зависит от размера решетки, как показано на фиг. 43. В альтернативном варианте осуществления в сильно населенных областях (например, в городских районах, или в такое время суток, на которое приходится пиковое использование беспроводных услуг), выбирают большее количество антенн для создания небольших областей когерентности для пользователей в непосредственной близости друг от друга.In another embodiment of the present invention, adaptive selection of a subset of antennas of the MU-MAS system is used to create coherence regions of various sizes. For example, if the location of the subscribers is greatly spaced in space (for example, in the suburbs, or at a time of the day that uses little wireless resources), only a small subset of antennas is selected, and the size of the coherence region strongly depends on the size of the array, as shown in FIG. 43. In an alternative embodiment, in heavily populated areas (for example, in urban areas, or at such times of the day that peak use of wireless services), more antennas are chosen to create small areas of coherence for users in close proximity to each other.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения MU-MAS представляет собой систему DIDO, как описано в предыдущих патентных заявках [0003-0009]. В системах DIDO для создания области когерентности для разных пользователей используют линейное или нелинейное предварительное кодирование и/или способы ограниченной обратной связи.In one embodiment of the present invention, the MU-MAS is a DIDO system as described in previous patent applications [0003-0009]. In DIDO systems, linear or non-linear precoding and / or limited feedback methods are used to create a coherence region for different users.

Численные результатыNumerical results

Начнем с вычисления количества степеней свободы в обычных системах с множественными входами - множественными выходами (MIMO) в зависимости от размера решетки. Рассмотрим неполяризованные линейные антенные решетки и два типа моделей канала: находящиеся в помещении, как в стандарте для WiFi IEEE 802.11n, и вне помещения, как в стандарте для систем сотовой связи 3GPP-LTE. Модель канала внутри помещения в [3] определяет количество кластеров в диапазоне [2, 6] и угловое расхождение в диапазоне [15°, 40°]. Модель канала вне помещения в условиях маленького городского района определяет около 6 кластеров и угловое расхождение базовой станции приблизительно в 20°.Let's start by calculating the number of degrees of freedom in conventional systems with multiple inputs - multiple outputs (MIMO) depending on the size of the grating. Consider non-polarized linear antenna arrays and two types of channel models: those located indoors, as in the standard for WiFi IEEE 802.11n, and outdoors, as in the standard for 3GPP-LTE cellular communication systems. The indoor channel model in [3] determines the number of clusters in the range [2, 6] and the angular divergence in the range [15 °, 40 °]. An outdoor channel model in a small urban area defines about 6 clusters and an angular divergence of the base station of approximately 20 °.

На фиг. 47 представлены степени свободы систем MIMO в реальных сценариях распространения в помещении и вне помещения. Например, в случае линейных решеток с десятью антеннами, расположенными на расстоянии длины волны друг от друга, максимальное количество степеней свободы (или количество пространственных каналов), доступных для беспроводной линии связи, ограничено примерно тремя для сценариев вне помещения и семью внутри помещения. Конечно, каналы внутри помещения обеспечивают большее количество степеней свободы вследствие большего углового расхождения.In FIG. 47 shows the degrees of freedom of MIMO systems in real-world indoor and outdoor distribution scenarios. For example, in the case of linear arrays with ten antennas located at a wavelength distance from each other, the maximum number of degrees of freedom (or the number of spatial channels) available for a wireless communication line is limited to about three for outdoor scenarios and an indoor family. Of course, indoor channels provide more degrees of freedom due to greater angular divergence.

Далее посчитаем степени свободы в системах DIDO. Рассмотрим случай, в котором антенны размещены в трехмерном пространстве, например, в сценарии для центра города, где точки доступа DIDO могут располагаться на разных этажах соседних зданий. В этом случае в модели мы рассматриваем сферические решетки передающих антенн DIDO (соединенных между собой посредством оптоволокна или магистральной сети DSL). Также мы предполагаем, что кластеры равномерно размещены под пространственным углом.Next, we calculate the degrees of freedom in DIDO systems. Consider the case in which the antennas are located in three-dimensional space, for example, in a scenario for the city center, where DIDO access points can be located on different floors of neighboring buildings. In this case, in the model, we consider the spherical arrays of the DIDO transmit antennas (interconnected by means of fiber optic or DSL backbone network). We also assume that the clusters are evenly spaced at a spatial angle.

На фиг. 48 представлены степени свободы в системах DIDO в зависимости от диаметра решетки. Мы видим, что для диаметра, соответствующего десяти длинам волн, в системах DIDO доступно приблизительно 1000 степеней свободы. В теории для пользователей можно создать 1000 не создающих друг в друге помех каналов. Увеличение пространственного разнесения вследствие распределенных в пространстве антенн представляет собой ключевой момент в увеличении выигрыша в системах DIDO по сравнению с системами MIMO.In FIG. 48 shows the degrees of freedom in DIDO systems depending on the diameter of the grating. We see that for a diameter corresponding to ten wavelengths, approximately 1000 degrees of freedom are available in DIDO systems. In theory, users can create 1000 channels that do not interfere with each other. The increase in spatial diversity due to space-distributed antennas is a key point in increasing the gain in DIDO systems compared to MIMO systems.

Для сравнения покажем степени свободы, достижимые в пригородной среде с системами DIDO. Принимаем, что кластеры разнесены в пределах вертикальных углов [α,π-α], и определяем пространственный угол кластеров как

Figure 00000072
. Например, для сценария с двухэтажными зданиями в пригородной зоне вертикальный угол рассеивателей может составлять α=60°. Количество степеней свободы для данного случая в зависимости от длины волны представлено на фиг. 48.For comparison, we show the degrees of freedom attainable in a suburban environment with DIDO systems. We assume that the clusters are spaced within the vertical angles [α, π-α], and we determine the spatial angle of the clusters as
Figure 00000072
. For example, for a scenario with two-story buildings in a suburban area, the vertical angle of the diffusers may be α = 60 °. The number of degrees of freedom for this case depending on the wavelength is shown in FIG. 48.

ЛитератураLiterature

[1] А.А.М. Saleh and R.A. Valenzuela, «А statistical model for indoor multipath propagation», IEEE Jour. Select. Areas in Comm., том 195 SAC-5, №2, стр. 128-137, февраль 1987 г.[1] A.A.M. Saleh and R.A. Valenzuela, “A statistical model for indoor multipath propagation,” IEEE Jour. Select Areas in Comm., Volume 195 SAC-5, No. 2, pp. 128-137, February 1987

[2] J.W. Wallace and M.A. Jensen, «Statistical characteristics of measured MIMO wireless channel data and comparison to conventional models», Proc. IEEE Veh. Technol. Conf, том 2, №7-11, стр. 1078-1082, октябрь 2001 г.[2] J.W. Wallace and M.A. Jensen, “Statistical characteristics of measured MIMO wireless channel data and comparison to conventional models”, Proc. IEEE Veh. Technol. Conf, Volume 2, No. 7-11, pp. 1078-1082, October 2001

[3] V. Erceg et al., «TGn channel models», IEEE 802.11-03/940r4, май 2004 г.[3] V. Erceg et al., “TGn channel models”, IEEE 802.11-03 / 940r4, May 2004

[4] 3GPP Technical Specification Group, «Spatial channel model, SCM-134 text V6.0», Spatial Channel Model AHG (Combined ad-hoc from 3GPP and 3GPP2), апрель 2003 г.[4] 3GPP Technical Specification Group, “Spatial channel model, SCM-134 text V6.0”, Spatial Channel Model AHG (Combined ad-hoc from 3GPP and 3GPP2), April 2003.

[5] D.-S. Shiu, G.J. Foschini, M.J. Gans, and J.M. Kahn, «Fading correlation and its effect on the capacity of multielement antenna systems», IEEE Trans. Comm., том 48, №3, стр. 502-513, март 2000 г.[5] D.-S. Shiu, G.J. Foschini, M.J. Gans, and J.M. Kahn, "Fading correlation and its effect on the capacity of multielement antenna systems", IEEE Trans. Comm., Volume 48, No. 3, pp. 502-513, March 2000

[6] V. Pohl, V. Jungnickel, Т. Haustein, and С. von Helmolt, «Antenna spacing in MIMO indoor channels», Proc. IEEE Veh. Technol. Conf., том 2, стр. 749-753, май 2002 г.[6] V. Pohl, V. Jungnickel, T. Haustein, and C. von Helmolt, “Antenna spacing in MIMO indoor channels”, Proc. IEEE Veh. Technol. Conf., Volume 2, pp. 749-753, May 2002.

[7] М. Stoytchev, Н. Safar, A.L. Moustakas, and S. Simon, «Compact antenna arrays for MIMO applications», Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., том 3, стр. 708-711, июль 2001 г.[7] M. Stoytchev, N. Safar, A.L. Moustakas, and S. Simon, “Compact antenna arrays for MIMO applications,” Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., Volume 3, pp. 708-711, July 2001

[8] K. Sulonen, P. Suvikunnas, L. Vuokko, J. Kivinen, and P. Vainikainen, «Comparison of MIMO antenna configurations in picocell and microcell environments», IEEE Jour. Select. Areas in Comm., том 21, стр. 703-712, июнь 2003 г.[8] K. Sulonen, P. Suvikunnas, L. Vuokko, J. Kivinen, and P. Vainikainen, “Comparison of MIMO antenna configurations in picocell and microcell environments”, IEEE Jour. Select Areas in Comm., Volume 21, pp. 703-712, June 2003

[9] Shuangqing Wei, D.L. Goeckel, and R. Janaswamy, «On the asymptoticcapacity of MIMO systems with fixed length linear antenna arrays», Proc. IEEE Int. Conf. on Comm., том 4, стр. 2633-2637, 2003 г.[9] Shuangqing Wei, D.L. Goeckel, and R. Janaswamy, “On the asymptoticcapacity of MIMO systems with fixed length linear antenna arrays”, Proc. IEEE Int. Conf. on Comm., Volume 4, pp. 2633-2637, 2003

[10] Т.S. Pollock, Т.D. Abhayapala, and R.A. Kennedy, «Antenna saturation effects on MIMO capacity», Proc. IEEE Int. Conf. on Comm., 192 том 4, стр. 2301-2305, май 2003 г.[10] T.S. Pollock, T.D. Abhayapala, and R.A. Kennedy, "Antenna saturation effects on MIMO capacity", Proc. IEEE Int. Conf. on Comm., 192 volume 4, pp. 2301-2305, May 2003

[11] М.L. Morris and М.A. Jensen, «The impact of array configuration on MIMO wireless channel capacity», Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., том 3, стр. 214-217, июнь 2002 г.[11] M.L. Morris and M.A. Jensen, “The impact of array configuration on MIMO wireless channel capacity”, Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., Volume 3, pp. 214-217, June 2002

[12] Liang Xiao, Lin Dal, Hairuo Zhuang, Shidong Zhou, and Yan Yao, «A comparative study of MIMO capacity with different antenna topologies», IEEE ICCS'02, том 1, стр. 431-435, ноябрь 2002 г.[12] Liang Xiao, Lin Dal, Hairuo Zhuang, Shidong Zhou, and Yan Yao, “A comparative study of MIMO capacity with different antenna topologies”, IEEE ICCS'02, Volume 1, pp. 431-435, November 2002.

[13] A. Forenza and R.W. Heath Jr., «Impact of antenna geometry on MIMO communication in indoor clustered channels», Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., том 2, стр. 1700-1703, июнь 2004 г.[13] A. Forenza and R.W. Heath Jr., “Impact of antenna geometry on MIMO communication in indoor clustered channels”, Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., Volume 2, pp. 1700-1703, June 2004

[14] M.R. Andrews, P.P. Mitra, and R. deCarvalho, «Tripling the capacity of wireless communications using electromagnetic polarization», Nature, том 409, стр. 316-318, январь 2001 г.[14] M.R. Andrews, P.P. Mitra, and R. deCarvalho, “Tripling the capacity of wireless communications using electromagnetic polarization”, Nature, Volume 409, pp. 316-318, January 2001.

[15] D.D. Stancil, A. Berson, J.P. Van't Hof, R. Negi, S. Sheth, and P. Patel, «Doubling wireless channel capacity using co-polarised, co-located electric and magnetic dipoles», Electronics Letters, том 38, стр. 746-747, июль 2002 г.[15] D.D. Stancil, A. Berson, J.P. Van't Hof, R. Negi, S. Sheth, and P. Patel, “Doubling wireless channel capacity using co-polarised, co-located electric and magnetic dipoles”, Electronics Letters, Volume 38, pp. 746-747, July 2002 year

[16] Т. Svantesson, «On capacity and correlation of multi-antenna systems employing multiple polarizations», Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., том 3, стр. 202-205, июнь 2002 г.[16] T. Svantesson, “On capacity and correlation of multi-antenna systems employing multiple polarizations”, Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., Volume 3, pp. 202-205, June 2002

[17] С. Degen and W. Keusgen, «Performance evaluation of MIMO systems using dual-polarized antennas», Proc. IEEE Int. Conf. on Telecommun., том 2, стр. 1520-1525, февраль 2003 г.[17] S. Degen and W. Keusgen, “Performance evaluation of MIMO systems using dual-polarized antennas,” Proc. IEEE Int. Conf. on Telecommun., Volume 2, pp. 1520-1525, February 2003

[18] R. Vaughan, «Switched parasitic elements for antenna diversity», IEEE Trans. Antennas Propagat., том 47, стр. 399-405, февраль 1999 г.[18] R. Vaughan, “Switched parasitic elements for antenna diversity”, IEEE Trans. Antennas Propagat., Volume 47, pp. 399-405, February 1999.

[19] P. Mattheijssen, M.H.A.J. Herben, G. Dolmans, and L. Leyten, «Antenna-pattern diversity versus space diversity for use at handhelds», IEEE Trans, on Veh. Technol., том 53, стр. 1035-1042, июль 2004 г.[19] P. Mattheijssen, M.H.A.J. Herben, G. Dolmans, and L. Leyten, "Antenna-pattern diversity versus space diversity for use at handhelds", IEEE Trans, on Veh. Technol., Volume 53, pp. 1035-1042, July 2004.

[20] L. Dong, H. Ling, and R.W. Heath Jr., «Multiple-input multiple-output wireless communication systems using antenna pattern diversity», Proc. IEEE Glob. Telecom. Conf., том 1, стр. 997-1001, ноябрь 2002 г.[20] L. Dong, H. Ling, and R.W. Heath Jr., “Multiple-input multiple-output wireless communication systems using antenna pattern diversity”, Proc. IEEE Glob. Telecom Conf., Volume 1, pp. 997-1001, November 2002

[21] J.В. Andersen and В.N. Getu, «The MIMO cube-a compact MIMO antenna», IEEE Proc. of Wireless Personal Multimedia Communications Int. Symp., том 1, стр. 112-114, октябрь 2002 г.[21] J.V. Andersen and B.N. Getu, “The MIMO cube-a compact MIMO antenna”, IEEE Proc. of Wireless Personal Multimedia Communications Int. Symp., Volume 1, pp. 112-114, October 2002.

[22] С. Waldschmidt, С. Kuhnert, S. Schulteis, and W. Wiesbeck, «Compact MIMO-arrays based on polarisation-diversity», Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., том 2, стр. 499-502, июнь 2003 г.[22] S. Waldschmidt, S. Kuhnert, S. Schulteis, and W. Wiesbeck, “Compact MIMO-arrays based on polarization-diversity”, Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., Volume 2, pp. 499-502, June 2003

[23] С.В. Dietrich Jr, K. Dietze, J.R. Nealy, and W.L. Stutzman, «Spatial, polarization, and pattern diversity for wireless handheld terminals», Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., том 49, стр. 1271-1281, сентябрь 2001 г.[23] C.V. Dietrich Jr, K. Dietze, J.R. Nealy, and W.L. Stutzman, "Spatial, polarization, and pattern diversity for wireless handheld terminals", Proc. IEEE Antennas and Prop. Symp., Volume 49, pp. 1271-1281, September 2001.

[24] S. Visuri and D.T. Slock, «Colocated antenna arrays: design desiderata for wireless communications», Proc. of Sensor Array and Multichannel Sign. Proc. Workshop, стр. 580-584, август 2002 г.[24] S. Visuri and D.T. Slock, “Colocated antenna arrays: design desiderata for wireless communications”, Proc. of Sensor Array and Multichannel Sign. Proc. Workshop, pp. 580-584, August 2002.

[25] A. Forenza and R.W. Heath Jr., «Benefit of pattern diversity via 2-element array of circular patch antennas in indoor clustered MIMO channels», IEEE Trans, on Communications, том 54, №5, стр. 943-954, май 2006 г.[25] A. Forenza and R.W. Heath Jr., “Benefit of pattern diversity via 2-element array of circular patch antennas in indoor clustered MIMO channels”, IEEE Trans, on Communications, Volume 54, No. 5, pp. 943-954, May 2006.

[26] A. Forenza and R.W. Heath, Jr., «Optimization Methodology for Designing 2-CPAs Exploiting Pattern Diversity in Clustered MIMO Channels», IEEE Trans, on Communications, том 56, №10, стр. 1748-1759, октябрь 2008 г.[26] A. Forenza and R.W. Heath, Jr., “Optimization Methodology for Designing 2-CPAs Exploiting Pattern Diversity in Clustered MIMO Channels,” IEEE Trans, on Communications, Volume 56, No. 10, pp. 1748-1759, October 2008.

[27] D. Piazza, N.J. Kirsch, A. Forenza, R.W. Heath, Jr., and K.R. Dandekar, «Design and Evaluation of a Reconfigurable Antenna Array for MIMO Systems», IEEE Transactions on Antennas and Propagation, том 56, №3, стр 869-881, март 2008 г.[27] D. Piazza, N.J. Kirsch, A. Forenza, R.W. Heath, Jr., and K.R. Dandekar, “Design and Evaluation of a Reconfigurable Antenna Array for MIMO Systems”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Volume 56, No. 3, pp. 869-881, March 2008.

[28] R. Bhagavatula, R.W. Heath, Jr., A. Forenza, and S. Vishwanath, «Sizing up MIMO Arrays», IEEE Vehicular Technology Magazine, том 3, №4, стр. 31-38, декабрь 2008 г.[28] R. Bhagavatula, R.W. Heath, Jr., A. Forenza, and S. Vishwanath, “Sizing up MIMO Arrays,” IEEE Vehicular Technology Magazine, Volume 3, No. 4, pp. 31-38, December 2008.

[29] Ada Poon, R. Brodersen and D. Tse, «Degrees of Freedom in Multiple Antenna Channels: A Signal Space Approach», IEEE Transactions on Information Theory, том 51(2), февраль 2005 г., стр. 523-536.[29] Ada Poon, R. Brodersen and D. Tse, “Degrees of Freedom in Multiple Antenna Channels: A Signal Space Approach”, IEEE Transactions on Information Theory, Volume 51 (2), February 2005, p. 523- 536.

[30] М. Costa, «Writing on dirty paper», IEEE Transactions on Information Theory, том 29, №3, стр. 439-441, май 1983 г.[30] M. Costa, “Writing on dirty paper,” IEEE Transactions on Information Theory, Volume 29, No. 3, pp. 439-441, May 1983.

[31] U. Erez, S. Shamai (Shitz), and R. Zamir, «Capacity and lattice-strategies for cancelling known interference», Proceedings of International Symposium on Information Theory, г. Гонолулу, Гавайи, ноябрь 2000 г.[31] U. Erez, S. Shamai (Shitz), and R. Zamir, “Capacity and lattice-strategies for cancelling known interference,” Proceedings of International Symposium on Information Theory, Honolulu, Hawaii, November 2000.

[32] М. Tomlinson, «New automatic equalizer employing modulo arithmetic», Electronics Letters, стр. 138-139, март 1971 г.[32] M. Tomlinson, “New automatic equalizer employing modulo arithmetic,” Electronics Letters, pp. 138-139, March 1971.

[33] H. Miyakawa and H. Harashima, «A method of code conversion for digital communication channels with intersymbol interference», Transactions of the Institute of Electronic[33] H. Miyakawa and H. Harashima, “A method of code conversion for digital communication channels with intersymbol interference”, Transactions of the Institute of Electronic

[34] R.A. Monziano and T.W. Miller, Introduction to Adaptive Arrays, New York: Wiley, 1980 г.[34] R.A. Monziano and T.W. Miller, Introduction to Adaptive Arrays, New York: Wiley, 1980

[35] T. Yoo, N. Jindal, and A. Goldsmith, «Multi-antenna broadcast channels with limited feedback and user selection», IEEE Journal on Sel. Areas in Communications, том 25, стр. 1478-91, июль 2007 г.[35] T. Yoo, N. Jindal, and A. Goldsmith, “Multi-antenna broadcast channels with limited feedback and user selection”, IEEE Journal on Sel. Areas in Communications, Volume 25, pp. 1478-91, July 2007

[36] P. Ding, D.J. Love, and M.D. Zoltowski, «On the sum rate of channel subspace feedback for multi-antenna broadcast channels», in Proc., IEEE Globecom, том 5, стр. 2699-2703, ноябрь 2005 г.[36] P. Ding, D.J. Love, and M.D. Zoltowski, “On the sum rate of channel subspace feedback for multi-antenna broadcast channels”, in Proc., IEEE Globecom, Volume 5, pp. 2699-2703, November 2005.

[37] N. Jindal, «MIMO broadcast channels with finite-rate feedback», IEEE Trans, on Info. Theory, том 52, стр. 5045-60, ноябрь 2006 г.[37] N. Jindal, “MIMO broadcast channels with finite-rate feedback”, IEEE Trans, on Info. Theory, Volume 52, pp. 5045-60, November 2006

IV. Системы и способы запланированного развития и устаревания многопользовательского спектраIV. Systems and methods for the planned development and obsolescence of the multi-user spectrum

Увеличивающаяся потребность в высокоскоростных беспроводных услугах и растущее число абонентов сотовой связи вызвали радикальную техническую революцию в индустрии беспроводных технологий за последние три десятилетия, от изначальных голосовых служб (AMPS [1-2]) до стандартов, поддерживающих цифровую речь (GSM [3-4], IS-95 CDMA [5]), поток данных (EDGE [6], EV-DO [7]) и просмотр данных в Интернете (WiFi [8-9], WiMAX [10-11], 3G [12-13], 4G [14-15]). Рост беспроводных технологий в течение последних лет обеспечили два важных достижения.The increasing demand for high-speed wireless services and the growing number of cellular subscribers have caused a radical technical revolution in the wireless technology industry over the past three decades, from the original voice services (AMPS [1-2]) to standards that support digital speech (GSM [3-4] , IS-95 CDMA [5]), data stream (EDGE [6], EV-DO [7]) and Internet browsing (WiFi [8-9], WiMAX [10-11], 3G [12-13 ], 4G [14-15]). The growth of wireless technology in recent years has been achieved by two important achievements.

i) Федеральная комиссия по связи США (FCC) [16] выделила новый спектр для поддержания новых стандартов. Например, в системах AMPS первого поколения количество каналов, распределенных FCC, выросло от изначальных 333 в 1983 г. до 416 в конце 1980-х годов для поддержки увеличивающегося количества абонентов сотовой связи. В последние годы коммерциализация таких технологий как Wi-Fi, Bluetooth и ZigBee стала возможной благодаря использованию нелицензированной полосы ISM, выделенной FCC в 1985 г. [17].i) The US Federal Communications Commission (FCC) [16] has identified a new spectrum to support new standards. For example, in first-generation AMPS systems, the number of channels distributed by the FCC grew from the original 333 in 1983 to 416 in the late 1980s to support the growing number of cellular subscribers. In recent years, the commercialization of technologies such as Wi-Fi, Bluetooth, and ZigBee has become possible thanks to the use of the unlicensed ISM band allocated by the FCC in 1985 [17].

ii) Индустрия беспроводных технологий создает новые способы, более эффективно использующие доступный ограниченный спектр для поддержки линий связи с большей скоростью передачи данных и увеличившегося числа клиентов. Значительной революцией в мире беспроводных технологий стал переход от аналоговых систем AMPS к цифровым D-AMPS и GSM в 1990-е годы, что позволило увеличить объем вызовов на заданной полосе частот вследствие увеличенной спектральной эффективности. Другую радикальную перемену принесло создание технологий пространственной обработки в начале 2000-х годов, таких как технология с множественными входами - множественными выходами (MIMO), что привело к четырехкратному увеличению скорости передачи данных по сравнению с предыдущими беспроводными сетями, а также их применение в различных стандартах (например, IEEE 802.11n для Wi-Fi, IEEE 802.16 для WiMAX, 3GPP для 4G-LTE).ii) The wireless technology industry is creating new ways that make better use of the limited available spectrum to support communication lines with higher data rates and an increased number of clients. A significant revolution in the world of wireless technologies was the transition from analog AMPS to digital D-AMPS and GSM in the 1990s, which made it possible to increase the volume of calls on a given frequency band due to increased spectral efficiency. Another radical change was the creation of spatial processing technologies in the early 2000s, such as technology with multiple inputs - multiple outputs (MIMO), which led to a fourfold increase in data transfer speed compared to previous wireless networks, as well as their use in various standards (e.g. IEEE 802.11n for Wi-Fi, IEEE 802.16 for WiMAX, 3GPP for 4G-LTE).

Несмотря на попытки создать решения для высокоскоростных беспроводных подключений, индустрия беспроводных технологий столкнулась с новыми задачами: необходимость обеспечить возможность потоковой передачи высококачественного (HD) видео для удовлетворения растущих потребностей таких сервисов, как игровая индустрия, а также обеспечить повсюду беспроводное покрытие (включая сельскую местность, где прокладка кабельных магистралей очень дорога и непрактична). В настоящее время самые продвинутые системы беспроводных стандартов (например, 4G-LTE) не могут обеспечить требования к скорости передачи данных и соответствовать ограничениям по времени задержки для сервисов с потоковой передачей данных высокого качества, особенно там, где сеть перегружена большим объемом одновременно действующих линий связи. И снова главными недостатками являются ограниченная доступность спектра и отсутствие спектрально эффективных технологий, которые могут по-настоящему увеличить скорость передачи данных и обеспечить полное покрытие.Despite attempts to create high-speed wireless connectivity solutions, the wireless technology industry has faced new challenges: the need to stream high-quality (HD) video to meet the growing needs of services such as the gaming industry, as well as provide wireless coverage everywhere (including rural areas, where cabling is very expensive and impractical). Currently, the most advanced wireless standards systems (for example, 4G-LTE) cannot meet the data transfer speed requirements and meet the delay time limits for high-quality streaming services, especially where the network is overloaded with a large volume of simultaneously operating communication lines . And again, the main disadvantages are the limited availability of the spectrum and the lack of spectrally efficient technologies that can truly increase the data transfer rate and provide full coverage.

В последние годы была разработана новая технология, называемая технологией с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO) [18-21] и описанная в наших предыдущих патентных заявках [0002-0009]. Технология DIDO обещает увеличение эффективного использования спектра в несколько раз, что позволит сервисам с потоковой передачей данных работать в перегруженных сетях.In recent years, a new technology has been developed called technology with distributed input - distributed output (DIDO) [18-21] and described in our previous patent applications [0002-0009]. DIDO technology promises to increase the effective use of the spectrum several times, which will allow services with streaming data to work in congested networks.

Одновременно с этим правительство США решает вопросы недостатка спектра путем запуска программы действий, которая освободит 500 МГц спектра в ближайшие 10 лет. Эту программу предложили 28 июня 2010 г., и ее цель представляет собой обеспечение возможности работы беспроводных технологий в новых полосах частот, а также предоставление полного высокоскоростного покрытия в городской и пригородных зонах [22]. В рамках этого проекта 23 сентября 2010 г. FCC предоставила доступ к почти 200 МГц сверхвысоких (VHF) и ультравысоких (UHF) частот спектра для нелицензированного использования, называемых «неиспользуемым спектром» [23]. Единственное ограничение при работе с данными полосами частот представляет собой запрет на создание опасных помех, поскольку в этой же полосе уже работают существующие беспроводные микрофонные устройства. В связи с этим 22 июля 2011 г. рабочая группа IEEE 802.22 закончила разработку стандарта для новых беспроводных систем, использующего технологию когнитивного радио (или «понимания спектра»), ключевой особенностью которой является динамическое отслеживание спектра и работа на доступных частотах, что позволяет избежать возникновения опасных помех сосуществующим беспроводным устройствам [24]. Недавно прошли дебаты о назначении части неиспользуемого спектра для лицензированного использования и выставлении этой части спектра на аукцион [25].At the same time, the US government is addressing spectrum shortfalls by launching an action program that will free up 500 MHz of spectrum in the next 10 years. This program was proposed on June 28, 2010, and its goal is to provide wireless technology in the new frequency bands, as well as providing full high-speed coverage in urban and suburban areas [22]. As part of this project, on September 23, 2010, the FCC provided access to nearly 200 MHz of ultra-high (VHF) and ultra-high (UHF) spectrum frequencies for unlicensed use, called “unused spectrum” [23]. The only limitation when working with these frequency bands is a ban on creating harmful interference, since existing wireless microphone devices are already operating in the same band. In this regard, on July 22, 2011, the IEEE 802.22 working group completed the development of a standard for new wireless systems using cognitive radio technology (or “spectrum understanding”), a key feature of which is dynamic spectrum tracking and operation at accessible frequencies, which avoids the occurrence hazardous interference with coexisting wireless devices [24]. There has recently been a debate about the designation of part of the unused spectrum for licensed use and the auctioning of this part of the spectrum [25].

Сосуществование нелицензированных устройств в пределах одних частотных полос и разногласия по поводу нелицензированного или лицензированного использования спектра представляют собой две большие проблемы, возникающие при разработке программ о назначении спектра FCC на протяжении нескольких лет. Например, в неиспользуемом спектре сосуществование беспроводных микрофонов и беспроводных устройств связи возможно благодаря технологии когнитивного радио. Однако, по сравнению с другими технологиями, использующими пространственную обработку (например, DIDO), когнитивное радио может обеспечить только часть эффективности использования спектра. Аналогичным образом, качество работы систем WiFi за последние несколько десятилетий значительно ухудшилось из-за увеличения количества точек доступа, а также из-за того, что устройства Bluetooth/ZigBee, работающие в той же нелицензированной полосе ISM, генерируют неконтролируемые помехи. Один из недостатков нелицензированного спектра представляет собой нерегулируемое использование РЧ устройств, которые в последующие годы продолжат засорять спектр. РЧ засорение также предотвращает будущее применение нелицензированного спектра в лицензированной эксплуатации, что ограничит важные рыночные возможности беспроводных широкополосных коммерческих сервисов и аукционы спектра.The coexistence of unlicensed devices within the same frequency bands and the disagreement over unlicensed or licensed use of the spectrum are two major problems that have arisen in developing FCC spectrum assignment programs over several years. For example, in an unused spectrum, the coexistence of wireless microphones and wireless communication devices is possible thanks to cognitive radio technology. However, compared with other spatial processing technologies (such as DIDO), cognitive radio can provide only a fraction of spectrum efficiency. Similarly, the performance of WiFi systems over the past few decades has deteriorated significantly due to an increase in the number of access points, and also because Bluetooth / ZigBee devices operating in the same unlicensed ISM band generate uncontrolled interference. One of the drawbacks of the unlicensed spectrum is the unregulated use of RF devices that will continue to clog the spectrum in subsequent years. RF clogging also prevents the future use of unlicensed spectrum in licensed operations, which will limit the important market opportunities for wireless broadband commercial services and spectrum auctions.

Мы предлагаем новую систему и способы, позволяющие динамически распределять беспроводной спектр, а также позволяющие различным сервисам и стандартам сосуществовать и развиваться. Один вариант осуществления нашего способа динамически назначает РЧ приемопередатчикам права использования определенных частей спектра и позволяет постепенное устаревание этих же радиочастотных устройств, что обеспечит следующие возможности.We offer a new system and methods that allow you to dynamically distribute the wireless spectrum, as well as allowing various services and standards to coexist and develop. One embodiment of our method dynamically assigns RF transceivers the right to use certain parts of the spectrum and allows the gradual obsolescence of these same RF devices, which will provide the following features.

i) Регулирование спектра для осуществления новых типов беспроводных операций (т.е. лицензированных или нелицензированных) и/или соответствия новым ограничениям по излучаемой РЧ мощности. Эта особенность позволяет проводить аукционы спектра всякий раз, когда в этом возникает необходимость, при этом не обязательно заранее решать, использовать ли его как нелицензированный или лицензированный спектр. Это также позволяет настраивать уровни мощности передачи в соответствии с новыми уровнями излучаемой мощности, назначенными FCC.i) Spectrum regulation for new types of wireless operations (i.e. licensed or unlicensed) and / or compliance with new restrictions on radiated RF power. This feature allows you to conduct spectrum auctions whenever it becomes necessary, and it is not necessary to decide in advance whether to use it as an unlicensed or licensed spectrum. It also allows you to adjust the transmit power levels to the new radiated power levels assigned by the FCC.

ii) Сосуществование различных технологий, работающих в одной полосе (т.е. неиспользуемый спектр и беспроводные микрофоны, WiFi и Bluetooth/ZigBee), таким образом, что полосы можно динамически переназначать при появлении новых технологий, при этом избегая возникновения помех в уже существующих технологиях.ii) Coexistence of different technologies operating in the same band (i.e. unused spectrum and wireless microphones, WiFi and Bluetooth / ZigBee) so that the bands can be dynamically reassigned when new technologies appear, while avoiding interference with existing technologies .

iii) Комплексное развитие беспроводной инфраструктуры при переходе систем на более продвинутые технологии, обеспечивающие более высокую спектральную эффективность, большее покрытие и лучшее качество работы для поддержки новых типов сервисов, требующих более высокое QoS (т.е. потоковую передачу высококачественного видео).iii) Comprehensive development of wireless infrastructure with the transition of systems to more advanced technologies that provide higher spectral efficiency, greater coverage and better quality of work to support new types of services that require higher QoS (i.e. streaming high-quality video).

Далее мы описываем систему и способ запланированного развития и устаревания многопользовательского спектра. Один вариант осуществления системы включает в себя один или множество централизованных процессоров (CP) 4901-4904 и один или множество распределенных узлов (DN) 4911-4913, взаимодействующих посредством проводного или беспроводного соединения, как показано на фиг. 49. Например, в контексте сетей 4G-LTE [26] централизованный процессор представляет собой внутренний шлюз доступа (ACGW), подключенный к нескольким приемопередатчикам узла B. В контексте WiFi централизованный процессор представляет собой провайдер интернет-услуг (ISP), а распределенные узлы - точки доступа WiFi, подключенные к ISP посредством модемов или прямого соединения кабелем или DSL. В другом варианте осуществления настоящего изобретения система представляет собой систему с распределенным входом - распределенным выходом (DIDO) [0002-0009] с одним централизованным процессором (или BTS) и распределенными узлами, представляющими собой точки доступа DIDO (или распределенные антенны DIDO, подключенные к BTS посредством BSN).Next, we describe the system and method of planned development and obsolescence of the multi-user spectrum. One embodiment of the system includes one or a plurality of centralized processors (CP) 4901-4904 and one or a plurality of distributed nodes (DNs) 4911-4913 communicating via a wired or wireless connection, as shown in FIG. 49. For example, in the context of 4G-LTE networks [26], the centralized processor is an internal access gateway (ACGW) connected to several transceivers of node B. In the context of WiFi, the centralized processor is an Internet service provider (ISP), and distributed nodes are WiFi access points connected to ISP via modems or direct cable or DSL connection. In another embodiment of the present invention, the system is a distributed input-distributed output (DIDO) system [0002-0009] with one centralized processor (or BTS) and distributed nodes representing DIDO access points (or distributed DIDO antennas connected to the BTS through BSN).

DN 4911-4913 взаимодействуют с CP 4901-4904. Информация, которой DN обмениваются с CP, используется для динамического регулирования конфигурации узлов под развивающуюся конфигурацию сетевой архитектуры. В одном варианте осуществления DN 4911-4913 сообщают свои идентификационные номера СР. CP хранят идентификационные номера всех DN, подключенных через сеть, в таблице поиска или в совместно используемой базе данных. Такие таблицы поиска или базы данных могут совместно использовать другие CP, и эти данные синхронизируются таким способом, что все CP имеют доступ к самой новой информации о всех DN в сети.DN 4911-4913 interact with CP 4901-4904. The information that the DN exchanges with the CP is used to dynamically control the configuration of nodes for the evolving network architecture configuration. In one embodiment, DN 4911-4913 communicate their CP identification numbers. CPs store the identification numbers of all DNs connected through the network in a lookup table or in a shared database. Such lookup tables or databases can be shared by other CPs, and this data is synchronized in such a way that all CPs have access to the latest information about all DNs in the network.

Например, FCC может решить распределить определенную часть спектра для нелицензированного использования, и предлагаемую систему можно выполнить с возможностью эксплуатации в пределах этого спектра. Из-за ограниченности спектра FCC может впоследствии назначить часть этого спектра для лицензированного использования коммерческими носителями (т.е. AT&T, Verizon, или Sprint), органами обороны или государственной безопасности. В стандартных беспроводных системах такое сосуществование невозможно, так как существующие беспроводные устройства, работающие в нелицензированной полосе частот, могут создавать опасные помехи в лицензированных РЧ приемопередатчиках. В предлагаемой нами системе распределенные узлы обмениваются контрольной информацией с CP 4901-4903 для адаптации своей РЧ передачи к изменяющейся схеме частотных полос. В одном варианте осуществления DN 4911-4913 первоначально выполнили с возможностью эксплуатации в различных полосах частот в пределах доступного спектра. Когда FCC назначает одну или множество частей такого спектра для лицензированной эксплуатации, CP обмениваются контрольной информацией с нелицензированными DN и перенастраивают их для закрытия частотных полос, предназначенных для лицензированного использования, чтобы нелицензированные DN не вызывали помех в лицензированных DN. Этот сценарий представлен на фиг. 50, где нелицензированные узлы (например, 5002) показаны закрашенными кружками, а лицензированные - пустыми (например, 5001). В другом варианте осуществления весь спектр назначен новому лицензированному сервису, и CP используют контрольную информацию для отключения всех нелицензированных DN во избежание возникновения помех в лицензированных DN. Этот сценарий представлен на фиг. 51, где устаревшие нелицензированные узлы зачеркнуты крестиками.For example, the FCC may decide to allocate a certain portion of the spectrum for unlicensed use, and the proposed system may be configured to operate within that spectrum. Due to spectrum limitations, the FCC may subsequently designate part of this spectrum for licensed use by commercial carriers (i.e., AT&T, Verizon, or Sprint), defense agencies, or state security agencies. In standard wireless systems, such coexistence is not possible, as existing wireless devices operating in the unlicensed frequency band can cause harmful interference in licensed RF transceivers. In our system, the distributed nodes exchange control information with CP 4901-4903 to adapt their RF transmission to a changing frequency band pattern. In one embodiment, DN 4911-4913 was initially configured to operate in different frequency bands within the available spectrum. When the FCC designates one or many parts of such a spectrum for licensed use, CPs exchange control information with unlicensed DNs and retune them to close frequency bands intended for licensed use so that unlicensed DNs do not cause interference in licensed DNs. This scenario is presented in FIG. 50, where unlicensed nodes (for example, 5002) are shown by shaded circles, and licensed nodes are shown by empty circles (for example, 5001). In another embodiment, the entire spectrum is assigned to a new licensed service, and the CPs use the control information to disable all unlicensed DNs to avoid interference with licensed DNs. This scenario is presented in FIG. 51, where obsolete unlicensed sites are crossed out with crosses.

В другом примере, возможно, возникнет необходимость ограничения излучаемой мощности для определенных устройств, работающих на определенной полосе частот, для соответствия ограничениям на воздействие, установленным FCC [27]. Например, беспроводную систему изначально можно разработать для фиксированных беспроводных линий связи, где DN 4911-4913 подключены к наружным приемопередающим антеннам на крыше. В дальнейшем эту же систему можно обновить для поддержки DN с комнатными портативными антеннами для обеспечения лучшего покрытия внутри помещений. Ограничения на воздействия портативных устройств, принятые FCC, являются более жесткими, чем ограничения на передатчики, установленные на крышах, из-за непосредственной близости таких устройств к телу человека. В таком случае старые DN, разработанные для эксплуатации вне помещений, можно заново использовать для эксплуатации в помещениях при условии регулировки настроек мощности передачи. В одном варианте осуществления настоящего изобретения DN разработаны с предустановленными множествами уровней мощности передачи, и CP 4901-4903 посылают контрольную информацию к DN 4911-4913 для выбора новых уровней мощности в случае обновления системы, таким образом соответствуя ограничениям на воздействия, установленным FCC. В другом варианте осуществления DN изготовлены только с одной настройкой излучаемой мощности, и такие DN, превышающие новые уровни излучаемой мощности, удаленно отключаются СР.In another example, it may be necessary to limit the radiated power for certain devices operating on a certain frequency band in order to comply with the exposure limits set by the FCC [27]. For example, a wireless system can initially be developed for fixed wireless communication lines, where DN 4911-4913 are connected to outdoor transceiver antennas on the roof. In the future, the same system can be updated to support DN with indoor portable antennas to provide better indoor coverage. The restrictions on the effects of portable devices adopted by the FCC are more stringent than the restrictions on transmitters installed on roofs, due to the close proximity of such devices to the human body. In this case, old DNs designed for outdoor use can be reused for indoor use provided that the transmission power settings are adjusted. In one embodiment of the present invention, the DNs are designed with predefined sets of transmit power levels, and the CP 4901-4903 sends control information to DN 4911-4913 to select new power levels in the event of a system upgrade, thus meeting FCC exposure limits. In another embodiment, DNs are made with only one radiated power setting, and such DNs that exceed new radiated power levels are remotely disabled by the CP.

В одном варианте осуществления CP 4901-4903 периодически проверяют все DN 4911-4913 в сети для определения их права на работу в качестве РЧ приемопередатчиков в соответствии с конкретным стандартом. Необновленные DN могут отмечаться как устаревшие и удаляться из сети. Например, DN, работающие в рамках текущих предела мощности и полосы частот, продолжают оставаться активными в сети, а все другие выключаются. Следует заметить, что параметры DN управляются CP и не ограничиваются излучаемой мощностью и полосой частот; в эти параметры могут входить любые другие, определяющие беспроводную линию связи между DN и устройством клиента.In one embodiment, CP 4901-4903 periodically checks all DN 4911-4913 in the network to determine their right to operate as RF transceivers in accordance with a particular standard. Non-updated DNs can be marked as outdated and removed from the network. For example, DNs operating within the current power limit and frequency band continue to be active on the network, and all others are turned off. It should be noted that the DN parameters are controlled by CP and are not limited to radiated power and frequency band; These parameters may include any other parameters that define the wireless communication line between the DN and the client device.

В другом варианте осуществления DN 4911-4913 можно перенастроить так, чтобы позволить сосуществование систем, работающих по различным стандартам, в пределах одного и того же спектра. Например, излучаемую мощность, полосу частот или другие параметры настройки определенного DN, работающего в контексте WLAN, можно регулировать, чтобы приспособить его к принятию новых DN, разработанных для работы с WPAN, и при этом избежать возникновения опасных помех.In another embodiment, DN 4911-4913 can be reconfigured to allow coexistence of systems operating according to different standards within the same spectrum. For example, radiated power, bandwidth, or other settings for a specific DN that works in the context of a WLAN can be adjusted to accommodate new DNs designed to work with WPAN while avoiding harmful interference.

Когда разработают новые беспроводные стандарты, направленные на увеличение скорости передачи данных и покрытия в беспроводных сетях, DN 4911-4913 можно будет обновить для поддержки этих стандартов. В одном варианте осуществления DN представляют собой программно-определяемые радиосистемы (SDR), оборудованные программируемой вычислительной функциональной возможностью, такой как ПЛИС, ЦСП, ЦП, GPU и/или GPGPU, запускающей алгоритмы обработки сигнала в основной полосе частот. Если стандарт обновлен, новые алгоритмы для основной полосы частот можно удаленно загрузить из CP в DN для соответствия этому стандарту. Например, в одном варианте осуществления первый стандарт основан на CDMA, а затем его заменяют на технологию OFDM для поддержки различных типов систем. Аналогично, шаг дискретизации, мощность и другие параметры в DN можно обновлять удаленно. Элемент SDR в DN позволяет непрерывно обновлять сеть по мере разработки новых технологий и, таким образом, улучшать общую производительность системы.When new wireless standards are developed to increase the speed of data transfer and coverage in wireless networks, DN 4911-4913 can be updated to support these standards. In one embodiment, DNs are software-defined radio systems (SDRs) equipped with programmable computing functionality such as FPGAs, DSPs, CPUs, GPUs and / or GPGPUs that run baseband signal processing algorithms. If the standard is updated, new algorithms for the main frequency band can be remotely downloaded from CP to DN to comply with this standard. For example, in one embodiment, the first standard is based on CDMA, and then it is replaced by OFDM technology to support various types of systems. Similarly, the sampling step, power, and other parameters in the DN can be updated remotely. The SDR element in DN allows the network to be continuously updated as new technologies are developed and thus improve overall system performance.

В другом варианте осуществления описанная система представляет собой облачную беспроводную систему, содержащую множество CP, распределяемые узлы и сеть, соединяющую CP и DN. На фиг. 52 представлен один пример облачной беспроводной системы, в которой узлы, обозначенные закрашенными кружками (например, 5203), взаимодействуют с CP 5206, узлы, обозначенные пустыми кружками, взаимодействуют с CP 5205, a CP 5205-5206 взаимодействуют друг с другом через сеть 5201. В одном варианте осуществления настоящего изобретения облачная беспроводная система представляет собой систему DIDO, a DN подключены к CP и обмениваются информацией для периодического или мгновенного изменения параметров системы и динамической подстройки к изменяющимся условиям беспроводной архитектуры. В системе DIDO CP представляют собой BTS DIDO, распределенные узлы представляют собой распределенные антенны DIDO, сеть - BSN, а множество BTS соединены между собой посредством централизованного процессора DIDO, как описано в наших предыдущих заявках на патенты [0002-0009].In another embodiment, the described system is a cloud-based wireless system comprising multiple CPs, distributed nodes, and a network connecting the CP and the DN. In FIG. 52 illustrates one example of a cloud-based wireless system in which nodes denoted by filled circles (e.g., 5203) communicate with CP 5206, nodes denoted by empty circles interact with CP 5205, and CP 5205-5206 communicate with each other via network 5201. In one embodiment of the present invention, the cloud-based wireless system is a DIDO system, and the DNs are connected to the CP and exchange information to periodically or instantly change system parameters and dynamically adjust to changing conditions. wired architecture. In a DIDO system, CPs are BID DIDOs, distributed nodes are DIDO distributed antennas, a network is BSNs, and many BTSs are interconnected via a centralized DIDO processor, as described in our previous patent applications [0002-0009].

Все DN 5202-5203 в облачной беспроводной системе можно сгруппировать в разные множества. Такие множества DN могут одновременно создавать не вызывающие друг в друге помех беспроводные линии связи для большого числа клиентских устройств, причем каждое множество поддерживает различные технологии множественного доступа (например, TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA и/или SDMA), различные схемы модуляции (например, QAM, OFDM) и/или кодирования (например, сверточное кодирование, код с малой плотностью проверок на четность (LDPC), турбо-коды). Аналогично, каждого клиента можно обслуживать с помощью различных технологий множественного доступа и/или различных схем модуляции/кодирования. На основе активных клиентов в системе и стандартов, применяемых ими для беспроводных линий связи, CP 5205-5206 динамически выбирают подмножество DN, поддерживающее эти стандарты и находящееся в диапазоне клиентских устройств.All DN 5202-5203 in a cloud-based wireless system can be grouped into different sets. Such sets of DNs can simultaneously create non-interfering wireless links for a large number of client devices, each set supporting a variety of multiple access technologies (e.g., TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA and / or SDMA), different modulation schemes (e.g. , QAM, OFDM) and / or coding (e.g., convolutional coding, low density parity check code (LDPC), turbo codes). Similarly, each client can be served using various multiple access technologies and / or various modulation / coding schemes. Based on the active clients in the system and the standards that they use for wireless communication lines, CP 5205-5206 dynamically selects a subset of DN that supports these standards and is in the range of client devices.

ЛитератураLiterature

[1] Wikipedia, «Advanced Mobile Phone System»[1] Wikipedia, “Advanced Mobile Phone System”

http://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Mobile_Phone_Systemhttp://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Mobile_Phone_System

[2] AT&T, «1946: First Mobile Telephone Call»[2] AT&T, “1946: First Mobile Telephone Call”

http://www.corp.att.com/attlabs/reputation/timeline/46mobile.htmlhttp://www.corp.att.com/attlabs/reputation/timeline/46mobile.html

[3] GSMA, «GSM technology»[3] GSMA, “GSM technology”

http://www.gsmworld.com/technology/index.htmhttp://www.gsmworld.com/technology/index.htm

[4] ETSI, «Mobile technologies GSM»[4] ETSI, “Mobile technologies GSM”

http://www.etsi.org/WebSite/Technologies/gsm.aspxhttp://www.etsi.org/WebSite/Technologies/gsm.aspx

[5] Wikipedia, «IS-95»[5] Wikipedia, "IS-95"

http://en.wikipedia.org/wiki/IS-95http://en.wikipedia.org/wiki/IS-95

[6] Ericsson, «The evolution of EDGE»[6] Ericsson, “The evolution of EDGE”

http://www.ericsson.com/res/docs/whitepapers/evolution_to_edge.pdfhttp://www.ericsson.com/res/docs/whitepapers/evolution_to_edge.pdf

[7] Q. Bi (март 2004 г.). «A Forward Link Performance Study of the 1×EV-DO Rel. 0 System Using Field Measurements and Simulations» (PDF). Lucent Technologies.[7] Q. Bi (March 2004). “A Forward Link Performance Study of the 1 × EV-DO Rel. 0 System Using Field Measurements and Simulations ”(PDF). Lucent Technologies.

http://www.cdg.org/resources/white_papers/files/Lucent%201×EV-DO%20Rev%20O%20Mar%2004.pdfhttp://www.cdg.org/resources/white_papers/files/Lucent%201CHEV-DO%20Rev%20O%20Mar%2004.pdf

[8] Wi-Fi alliance, http://www.wi-fi.org/[8] Wi-Fi alliance, http://www.wi-fi.org/

[9] Wi-Fi alliance, «Wi-Fi certified makes it Wi-Fi»[9] Wi-Fi alliance, “Wi-Fi certified makes it Wi-Fi”

http://www.wi-fi.org/files/WFA_Certification_Overview_WP_en.pdfhttp://www.wi-fi.org/files/WFA_Certification_Overview_WP_en.pdf

[10] WiMAX forum, http://www.wimaxforum.org/[10] WiMAX forum, http://www.wimaxforum.org/

[11] С. Eklund, R.В. Marks, K.L. Stanwood and S. Wang, «IEEE Standard 802.16: A Technical Overview of the WirelessMAN™Air Interface for Broadband Wireless Access»[11] C. Eklund, R.V. Marks, K.L. Stanwood and S. Wang, “IEEE Standard 802.16: A Technical Overview of the WirelessMAN ™ Air Interface for Broadband Wireless Access”

http://ieee802.org/16/docs/02/C80216-02_05.pdfhttp://ieee802.org/16/docs/02/C80216-02_05.pdf

[12] 3GPP, «UMTS», http://www.3gpp.org/article/umts[12] 3GPP, UMTS, http://www.3gpp.org/article/umts

[13] H. Ekström, A. Furuskär, J. Karlsson, M. Meyer, S. Parkvall, J. Torsner, and M. Wahlqvist «Technical Solutions for the 3G Long-Term Evolution», IEEE Communications Magazine, стр. 38-45, март 2006 г.[13] H. Ekström, A. Furuskär, J. Karlsson, M. Meyer, S. Parkvall, J. Torsner, and M. Wahlqvist Technical Solutions for the 3G Long-Term Evolution, IEEE Communications Magazine, p. 38 -45, March 2006

[14] 3GPP, «LTE», http://www.3gpp.org/LTE[14] 3GPP, “LTE”, http://www.3gpp.org/LTE

[15] Motorola, «Long Term Evolution (LTE): A Technical Overview», http:business.motorola.com/experiencelte/pdf/LTETechnicalOverview.pdf[15] Motorola, “Long Term Evolution (LTE): A Technical Overview”, http: business.motorola.com/experiencelte/pdf/LTETechnicalOverview.pdf

[16] Federal Communications Commission, «Authorization of Spread Spectrum Systems Under Parts 15 and 90 of the FCC Rules and Regulations», июнь 1985 г.[16] Federal Communications Commission, “Authorization of Spread Spectrum Systems Under Parts 15 and 90 of the FCC Rules and Regulations,” June 1985.

[17] ITU, «ISM band» http://www.itu.int/ITU-R/terrestrial/faq/index.html#g013[17] ITU, “ISM band” http://www.itu.int/ITU-R/terrestrial/faq/index.html#g013

[18] S. Perlman and A. Forenza «Distributed-input distributed-output (DIDO) wireless technology: a new approach to multiuser wireless», август 2011 г.[18] S. Perlman and A. Forenza, “Distributed-input distributed-output (DIDO) wireless technology: a new approach to multiuser wireless,” August 2011.

http://www.rearden.com/DIDO/DIDO_White_Paper_110727.pdfhttp://www.rearden.com/DIDO/DIDO_White_Paper_110727.pdf

[19] Bloomberg Businessweek, «Steve Perlman's Wireless Fix», 27 июля 2011 г.[19] Bloomberg Businessweek, "Steve Perlman's Wireless Fix," July 27, 2011.

http://www.businessweek.com/magazine/the-edison-of-silicon-valley-07272011.htmlhttp://www.businessweek.com/magazine/the-edison-of-silicon-valley-07272011.html

[20] Wired, «Has OnLive's Steve Perlman Discovered Holy Grail of Wireless?», 30 июня 2011 г.[20] Wired, “Has OnLive's Steve Perlman Discovered Holy Grail of Wireless?”, June 30, 2011

http://www.wired.com/epicenter/2011/06/perlman-holy-grail-wireless/http://www.wired.com/epicenter/2011/06/perlman-holy-grail-wireless/

[21] The Wall Street Journal «Silicon Valley Inventor's Radical Rewrite of Wireless», 28 июля 2011 г.[21] The Wall Street Journal, Silicon Valley Inventor's Radical Rewrite of Wireless, July 28, 2011.

http://blogs.wsj.corn/digits/2011/07/28/silicon-valley-inventors-radical-rewrite-of-wireless/http: //blogs.wsj.corn/digits/2011/07/28/silicon-valley-inventors-radical-rewrite-of-wireless/

[22] The White House, «Presidential Memorandum: Unleashing the Wireless Broadband Revolution», 28 июня 2010 г.[22] The White House, “Presidential Memorandum: Unleashing the Wireless Broadband Revolution,” June 28, 2010.

http://www.whitehouse.gov/me-press-office/presidential-memorandum-unleashing-wireless-broadband-revolutionhttp://www.whitehouse.gov/me-press-office/presidential-memorandum-unleashing-wireless-broadband-revolution

[23] FCC, «Open commission meeting», 23 сентября 2010 г.[23] FCC, Open Commission meeting, September 23, 2010

http://reboot.fcc.gov/open-meetings/2010/septemberhttp://reboot.fcc.gov/open-meetings/2010/september

[24] IEEE 802.22, «IEEE 802.22 Working Group on Wireless Regional Area Networks», http://www.ieee802.org/22/[24] IEEE 802.22, “IEEE 802.22 Working Group on Wireless Regional Area Networks,” http://www.ieee802.org/22/

[25] «A bill», 112th congress, 1st session, 12 июля 2011 г.[25] A bill, 112th congress, 1 st session, July 12, 2011

http://republicans.energycommerce.house.gov/Media/file/Hearings/Telecom/071511/Disc ussionDraft.pdfhttp://republicans.energycommerce.house.gov/Media/file/Hearings/Telecom/071511/Disc ussionDraft.pdf

[26] H. Ekström, A. Furuskär, J. Karlsson, M. Meyer, S. Parkvall, J. Torsner, and M. Wahlqvist «Technical Solutions for the 3G Long-Term Evolution», IEEE Communications Magazine, стр. 38-45, март 2006 г.[26] H. Ekström, A. Furuskär, J. Karlsson, M. Meyer, S. Parkvall, J. Torsner, and M. Wahlqvist Technical Solutions for the 3G Long-Term Evolution, IEEE Communications Magazine, p. 38 -45, March 2006

[27] FCC, «Evaluating compliance with FCC guidelines for human exposure to radiofrequency electromagnetic fields», OET Bulletin 65, редакция 97-01, август 1997 г.[27] FCC, “Evaluating compliance with FCC guidelines for human exposure to radiofrequency electromagnetic fields”, OET Bulletin 65, revised 97-01, August 1997.

V. Системы и способы борьбы с эффектами доплера в беспроводных системах с распределенным входом - распределенным выходомV. Systems and methods for combating the effects of Doppler in wireless systems with distributed input - distributed output

В этой части детального описания мы рассматриваем многопользовательские (MU) многоантенные системы (MAS) для многопользовательской беспроводной передачи, адаптивно меняющие конфигурацию параметров для компенсации эффекта Доплера, возникающего вследствие перемещения пользователя или изменений в среде распространения. В одном варианте осуществления MAS. представляет собой систему DIDO, описанную в совместно рассматриваемых заявках на патенты [0002-0016] и представленную на фиг. 53. Система DIDO в одном варианте осуществления включает в себя следующие компоненты.In this part of the detailed description, we consider multi-user (MU) multi-antenna systems (MAS) for multi-user wireless transmission, adaptively changing the configuration of parameters to compensate for the Doppler effect resulting from user movement or changes in the distribution environment. In one embodiment, the MAS. is a DIDO system described in co-pending patent applications [0002-0016] and shown in FIG. 53. The DIDO system in one embodiment includes the following components.

- Пользовательское оборудование (UE). В одном варианте осуществления UE 5301 включает в себя РЧ приемник для неподвижных или мобильных клиентов, получающих потоки данных через нисходящий (DL) канал транспортной сети связи DIDO и отправляющих данные через восходящий (UL) канал транспортной сети связи DIDO.- User equipment (UE). In one embodiment, the UE 5301 includes an RF receiver for fixed or mobile clients receiving data streams through the downlink (DL) channel of the DIDO transport network and sending data through the uplink (UL) channel of the DIDO transport network.

- Базовая приемопередающая станция (BTS). BTS 5310-5314 в одном варианте осуществления взаимодействуют с транспортной линией связи DIDO через беспроводной канал. BTS 5310-5314 представляют собой точки доступа, содержащие ЦАП/АЦП и радиочастотную (РЧ) цепочку для преобразования модулирующего сигнала в РЧ. В некоторых случаях BTS представляет собой простой РЧ приемопередатчик, оснащенный усилителем мощности/антенной, а РЧ сигнал передается к BTS посредством технологии «РЧ канал по оптоволокну», как описано в нашей патентной заявке.- Base Transceiver Station (BTS). BTS 5310-5314 in one embodiment, communicate with a DIDO transport link through a wireless channel. BTS 5310-5314 are access points containing a DAC / ADC and a radio frequency (RF) circuit for converting a modulating signal to RF. In some cases, the BTS is a simple RF transceiver equipped with a power amplifier / antenna, and the RF signal is transmitted to the BTS using the “RF channel over fiber” technology, as described in our patent application.

- Контроллер (CTR). CTR 5320 в одном варианте осуществления представляет собой определенный тип BTS, разработанный для выполнения специальных функций, таких как передача обучающих сигналов для синхронизации BTS и/или UE по времени/частоте, получение/передача управляющей информации из/к UE, получение информации о состоянии канала (CSI) или информации о качестве канала из UE.- Controller (CTR). CTR 5320 in one embodiment is a specific type of BTS designed to perform special functions, such as transmitting training signals to synchronize BTS and / or UEs in time / frequency, receiving / transmitting control information from / to UEs, receiving channel status information (CSI) or channel quality information from the UE.

- Централизованный процессор (CP). CP 5340 в одном варианте осуществления представляет собой сервер DIDO, взаимодействующий с Интернетом или другими видами внешних сетей 5350 через транспортную сеть связи DIDO. CP вычисляет обработку информации в основной полосе частот DIDO и посылает сигналы распределенным BTS для передачи DL.- Centralized processor (CP). The CP 5340, in one embodiment, is a DIDO server communicating with the Internet or other types of 5350 external networks via a DIDO transport communication network. The CP computes the information processing in the DIDO baseband and sends signals to the distributed BTS for DL transmission.

- Сеть базовых станций (BSN). BSN 5330 в одном варианте осуществления представляет собой сеть, соединяющую CP и распределенные BTS, передающую данные либо для канала DL, либо для канала UL. BSN представляет собой проводную сеть, беспроводную сеть или их сочетание. Например, BSN представляет собой DSL, кабель, оптоволоконную сеть или беспроводную линию связи в пределах или вне пределов прямой видимости. Дополнительно, BSN представляет собой частную сеть, локальную вычислительную сеть или Интернет.- Network of base stations (BSN). BSN 5330, in one embodiment, is a network connecting CPs and distributed BTSs, transmitting data for either the DL channel or the UL channel. A BSN is a wired network, a wireless network, or a combination thereof. For example, a BSN is a DSL, cable, fiber optic network, or wireless link within or outside line of sight. Additionally, the BSN is a private network, a local area network, or the Internet.

Как описано в совместно рассматриваемых заявках, система DIDO создает независимые каналы для множества пользователей так, что каждый пользователь получает свободные от помех каналы. В системах DIDO это достигают за счет применения распределенных антенн или BTS для использования пространственного разнесения. В одном варианте осуществления система DIDO выполнена с возможностью использовать пространственное, поляризационное и/или диаграммное разнесение для увеличения количества степеней свободы в каждом из каналов. Большее количество степеней свободы в беспроводной линии связи используют для передачи независимых потоков данных большему числу UE (т.е. для увеличения мультиплексирования), и/или улучшения покрытия (т.е. для увеличения разнесения).As described in co-pending applications, the DIDO system creates independent channels for multiple users so that each user receives interference-free channels. In DIDO systems, this is achieved by using distributed antennas or BTS to exploit spatial diversity. In one embodiment, the DIDO system is configured to use spatial, polarization, and / or pattern diversity to increase the number of degrees of freedom in each of the channels. More degrees of freedom in a wireless communication link are used to transmit independent data streams to a larger number of UEs (i.e., to increase multiplexing), and / or to improve coverage (i.e., to increase diversity).

BTS 5310-5314 расположены в удобных местах, где есть доступ к Интернету или BSN. В одном варианте осуществления настоящего изобретения UE 5301-5305 расположены в произвольном порядке между, вокруг и/или в окружении BTS или распределенных антенн, как показано на фиг. 54.BTS 5310-5314 are located in convenient places where there is access to the Internet or BSN. In one embodiment of the present invention, UE 5301-5305 are arranged randomly between, around and / or surrounded by BTS or distributed antennas, as shown in FIG. 54.

В одном варианте осуществления BTS 5310-5314 передают обучающий сигнал и/или независимые потоки данных к UE 5301 через канал DL, как показано на фиг. 55. UE используют обучающий сигнал для различных целей, таких как синхронизация по времени/частоте, оценка каналов и/или оценка информации о состоянии канала (CSI). В одном варианте осуществления настоящего изобретения DL в MU-MAS выполнен с возможностью использовать предварительное нелинейное кодирование, например кодирование «dirty-paper coding» (DPC) [1-2] или предварительное кодирование Томлинсона-Харашимы (ТН) [3-4]. В другом варианте осуществления настоящего изобретения DL в MU-MAS выполнен с возможностью использовать предварительное нелинейное кодирование, например предварительное кодирование с блочной диагонализацией (BD), как описано в совместно рассматриваемых заявках на патенты [0003-0009], или формирование луча с управлением положением нуля (ZF-BF) [5]. Если количество BTS больше количества UE, применяют дополнительные BTS для увеличения качества линии связи для каждого UE посредством схем разнесения, например, выбора антенны или выбора собственной моды, описанных в [0002-0016]. Если количество BTS меньше количества UE, дополнительные UE совместно используют беспроводные линии связи с другими UE посредством стандартных технологий мультиплексирования (например, TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA).In one embodiment, BTS 5310-5314 transmit a training signal and / or independent data streams to UE 5301 via a DL channel, as shown in FIG. 55. UEs use a training signal for various purposes, such as time / frequency synchronization, channel estimation, and / or channel status information (CSI) estimation. In one embodiment of the present invention, the DL in the MU-MAS is configured to use non-linear precoding, such as dirty-paper coding (DPC) [1-2] or Tomlinson-Harashima precoding (TH) [3-4]. In another embodiment of the present invention, the DL in the MU-MAS is configured to use non-linear precoding, for example block diagonalization (BD) precoding, as described in co-pending patent applications [0003-0009], or beamforming with zero position control (ZF-BF) [5]. If the number of BTSs is greater than the number of UEs, additional BTSs are used to increase the quality of the communication link for each UEs by diversity schemes such as antenna selection or eigenmode selection described in [0002-0016]. If the number of BTS is less than the number of UEs, the additional UEs share wireless links with other UEs using standard multiplexing technologies (e.g., TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA).

Канал UL используют для передачи данных от UE 5301 к CP 5340 и/или CSI (или информации о качестве канала), используемых устройством предварительного кодирования DIDO. В одном варианте осуществления каналы UL от UE мультиплексируют посредством стандартных технологий мультиплексирования (например, TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA) к CTR, как показано на фиг. 56, или к ближайшей BTS. В другом варианте осуществления настоящего изобретения технологии пространственной обработки используют для отделения каналов UL от UE 5301 к распределенным BTS 5310-5314, как показано на фиг. 57. Например, потоки UL передают от клиента к антеннам DIDO посредством схем мультиплексирования с множественными входами - множественными выходами (MIMO). Схемы мультиплексирования MIMO включают в себя передаваемые клиентами независимые потоки данных и используют линейные или нелинейные приемники на антеннах DIDO для устранения помех между каналами. В другом варианте осуществления для демодуляции восходящих потоков применяют нисходящие веса в восходящем канале при условии обратимости каналов UL/DL и того, что канал не сильно изменяется между передачей DL и UL из-за эффекта Доплера. В другом варианте осуществления в нисходящем канале используют приемник оптимального сложения (MRC) для увеличения в антеннах DIDO качества сигнала, поступающего от каждого клиента.The UL channel is used to transfer data from the UE 5301 to the CP 5340 and / or CSI (or channel quality information) used by the DIDO precoding device. In one embodiment, the UL channels from the UE are multiplexed by standard multiplexing technologies (e.g., TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA) to the CTR, as shown in FIG. 56, or to the nearest BTS. In another embodiment of the present invention, spatial processing techniques are used to separate the UL channels from the UE 5301 to the distributed BTS 5310-5314, as shown in FIG. 57. For example, UL streams are transmitted from the client to the DIDO antennas through multiple input multiple output multiplexing (MIMO) multiplexing schemes. MIMO multiplexing schemes include independent data streams transmitted by clients and use linear or non-linear receivers on DIDO antennas to eliminate interference between channels. In another embodiment, downlink weights in the uplink are used to demodulate the upstreams, provided the UL / DL channels are reversible and the channel does not change much between DL and UL transmission due to the Doppler effect. In another embodiment, an downlink receiver (MRC) is used in the downlink to increase the quality of the signal from each client in the DIDO antennas.

Данные, контрольная информация и CSI, посылаемые через каналы DL/UL, совместно используют CP 5340 и BTS 5310-5314 посредством BSN 5330. Известные обучающие сигналы для канала DL можно хранить в памяти BTS 5310-5314 для уменьшения непроизводительных затрат в BSN 5330. В зависимости от типа сети (т.е. беспроводная или проводная, DSL, кабельная или оптоволоконная), скорости передачи данных через BSN 5330 может не хватать для обмена информацией между CP 5340 и BTS 5310-5314, особенно когда сигнал основной полосы частот посылается в BTS. Например, предположим, что BTS передают независимые потоки данных каждому UE со скоростью 10 Мбит/с через полосу 5 МГц (что обусловлено цифровой модуляцией и схемой кодирования FEC, используемых в беспроводной линии связи). Если 16 бит квантования применяют для вещественной составляющей, а 16 - для мнимой, сигнал основной полосы частот требует 160 Мбит/сек пропускной способности от CP к BTS через BSN. В одном варианте осуществления CP и BTS оборудованы кодирующими и декодирующими устройствами для сжатия и распаковки информации, посланной через BSN. В прямом канале линии связи предварительно закодированные данные основной полосы, отправленные от CP к BTS, сжаты для уменьшения количества бит и непроизводительных затрат в BSN. Аналогично, в обратном канале CSI и данные (пересылаемые через восходящий канал от UE к BTS) сжимают перед передачей от BTS к CP через BSN. Различные алгоритмы сжатия применяют для уменьшения количества бит и непроизводительных затрат в BSN, включая без ограничений способы без потерь и/или с потерями [6].Data, control information, and CSI sent over DL / UL channels are shared between CP 5340 and BTS 5310-5314 via BSN 5330. Known training signals for DL channel can be stored in BTS 5310-5314 to reduce overhead in BSN 5330. B Depending on the type of network (i.e. wireless or wired, DSL, cable or fiber), the data transfer speed through the BSN 5330 may not be enough for the exchange of information between the CP 5340 and the BTS 5310-5314, especially when the baseband signal is sent to the BTS . For example, suppose that BTS transmits independent data streams to each UE at a speed of 10 Mbit / s over a 5 MHz band (due to digital modulation and the FEC coding scheme used in the wireless communication line). If 16 quantization bits are used for the real component and 16 for the imaginary component, the baseband signal requires 160 Mbps of bandwidth from CP to BTS via BSN. In one embodiment, the CP and BTS are equipped with encoding and decoding devices for compressing and decompressing information sent through the BSN. On the forward link channel, pre-encoded baseband data sent from the CP to the BTS is compressed to reduce the number of bits and overhead in the BSN. Similarly, in the reverse channel, the CSI and data (sent through the uplink from the UE to the BTS) are compressed before being transmitted from the BTS to the CP via the BSN. Various compression algorithms are used to reduce the number of bits and overhead in the BSN, including, without limitation, lossless and / or lossy methods [6].

Одна особенность систем DIDO, используемая в одном варианте осуществления, представляет собой получение CP 5340 CSI или информации о качестве канала между всеми BTS 5310-5314 и UE 5301, что позволяет осуществить предварительное кодирование. Как объяснено в [0006], производительность DIDO зависит от скорости, с которой CSI передается в CP, относительно скорости изменения беспроводных линий связи. Хорошо известно, что колебания комплексного усиления канала происходят из-за мобильности UE и/или изменений в среде распространения, вызывающих возникновение эффекта Доплера. Скорость изменения в канале измеряют в единицах времени когерентности канала (Тс), обратно пропорциональных максимальному смещению Доплера. Для того чтобы передачи DIDO проходили успешно, задержка вследствие обратной связи CSI должна составлять дробную часть (например, 1/10 или менее) от времени когерентности канала. В одном варианте осуществления задержку в контуре обратной связи CSI измеряют как длительность между моментом отправки обучающего сигнала CSI и моментом демодуляции предварительно закодированных данных на стороне UE, как показано на фиг. 58.One feature of DIDO systems used in one embodiment is the receipt of CP 5340 CSI or channel quality information between all BTS 5310-5314 and UE 5301, which allows precoding. As explained in [0006], DIDO performance depends on the rate at which CSI is transmitted to the CP, relative to the rate of change of the wireless links. It is well known that the oscillations of the complex channel gain occur due to the mobility of the UE and / or changes in the propagation medium causing the Doppler effect. The rate of change in the channel is measured in units of channel coherence time (T s ) inversely proportional to the maximum Doppler shift. In order for DIDO transmissions to be successful, the delay due to CSI feedback must be a fraction of (for example, 1/10 or less) of the channel coherence time. In one embodiment, the delay in the CSI feedback loop is measured as the duration between the moment of sending the CSI training signal and the moment of demodulating the pre-encoded data on the UE side, as shown in FIG. 58.

В дуплексных системах с частотным разделением (FDD) DIDO BTS 5310-5314 посылают обучающие сигналы CSI к UE 5301, выполненным с возможностью оценивать CSI и посылать обратную связь до BTS. Затем BTS посылают CSI посредством BSN к CP 5340, обрабатывающему предварительно закодированные потоки данных DIDO и отсылающему их обратно к BTS посредством BSN 5330. Наконец, BTS отсылают предварительно закодированные потоки к UE, демодулирующим данные. В случае, представленном на фиг. 58, общая задержка в контуре обратной связи DIDO имеет вид:In frequency division duplex (FDD) systems, the DIDO BTS 5310-5314 send CSI training signals to the UE 5301, configured to evaluate CSI and send feedback to the BTS. The BTS then sends the CSI via the BSN to the CP 5340, which processes the pre-encoded DIDO data streams and sends them back to the BTS via the BSN 5330. Finally, the BTS sends the pre-encoded streams to the UE demodulating the data. In the case of FIG. 58, the total delay in the DIDO feedback loop is:

2*TDL+TUL+TBSN+TCP,2 * T DL + T UL + T BSN + T CP ,

где TDL и TUL включают в себя время на создание, отправку и обработку нисходящей и восходящей групп данных соответственно, TBSN представляет собой задержку прохождения сигнала туда и обратно по BSN, а TCP представляет собой время, затраченное CP на обработку CSI, генерирование предварительно кодированных потоков данных для UE и планирование различных UE на настоящую передачу. В этом случае TDL умножают на 2 для учета времени прохождения обучающего сигнала (от BTS до UE) и прохождения сигнала обратной связи (от UE до BTS). В дуплексной системе с временным разделением (TDD), если возможно использование обратимости каналов, первую стадию пропускают (т.е. передачу обучающего сигнала CSI от BSI к UE), так как UE посыпают обучающий сигнал CSI к BTS, вычисляющим CSI и отправляющим его к СР. Следовательно, в таком варианте осуществления общая задержка доставки данных по контуру обратной связи DIDO составляет:where T DL and T UL include the time to create, send, and process the downstream and upstream data groups, respectively, T BSN represents the round trip delay of the signal on the BSN, and T CP represents the time C P spent on CSI processing, generating precoded data streams for the UE and scheduling various UEs for the present transmission. In this case, T DL is multiplied by 2 to take into account the travel time of the training signal (from BTS to UE) and the travel of the feedback signal (from UE to BTS). In a time division duplex (TDD) system, if channel reversibility is possible, the first stage is skipped (i.e., transmitting the CSI training signal from the BSI to the UE), since the UE sprinkles the CSI training signal to the BTS computing the CSI and sending it to Wed Therefore, in such an embodiment, the total delay in data delivery along the DIDO feedback loop is:

TDL+TUL+TBSN+TCP.T DL + T UL + T BSN + T CP .

Задержка передачи данных TBSN зависит от типа BSN: используют ли выделенный кабель, DSL, оптоволоконное подключение или обычный Интернет. Обычно значения варьируются в пределах от 1 до 50 мс. Время вычисления в CP можно сократить, если выполнять обработку DIDO в CP на специализированных процессорах, таких как ASIC, ПЛИС, ЦСП, ЦП, GPU и/или GPGPU. Более того, если количество BTS 5310-5314 превышает количество UE 5301, то все UE можно обслуживать в одно время, что приведет к удалению задержки, возникающей при многопользовательском распределении. Следовательно, задержка TCP ничтожно мала по сравнению с TBSN. Итак, обработку передачи и приема в нисходящем и восходящем каналах обычно выполняют на ASIC, ПЛИС или ЦСП, имеющих незначительное время вычисления, и если полоса частот сигнала относительно велика (например, больше 1 МГц), длительность кадра может быть очень мала (т.е. менее 1 мс). Следовательно, TDL и TUL также малы по сравнению с TBSN.The data transfer delay T BSN depends on the type of BSN: whether you use a dedicated cable, DSL, fiber optic connection or regular Internet. Typically, values range from 1 to 50 ms. The computation time in CP can be reduced if DIDO processing in CP is performed on specialized processors such as ASIC, FPGA, DSP, CPU, GPU and / or GPGPU. Moreover, if the number of BTS 5310-5314 exceeds the number of UE 5301, then all UEs can be serviced at the same time, which will remove the delay that occurs during multi-user distribution. Therefore, the delay T CP is negligible compared to T BSN . So, the processing of transmitting and receiving in the downstream and upstream channels is usually performed on ASICs, FPGAs or DSPs with a short calculation time, and if the frequency band of the signal is relatively large (for example, more than 1 MHz), the frame duration can be very short (i.e. less than 1 ms). Therefore, T DL and T UL are also small compared to T BSN .

В одном варианте осуществления настоящего изобретения CP 5340 отслеживает доплеровские скорости всех UE 5301 и динамически назначает BTS 5310-5314 с наименьшим TBSN для UE с наибольшей доплеровской скоростью. Такая настройка основана на различных критериях.In one embodiment of the present invention, the CP 5340 monitors the Doppler speeds of all UE 5301 and dynamically assigns the BTS 5310-5314 with the lowest T BSN to the UE with the highest Doppler speed. This setting is based on various criteria.

- Тип BSN. Например, выделенные оптоволоконные линии связи, как правило, имеют меньшую задержку, чем кабельные модемы или DSL. В таком случае BSN с более низкой задержкой используют для высокомобильных UE (например, машин на автострадах, поездов), тогда как BSN с более высокой задержкой используют для неподвижных беспроводных или низкомобильных UE (например, домашнего оборудования, пешеходов, машин в жилых районах).- Type BSN. For example, dedicated fiber links tend to have less latency than cable modems or DSLs. In this case, lower latency BSNs are used for highly mobile UEs (e.g., motorways, trains), while higher latency BSNs are used for fixed wireless or low mobility UEs (e.g. home equipment, pedestrians, cars in residential areas).

- Тип QoS. Например, BSN может поддерживать различные типы трафика DIDO или не-DIDO. Можно определить качество услуг (QoS) с различными приоритетами для различных видов трафика. Например, BSN назначает высокий приоритет трафику DIDO и низкий приоритет трафику не-DIDO. В альтернативном варианте осуществления высокоприоритетное QoS назначают трафику для высокомобильных UE, а низкоприоритетное QoS - для низкомобильных UE.- Type QoS. For example, a BSN may support various types of DIDO or non-DIDO traffic. You can define quality of service (QoS) with different priorities for different types of traffic. For example, BSN assigns high priority to DIDO traffic and low priority to non-DIDO traffic. In an alternative embodiment, high priority QoS is assigned to traffic for high mobile UEs, and low priority QoS is assigned to low mobile UEs.

- Долгосрочные статистические данные. Например, трафик, передаваемый по BSN, может значительно изменяться в зависимости от времени суток (например, ночью в жилых домах и днем в офисах). Более высокая нагрузка трафика может привести к большей задержке. В этом случае в разное время суток BSN с большим трафиком, если это приводит к высокой задержке, используют для низкомобильных UE, тогда как BSN с меньшим трафиком, если это приводит к низкой задержке, используют для высокомобильных UE.- Long-term statistics. For example, traffic transmitted via BSN can vary significantly depending on the time of day (for example, at night in residential buildings and during the day at offices). A higher traffic load may result in a longer delay. In this case, at different times of the day, BSNs with high traffic, if this leads to high latency, are used for low mobile UEs, while BSNs with lesser traffic, if this leads to low latency, are used for highly mobile UEs.

- Краткосрочные статистические данные. Например, на каждую BSN может воздействовать временная перегрузка сети, что может привести к высокой задержке. В таком случае CP может адаптивно выбирать BTS из перегруженных BSN, если перегруз вызывает большую задержку, для низкомобильных UE, а из оставшихся BSN, если они обладают меньшей задержкой, для высокомобильных UE.- Short-term statistics. For example, each BSN may be affected by temporary network congestion, which can lead to high latency. In this case, the CP can adaptively select BTS from the congested BSNs if the congestion causes a large delay for low mobile UEs, and from the remaining BSNs, if they have a lower delay, for highly mobile UEs.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения BTS 5310-5314 выбирают на основе возникшего доплеровского смещения в каждой отдельной линии связи BTS-UE. Например, в линии связи в пределах прямой видимости (LOS) В на фиг. 59, максимальное доплеровское смещение представляет собой функцию от угла (φ) междуIn another embodiment of the present invention, the BTS 5310-5314 is selected based on the occurring Doppler bias in each individual BTS-UE link. For example, on a line of sight (LOS) B in FIG. 59, the maximum Doppler shift is a function of the angle (φ) between

линией связи BTS-UE и транспортной скоростью (v) в соответствии с известным уравнением:the communication line BTS-UE and the transport speed (v) in accordance with the known equation:

Figure 00000073
Figure 00000073

где λ представляет собой длину волны, соответствующую несущей частоте. Таким образом, в каналах LOS доплеровское смещение максимально для линии связи А и почти равно нулю для линии связи С на фиг. 59. В не-LOS системах (NLOS) максимальное доплеровское смещение зависит от направления мульти-трактов вокруг UE, но, в основном, из-за того что BTS в системах DIDO распределены, некоторые BTS будут иметь более высокое доплеровское смещение для заданного UE (например, BTS 5312), в то время как другие BTS будут иметь более низкое доплеровское смещение для заданного UE (например, BTS 5314).where λ is the wavelength corresponding to the carrier frequency. Thus, in LOS channels, the Doppler shift is maximum for link A and almost zero for link C in FIG. 59. In non-LOS systems (NLOS), the maximum Doppler shift depends on the direction of the multi-paths around the UE, but mainly because the BTS in DIDO systems are distributed, some BTS will have a higher Doppler shift for a given UE ( for example, BTS 5312), while other BTS will have a lower Doppler offset for a given UE (for example, BTS 5314).

В одном варианте осуществления CP отслеживает доплеровскую скорость в каждой линии связи BTS-UE и выбирает только линии с наиболее низким эффектом Доплера для каждого UE. Аналогично технологиям, описанным ранее в документе, CP 5340 назначает «пользовательский кластер» для каждого UE 5301. Пользовательский кластер представляет собой множество BTS с хорошим качеством связи (определяемое на основе конкретного порогового значения отношения «сигнал-шум», SNR) к UE и с низким доплеровским смещением (определяемым, например, на основе предварительно заданного порогового значения), как показано на фиг. 60. На фиг. 60 BTS с 5 по 10 имеют хорошее SNR к UE1, но только BTS с 6 по 9 имеют маленький эффект Доплера (т.е. меньше заданного порогового значения).In one embodiment, the CP monitors the Doppler speed in each communication line of the BTS-UE and selects only the lines with the lowest Doppler effect for each UE. Similar to the technologies described earlier in the document, the CP 5340 assigns a “user cluster” for each UE 5301. The user cluster is a set of BTS with good communication quality (determined based on a specific threshold signal-to-noise ratio, SNR) to the UE and with low Doppler bias (determined, for example, based on a predetermined threshold value), as shown in FIG. 60. In FIG. 60 BTSs 5 through 10 have a good SNR to UE1, but only BTSs 6 through 9 have a small Doppler effect (i.e., less than a given threshold value).

CP в настоящем варианте осуществления регистрирует все значения SNR и доплеровского смещения для каждой линии связи BTS-UE в матрице, и для каждого UE выбирает подматрицу, удовлетворяющую пороговым значениям SNR и доплеровского смещения. На примере, представленном на фиг. 61, подматрица выделена зеленой пунктирной линией, окружающей С2,6, С2,7, С3,9, C4,7, C4,8, С4,9, и C5,6. Веса предварительного кодирования DIDO вычисляют для такого UE на основе такой подматрицы. Следует заметить, что BTS с 5 по 10 доступны UE 2, 3, 4, 5 и 7, как показано в таблице на фиг. 61. Далее во избежание возникновения помех в UE1 при передаче другим UE BTS с 5 по 10 либо должны быть выключены, либо назначены другим ортогональным каналам на основе стандартных технологий мультиплексирования, таких как TDMA, FDMA, CDMA или OFDMA.The CP in the present embodiment registers all SNR and Doppler bias values for each BTS-UE link in the matrix, and for each UE selects a submatrix satisfying the threshold SNR and Doppler bias values. In the example of FIG. 61, the submatrix is highlighted by a green dashed line surrounding C 2.6 , C 2.7 , C 3.9 , C 4.7 , C 4.8 , C 4.9 , and C 5.6 . DIDO precoding weights are calculated for such a UE based on such a submatrix. It should be noted that BTS 5 through 10 are available for UEs 2, 3, 4, 5, and 7, as shown in the table in FIG. 61. Further, in order to avoid interference in UE1 when transmitting to other UEs, BTSs 5 through 10 must either be turned off or assigned to other orthogonal channels based on standard multiplexing technologies such as TDMA, FDMA, CDMA or OFDMA.

В другом варианте осуществления негативное воздействие эффекта Доплера на характеристики предварительно кодирующих систем DIDO уменьшают посредством линейного предсказания, технологии, оценивающей будущие комплексные коэффициенты канала на основе предыдущих оценок. В качестве примера (но не в качестве ограничения) различные алгоритмы предсказаний для беспроводных систем с единым входом - единым выходом (SISO) и систем OFDM предлагали в [7-11]. Зная будущие комплексные коэффициенты канала, можно уменьшить ошибку, возникающую из-за устаревшей CSI. Например, на фиг. 62 представлено усиление канала (или CSI) в различные моменты времени: i) tCTR - момент времени, в который CTR на фиг. 58 получает CSI из UE в системах FDD (или, аналогично, BTS выполнены с возможностью оценивать CSI в канале UL, используя обратимость DL/UL в системах TDD); ii) tCP - момент времени, в который CSI доставляется в CP посредством BSN; iii) TBTS - момент времени, в который CSI используется для предварительного кодирования в беспроводной линии связи. На фиг. 62 видно, что из-за задержки TBSN (также показано на фиг. 58), CSI, оцененная в момент времени tCTR, будет устаревшей (т.е. комплексное усиление канала изменилось) к моменту ее использования в беспроводной передаче по каналу DL в момент времени tBTS. Один из способов избежать такого эффекта, возникающего из-за доплеровского смещения, представляет собой запуск способа предсказания на СР. Оценки CSI, доступные в CP в момент времени tCTR, имеют задержку TBSN/2 вследствие задержки CTR к CP и соответствуют усилению канала в момент времени t0 на фиг. 62. Далее CP использует часть или всю CSI, оцененную перед моментом t0 и хранящуюся в памяти для предсказания будущих коэффициентов канала в момент времени t0+TBSN=tCP. Если алгоритм предсказания имеет минимальное распространение ошибки, предсказанная CSI в момент времени tCP надежно отражает усиление канала в будущем. Разницу во времени между предсказанной CSI и настоящей CSI называют «горизонтом предсказания» и в системах SISO обычно масштабируют с помощью времени когерентности канала.In another embodiment, the negative impact of the Doppler effect on the characteristics of pre-coding DIDO systems is reduced by linear prediction, a technology that estimates future complex channel coefficients based on previous estimates. As an example (but not as a limitation), various prediction algorithms for wireless systems with a single input - a single output (SISO) and OFDM systems were proposed in [7–11]. Knowing the future complex channel coefficients, you can reduce the error that occurs due to outdated CSI. For example, in FIG. 62 shows channel gain (or CSI) at various points in time: i) t CTR is the point in time at which the CTR in FIG. 58 receives CSI from a UE in FDD systems (or, similarly, BTSs are configured to evaluate CSI in a UL channel using DL / UL reversibility in TDD systems); ii) t CP is the point in time at which the CSI is delivered to the CP through the BSN; iii) T BTS is the point in time at which CSI is used for precoding on the wireless link. In FIG. 62 it can be seen that due to the delay T BSN (also shown in FIG. 58), the CSI estimated at time t CTR will be outdated (i.e., the complex channel gain has changed) by the time it is used in wireless transmission over the DL channel at time t BTS . One way to avoid such an effect due to Doppler shift is to start the prediction method on SR. The CSI estimates available in the CP at the time t CTR have a delay T BSN / 2 due to the delay CTR to the CP and correspond to the channel gain at time t 0 in FIG. 62. Next, the CP uses part or all of the CSI estimated before t 0 and stored in memory to predict future channel coefficients at t 0 + T BSN = t CP . If the prediction algorithm has minimal error propagation, the predicted CSI at time point t CP reliably reflects channel gain in the future. The time difference between the predicted CSI and the present CSI is called the “prediction horizon” and in SISO systems it is usually scaled using channel coherence time.

В системах DIDO алгоритм предсказания более сложный, так как он выполнен с возможностью оценивать будущие коэффициенты канала и во временной, и в пространственной областях. Алгоритмы линейного предсказания используют пространственно-временные характеристики беспроводных каналов MIMO, описанные в [12-13]. В [13] показано, что производительность алгоритмов предсказания в системах MIMO (измеряется среднеквадратичной ошибкой, СКО) улучшается при высоком времени когерентности канала (т.е. при уменьшенном эффекте Доплера) и низкой длине когерентности канала (из-за более низкой пространственной корреляции). Следовательно, горизонт предсказания (выраженный в секундах) пространственно-временных способов прямо пропорционален времени когерентности канала и обратно пропорционален длине когерентности канала. В системах DIDO длина когерентности низка вследствие высокой пространственной избирательности, формируемой распределенными антеннами.In DIDO systems, the prediction algorithm is more complex, since it is capable of estimating future channel coefficients in both the time and spatial domains. Linear prediction algorithms use the spatio-temporal characteristics of MIMO wireless channels described in [12–13]. It was shown in [13] that the performance of prediction algorithms in MIMO systems (measured by standard error, standard deviation) improves with a high channel coherence time (ie, with a reduced Doppler effect) and a low channel coherence length (due to lower spatial correlation) . Therefore, the prediction horizon (expressed in seconds) of space-time methods is directly proportional to the channel coherence time and inversely proportional to the channel coherence length. In DIDO systems, the coherence length is low due to the high spatial selectivity generated by distributed antennas.

Описанные в настоящем документе способы предсказания используют временное и пространственное разнесение систем DIDO для предсказания будущего вектора канала (т.е. CSI от BTS к UE). Настоящие варианты осуществления используют пространственное разнесение, доступное в беспроводных каналах, для получения малой ошибки предсказания CSI и расширенного горизонта предсказания при использовании существующих алгоритмов предсказания SISO и MIMO. Одну из важных особенностей этих способов представляет собой использование распределенных антенн с учетом получения ими некореллированых комплексных коэффициентов канала от распределенных UE.The prediction methods described herein use the temporal and spatial diversity of DIDO systems to predict the future channel vector (i.e., CSI from BTS to UE). The present embodiments utilize the spatial diversity available in wireless channels to obtain a small CSI prediction error and an extended prediction horizon using existing SISO and MIMO prediction algorithms. One of the important features of these methods is the use of distributed antennas, taking into account the receipt of uncorrelated complex channel coefficients from distributed UEs.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения пространственное и временное предсказывающее устройство комбинируют с устройством оценки в частотной области, что позволяет осуществить предсказание CSI на всех доступных поднесущих в системе, такой как системы OFDM. В другом варианте осуществления настоящего изобретения веса предварительного кодирования DIDO (а не CSI) предсказываются на основе предыдущих оценок весов DIDO.In one embodiment of the present invention, a spatial and temporal predictive device is combined with a frequency domain estimator to allow CSI prediction on all available subcarriers in a system, such as OFDM systems. In another embodiment of the present invention, DIDO precoding weights (rather than CSI) are predicted based on previous DIDO weight estimates.

ЛитератураLiterature

[1] М. Costa, «Writing on dirty paper», IEEE Transactions on Information Theory, том 29, №3, стр. 439-441, май 1983 г.[1] M. Costa, “Writing on dirty paper”, IEEE Transactions on Information Theory, Volume 29, No. 3, pp. 439-441, May 1983.

[2] U. Erez, S. Shamai (Shitz), and R. Zamir, «Capacity and lattice-strategies for cancelling known interference», Proceedings of International Symposium on Information Theory, г. Гонолулу, Гавайи, ноябрь 2000 г.[2] U. Erez, S. Shamai (Shitz), and R. Zamir, “Capacity and lattice-strategies for cancelling known interference,” Proceedings of International Symposium on Information Theory, Honolulu, Hawaii, November 2000.

[3] М. Tomlinson, «New automatic equalizer employing modulo arithmetic», Electronics Letters, стр. 138-139, март 1971 г.[3] M. Tomlinson, “New automatic equalizer employing modulo arithmetic”, Electronics Letters, pp. 138-139, March 1971.

[4] H. Miyakawa and H. Harashima, «A method of code conversion for digital communication channels with intersymbol interference», Transactions of the Institute of Electronic[4] H. Miyakawa and H. Harashima, “A method of code conversion for digital communication channels with intersymbol interference”, Transactions of the Institute of Electronic

[5] R.A. Monziano and T.W. Miller, Introduction to Adaptive Arrays, New York: Wiley, 1980 г.[5] R.A. Monziano and T.W. Miller, Introduction to Adaptive Arrays, New York: Wiley, 1980

[6] Guy E. Blelloch, introduction to Data Compression», Carnegie Mellon University Tech. Report, сентябрь 2010 г.[6] Guy E. Blelloch, introduction to Data Compression, ”Carnegie Mellon University Tech. Report, September 2010

[7] A. Duel-Hallen, S. Hu, and H. Hallen, «Long-Range Prediction of Fading Signals», IEEE Signal Processing Mag., том 17, №3, стр. 62-75, май 2000 г.[7] A. Duel-Hallen, S. Hu, and H. Hallen, “Long-Range Prediction of Fading Signals,” IEEE Signal Processing Mag., Volume 17, No. 3, pp. 62-75, May 2000.

[8] A. Forenza and R.W. Heath, Jr., «Link Adaptation and Channel Prediction in Wireless OFDM Systems», in Proc. IEEE Midwest Symp. on Circuits and Sys., август 2002 г., стр. 211-214.[8] A. Forenza and R.W. Heath, Jr., “Link Adaptation and Channel Prediction in Wireless OFDM Systems,” in Proc. IEEE Midwest Symp. on Circuits and Sys., August 2002, pp. 211-214.

[9] M. Sternad and D. Aronsson, «Channel estimation and prediction for adaptive OFDM downlinks [vehicular applications]», in Proc. IEEE Vehicular Technology Conference, том 2, октябрь 2003 г., стр. 1283-1287.[9] M. Sternad and D. Aronsson, “Channel estimation and prediction for adaptive OFDM downlinks [vehicular applications],” in Proc. IEEE Vehicular Technology Conference, Volume 2, October 2003, pp. 1283-1287.

[10] D. Schafhuber and G. Matz, «MMSE and Adaptive Prediction of Time-Varying Channels for OFDM Systems», IEEE Trans. Wireless Commun., том 4, №2, стр. 593-602, март 2005 г.[10] D. Schafhuber and G. Matz, “MMSE and Adaptive Prediction of Time-Varying Channels for OFDM Systems,” IEEE Trans. Wireless Commun., Volume 4, No. 2, pp. 593-602, March 2005

[11] I.С. Wong and В.L. Evans, «Joint Channel Estimation and Prediction for OFDM Systems», in Proc. IEEE Global Telecommunications Conference, г. Сент-Луис, штат Миссури, декабрь 2005 г.[11] I.S. Wong and B.L. Evans, “Joint Channel Estimation and Prediction for OFDM Systems,” in Proc. IEEE Global Telecommunications Conference, St. Louis, Missouri, December 2005

[12] M. Guillaud and D. Slock, «A specular approach to MIMO frequencyselective channel tracking and prediction», in Proc. IEEE Signal Processing Advances in Wireless Communications, июль 2004 г., стр. 59-63.[12] M. Guillaud and D. Slock, “A specular approach to MIMO frequency selective channel tracking and prediction,” in Proc. IEEE Signal Processing Advances in Wireless Communications, July 2004, pp. 59-63.

[13] Wong, I.C. Evans, B.L., «Exploiting Spatio-Temporal Correlations in MIMO Wireless Channel Prediction», IEEE Globecom Conf., стр. 1-5, декабрь 2006 г.[13] Wong, I.C. Evans, B.L., “Exploiting Spatio-Temporal Correlations in MIMO Wireless Channel Prediction,” IEEE Globecom Conf., Pp. 1-5, December 2006.

Варианты осуществления настоящего изобретения могут включать в себя различные стадии, как указано выше. Такие стадии можно реализовать в исполняемых компьютером командах, заставляющих универсальный или специализированный процессоры выполнять определенные стадии. Например, различные компоненты внутри базовых станций/АР и устройств клиента, описанные выше, можно реализовать как программное обеспечение, исполняемое в универсальном или на специализированном процессорах. Для того чтобы не затруднять понимание относящихся к настоящему изобретению аспектов, различные известные компоненты персонального компьютера, такие как устройство памяти компьютера, жесткий диск, устройства ввода данных и т.д., не представлены на фигурах.Embodiments of the present invention may include various steps as described above. Such stages can be implemented in computer-executable instructions, forcing the universal or specialized processors to perform certain stages. For example, the various components within the base stations / APs and client devices described above can be implemented as software running on universal or specialized processors. In order not to complicate the understanding of the aspects related to the present invention, various known components of a personal computer, such as a computer memory device, a hard disk, data input devices, etc., are not shown in the figures.

В альтернативном варианте осуществления различные функциональные модули, показанные в настоящем документе, и сопутствующие стадии можно выполнять специальными аппаратными компонентами, содержащими аппаратно реализованную логику для выполнения стадий, такими как специализированная прикладная интегральная схема («ASIC»), или любой комбинацией запрограммированных компьютерных компонентов и заказных компонентов аппаратного обеспечения.In an alternative embodiment, the various function modules shown in this document and related steps can be performed by special hardware components that contain hardware logic to complete the steps, such as a specialized application integrated circuit ("ASIC"), or any combination of programmed computer components and custom hardware components.

В одном варианте осуществления определенные модули, такие как модули 903 кодирования, модуляции и логической обработки сигналов, описанные выше, можно реализовать на программируемом цифровом сигнальном процессоре («ЦСП») (или группе ЦСП), таком как ЦСП, использующий архитектуру Texas Instruments TMS320x (например, TMS320C6000, TMS320C5000, … и т.д.). ЦСП в таком варианте осуществления можно встроить в плату расширения для персонального компьютера, например плату PCI. Конечно, можно применять множество различных архитектур ЦСП, если они соответствуют основополагающим принципам настоящего изобретения.In one embodiment, certain modules, such as the coding, modulation, and logic processing modules 903 described above, may be implemented on a programmable digital signal processor (“DSP”) (or group of DSPs), such as a DSP using the Texas Instruments TMS320x architecture ( e.g. TMS320C6000, TMS320C5000, ... etc.). The DSP in this embodiment can be integrated into an expansion card for a personal computer, for example a PCI card. Of course, many different DSP architectures can be applied if they are consistent with the fundamental principles of the present invention.

Элементы настоящего изобретения можно также выполнить как машиночитаемый носитель для хранения исполняемых компьютером команд. Такие машиночитаемые носители могут включать в себя без ограничений флэш-память, оптические диски, CD-ROM, DVD-ROM, RAM, EPROM, EEPROM, магнитную или оптическую карту, носитель для распространения или другой тип машиночитаемых носителей, пригодных для хранения электронных команд. Например, настоящее изобретение можно загружать как компьютерную программу, передаваемую от удаленного компьютера (например, сервера) к запрашивающему компьютеру (например, клиенту) посредством сигналов данных, реализованных в виде несущей волны или другой среды распространения через линию связи (например, модем или сетевое соединение).Elements of the present invention can also be implemented as a computer-readable medium for storing computer-executable instructions. Such computer-readable media may include, but are not limited to, flash memory, optical disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, RAM, EPROM, EEPROMs, magnetic or optical cards, distribution media, or other types of computer-readable media suitable for storing electronic commands. For example, the present invention can be downloaded as a computer program transmitted from a remote computer (eg, server) to a requesting computer (eg, client) via data signals implemented as a carrier wave or other propagation medium via a communication line (eg, modem or network connection )

В представленном описании для целей объяснения были приведены многочисленные конкретные подробности для обеспечения полного понимания представленных системы и способа. Специалисты в данной области техники должны понимать, что систему и способ можно реализовать без некоторых из этих конкретных подробностей. Соответственно, объем и сущность настоящего изобретения необходимо рассматривать с точки зрения формулы изобретения, приведенной далее.In the description provided, for purposes of explanation, numerous specific details have been set forth to provide a thorough understanding of the presented system and method. Specialists in the art should understand that the system and method can be implemented without some of these specific details. Accordingly, the scope and essence of the present invention must be considered from the point of view of the claims below.

Кроме того, повсеместно в приведенном выше описании цитировались многочисленные публикации для обеспечения более полного понимания настоящего изобретения. Все эти процитированные публикации включены в настоящую заявку путем ссылки.In addition, numerous publications have been cited throughout the foregoing description to provide a more complete understanding of the present invention. All of these cited publications are incorporated herein by reference.

Claims (49)

1. Многопользовательская (MU) многоантенная система (MAS), содержащая:1. A multi-user (MU) multi-antenna system (MAS), comprising: один или более централизованных блоков, соединенных для связи с множеством распределенных приемопередающих станций или антенн посредством сети;one or more centralized units connected to communicate with a plurality of distributed transceiver stations or antennas via a network; сеть, состоящую из проводных или беспроводных линий связи или их сочетания, используемую в качестве канала связи транспортной сети;a network consisting of wired or wireless communication lines, or a combination thereof, used as a communication channel of a transport network; при этом один или более централизованных блоков выполнены с возможностью осуществлять связь с множеством распределенных приемопередающих станций или антенн для адаптивного переконфигурирования одновременной связи в одной полосе частот между распределенными приемопередающими станциями или антеннами и множеством пользователей для уменьшения влияния эффектов Доплера, возникающих из-за перемещений пользователя или изменений в среде распространения данных.wherein one or more centralized units are configured to communicate with a plurality of distributed transceiver stations or antennas for adaptively reconfiguring simultaneous communication in a single frequency band between distributed transceiver stations or antennas and a plurality of users to reduce the effect of Doppler effects resulting from user movements or changes in the data distribution environment. 2. Система по п. 1, в которой система MU-MAS содержит один или более наборов пользовательского оборудования (UE), базовых приемопередающих станций (BTS), контроллеров (CTR), централизованных процессоров (CP) и сетей базовых станций (BSN).2. The system of claim 1, wherein the MU-MAS system comprises one or more sets of user equipment (UE), base transceiver stations (BTS), controllers (CTR), centralized processors (CP), and base station networks (BSN). 3. Система по п. 1, содержащая распределенные антенны, использующие пространственное, поляризационное и/или диаграммное разнесение для увеличения скорости передачи данных и/или покрытия для одного или множества пользователей в беспроводных системах.3. The system of claim 1, comprising distributed antennas using spatial, polarization, and / or pattern diversity to increase data rate and / or coverage for one or many users in wireless systems. 4. Система по п. 1, в которой UE размещены вокруг или между распределенными антеннами или окружены распределенными антеннами.4. The system of claim 1, wherein the UEs are located around or between distributed antennas or surrounded by distributed antennas. 5. Система по п. 1, в которой MU-MAS выполнена с возможностью использовать комплексные веса в приемнике восходящего канала для демодуляции независимых потоков (например, данных или CSI) от UE.5. The system of claim 1, wherein the MU-MAS is configured to use complex weights in the uplink receiver to demodulate independent streams (eg, data or CSI) from the UE. 6. Система по п. 5, в которой комплексные веса приемника восходящего канала получены из предварительно кодированных весов нисходящего канала или вычислены посредством приемника оптимального сложения.6. The system of claim 5, wherein the complex weights of the uplink receiver are obtained from pre-coded downlink weights or calculated by the optimal addition receiver. 7. Система по п. 2, в которой CP и BTS оборудованы кодирующими/декодирующими устройствами для сжатия/распаковки информации, которой они обмениваются через BSN.7. The system of claim 2, wherein the CP and BTS are equipped with encoding / decoding devices for compressing / decompressing the information that they exchange through the BSN. 8. Система по п. 7, в которой предварительно закодированные потоки данных основной полосы частот сжаты перед передачей от/к BTS к/от распределенных антенн MU-MAS для уменьшения непроизводительных затрат в BSN. 8. The system of claim 7, wherein the pre-encoded baseband data streams are compressed before transmitting from / to the BTS to / from the distributed MU-MAS antennas to reduce overhead in the BSN. 9. Система по п. 2, в которой CP выполнен с возможностью на основе задержки в BSN адаптивно выбирать BTS, подлежащие использованию для низко- или высокомобильных UE.9. The system of claim 2, wherein the CP is adapted based on a delay in the BSN to adaptively select BTSs to be used for low or high mobile UEs. 10. Система по п. 9, в которой адаптация основана на типе (высоком или низком) скорости передачи данных в BSN, или QoS, или средней статистике трафика (например, использовании различных сетей в дневное или ночное время), или текущей статистике трафика (например, временная перегрузка сети) в BSN.10. The system of claim 9, wherein the adaptation is based on the type of (high or low) data rate in the BSN, or QoS, or average traffic statistics (for example, using different networks in the daytime or at night), or current traffic statistics ( e.g. temporary network congestion) in the BSN. 11. Система по п. 2, в которой CP выполнен с возможностью на основе доплеровских скоростей в каждой линии связи BTS-UE адаптивно выбирать BTS, подлежащие использованию для низко- или высокомобильных UE.11. The system of claim 2, wherein the CP is configured to adaptively select BTSs to be used for low- or high-mobility UEs based on Doppler speeds in each communication line of the BTS-UE. 12. Система по п. 2, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью применения линейного предсказания для оценки CSI или весов предварительного кодирования MU-MAS, тем самым устраняя неблагоприятный эффект Доплера, влияющий на производительность системы MU-MAS.12. The system of claim 2, characterized in that it is capable of applying linear prediction to estimate CSI or MU-MAS precoding weights, thereby eliminating the adverse Doppler effect affecting the performance of the MU-MAS system. 13. Система по п. 12, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью применения предсказания во временной, частотной и/или пространственной областях.13. The system according to p. 12, characterized in that it is made with the possibility of applying prediction in the time, frequency and / or spatial domains. 14. Способ уменьшения влияния эффектов Доплера, реализуемый для многопользовательской (MU) многоантенной системы (MAS), причем система MU-MAS содержит по меньшей мере один централизованный блок, соединенный для связи с множеством распределенных приемопередающих станций (BTS) или антенн, при этом способ содержит этапы, на которых:14. A method of reducing the effect of Doppler effects implemented for a multi-user (MU) multi-antenna system (MAS), the MU-MAS system comprising at least one centralized unit coupled to communicate with a plurality of distributed transceiver stations (BTS) or antennas, the method contains stages in which: измеряют доплеровскую скорость первого мобильного пользователя относительно множества BTS; иmeasuring the Doppler speed of the first mobile user with respect to the plurality of BTS; and осуществляют связь централизованного блока с множеством BTS по сети для адаптивного переконфигурирования одновременной связи в одной полосе частот между множеством BTS и множеством пользователей, при этом на этапе адаптивного переконфигурирования динамически назначают первого мобильного пользователя первой BTS или первому набору BTS из множества BTS на основе измеренной доплеровской скорости для первой BTS относительно других BTS.the central unit is connected to a plurality of BTS over a network for adaptively reconfiguring simultaneous communication in a single frequency band between a plurality of BTS and a plurality of users, while in the adaptive reconfiguration step, a first mobile user is dynamically assigned to a first BTS or a first set of BTS from a plurality of BTS based on the measured Doppler speed for the first BTS relative to other BTS. 15. Способ по п. 14, в котором, если измеренная доплеровская скорость первого мобильного пользователя относительно выше измеренной доплеровской скорости второго мобильного пользователя, то динамическое назначение включает в себя назначение первого мобильного пользователя первой BTS или первому набору BTS и назначение второго мобильного пользователя второй BTS или второму набору BTS, причем первая BTS или первый набор BTS имеет относительно более низкую связанную с ними задержку, чем вторая BTS или второй набор BTS.15. The method of claim 14, wherein if the measured Doppler speed of the first mobile user is relatively higher than the measured Doppler speed of the second mobile user, then the dynamic assignment includes assigning the first mobile user to the first BTS or the first set of BTS and assigning the second mobile user to the second BTS or a second set of BTS, wherein the first BTS or first set of BTS has a relatively lower associated delay than the second BTS or second set of BTS. 16. Способ по п. 15, в котором задержка включает в себя: время на передачу первого обучающего сигнала от первого мобильного пользователя к BTS, двухстороннюю задержку в сети базовых станций (BSN), соединяющей BTS и централизованный процессор (CP), и время, потраченное CP на обработку информации о состоянии канала (CSI) в беспроводном канале между BTS и первым мобильным пользователем, генерирование предварительно кодированных потоков данных для первого мобильного пользователя на основе CSI и планирование передач различным мобильным пользователям, включая первого пользователя для текущей передачи.16. The method of claim 15, wherein the delay includes: a time for transmitting a first training signal from a first mobile user to a BTS, a two-way delay in a base station network (BSN) connecting the BTS and a centralized processor (CP), and time, CP spent on processing channel state information (CSI) in a wireless channel between the BTS and the first mobile user, generating precoded data streams for the first mobile user based on CSI and scheduling transmissions to various mobile users, including I am the first user for the current transfer. 17. Способ по п. 16, в котором задержка дополнительно включает в себя время на передачу первому мобильному пользователю второго обучающего сигнала от BTS.17. The method of claim 16, wherein the delay further includes transmitting a second training signal from the BTS to the first mobile user. 18. Способ по п. 14, в котором на этапе динамического назначения дополнительно выполняют назначение на основе сочетания качества линии связи в канале связи между каждой BTS и первым мобильным пользователем и измеренной доплеровской скорости, связанной с каждой BTS, относительно первого пользователя.18. The method of claim 14, wherein the dynamic assignment step further performs an assignment based on a combination of link quality in the communication channel between each BTS and the first mobile user and the measured Doppler speed associated with each BTS relative to the first user. 19. Способ по п. 18, в котором для заданной доплеровской скорости выбрана BTS с относительно более высоким качеством линии связи.19. The method according to p. 18, in which for a given Doppler speed selected BTS with a relatively higher quality of the communication line. 20. Способ по п. 18, в котором для заданного качества линии связи выбрана BTS с относительно более низкой доплеровской скоростью.20. The method according to p. 18, in which for a given quality of the communication line selected BTS with a relatively lower Doppler speed. 21. Способ по п. 14, дополнительно содержащий этап, на котором:21. The method of claim 14, further comprising the step of: выполняют оценку будущих комплексных коэффициентов канала на основе предыдущих комплексных коэффициентов канала для компенсации негативного воздействия эффекта Доплера на связь между BTS и первым мобильным пользователем.evaluate future complex channel coefficients based on previous complex channel coefficients to compensate for the negative impact of the Doppler effect on the communication between the BTS and the first mobile user. 22. Способ по п. 21, в котором для оценки используется линейное предсказание.22. The method of claim 21, wherein linear prediction is used for estimation. 23. Способ по п. 14, в котором первый мобильный пользователь динамически назначен первой BTS или первому набору BTS на основе доплеровской скорости и информации о состоянии канала (CSI), определяющей качество каналов связи между мобильным пользователем и каждой BTS из множества BTS.23. The method according to p. 14, in which the first mobile user is dynamically assigned to the first BTS or the first set of BTS based on Doppler speed and channel status information (CSI), which determines the quality of communication channels between the mobile user and each BTS from the set of BTS. 24. Способ по п. 23, дополнительно содержащий этапы, на которых:24. The method of claim 23, further comprising the steps of: строят матрицу из значений доплеровских скоростей и качества линий связи для каждой BTS из множества BTS относительно первого мобильного пользователя; иconstructing a matrix of Doppler velocities and link quality for each BTS from the plurality of BTS relative to the first mobile user; and выбирают BTS, доплеровская скорость которой ниже заданного порогового значения, а качество линии связи выше заданного порогового значения.choose a BTS whose Doppler speed is below a predetermined threshold value, and the quality of the communication line is above a predetermined threshold value. 25. Многопользовательская (MU) многоантенная система (MAS) для уменьшения влияния эффектов Доплера, содержащая:25. Multi-user (MU) multi-antenna system (MAS) to reduce the effects of Doppler effects, containing: множество базовых приемопередающих станций (BTS);multiple base transceiver stations (BTS); сеть, соединяющую множество BTS по меньшей мере с одним централизованным процессором (CP);a network connecting a plurality of BTSs to at least one centralized processor (CP); первого мобильного пользователя, устанавливающего линию связи с каждой из BTS;the first mobile user establishing a communication line with each of the BTS; причем централизованный процессор (CP) выполнен с возможностью осуществления связи с множеством BTS по сети для адаптивного переконфигурирования одновременной связи в одной полосе частот между множеством BTS и множеством пользователей, при этом адаптивное переконфигурирование включает в себя измерение доплеровской скорости первого мобильного пользователя относительно каждой BTS из множества BTS и динамического назначения первого мобильного пользователя первой BTS из множества BTS на основе измеренной доплеровской скорости для первой BTS относительно других BTS.moreover, a centralized processor (CP) is configured to communicate with a plurality of BTS over a network for adaptively reconfiguring simultaneous communication in a single frequency band between a plurality of BTS and a plurality of users, wherein the adaptive reconfiguration includes measuring the Doppler speed of the first mobile user relative to each BTS of the plurality BTS and the dynamic assignment of the first mobile user of the first BTS from the set of BTS based on the measured Doppler speed for the first BTS rel respect to other BTS. 26. Система по п. 25, в которой, если измеренная доплеровская скорость первого мобильного пользователя относительно выше измеренной доплеровской скорости второго мобильного пользователя, то динамическое назначение включает в себя назначение первого мобильного пользователя первой BTS и назначение второго мобильного пользователя второй BTS, причем первая BTS имеет относительно более низкую связанную с ней задержку, чем вторая BTS.26. The system of claim 25, wherein if the measured Doppler speed of the first mobile user is relatively higher than the measured Doppler speed of the second mobile user, then the dynamic assignment includes assigning the first mobile user to the first BTS and assigning the second mobile user to the second BTS, wherein the first BTS has a relatively lower associated delay than the second BTS. 27. Система по п. 26, в которой задержка включает в себя: время на передачу первого обучающего сигнала от первого мобильного пользователя к BTS, двухстороннюю задержку в сети базовых станций (BSN), соединяющей BTS и централизованный процессор (CP), и время, требуемое CP на обработку информации о состоянии канала (CSI) для беспроводного канала между BTS и первым мобильным пользователем, генерирование предварительно кодированных потоков данных для первого мобильного пользователя на основе CSI и планирование передач различным мобильным пользователям, включая первого пользователя для текущей передачи.27. The system of claim 26, wherein the delay includes: a time for transmitting a first training signal from a first mobile user to a BTS, a two-way delay in a base station network (BSN) connecting the BTS and a centralized processor (CP), and time, the required CP for processing channel state information (CSI) for the wireless channel between the BTS and the first mobile user, generating precoded data streams for the first mobile user based on CSI and scheduling transmissions to various mobile users, including tea of the first user for the current transfer. 28. Система по п. 27, в которой задержка дополнительно включает в себя время на передачу первому мобильному пользователю второго обучающего сигнала от BTS.28. The system of claim 27, wherein the delay further includes transmitting a second training signal from the BTS to the first mobile user. 29. Система по п. 25, в которой динамическое назначение дополнительно содержит назначение на основе сочетания качества линии связи в канале связи между каждой BTS и первым мобильным пользователем и измеренной доплеровской скорости, связанной с каждой BTS, относительно первого пользователя.29. The system of claim 25, wherein the dynamic assignment further comprises an assignment based on a combination of link quality in the communication channel between each BTS and the first mobile user and the measured Doppler speed associated with each BTS relative to the first user. 30. Система по п. 29, в которой для заданной доплеровской скорости выбрана BTS с относительно более высоким качеством линии связи.30. The system of claim 29, wherein, for a given Doppler speed, a BTS with a relatively higher quality link is selected. 31. Система по п. 29, в которой для заданного качества линии связи выбрана BTS с относительно более низкой доплеровской скоростью.31. The system of claim 29, wherein, for a given link quality, BTS is selected with a relatively lower Doppler speed. 32. Система по п. 25, в которой CP выполнен с возможностью оценивать будущие комплексные коэффициенты канала на основе предыдущих комплексных коэффициентов канала для компенсации негативного воздействия эффекта Доплера на связь между BTS и первым мобильным пользователем.32. The system of claim 25, wherein the CP is configured to evaluate future complex channel coefficients based on previous complex channel coefficients to compensate for the negative effect of the Doppler effect on communication between the BTS and the first mobile user. 33. Система по п. 32, в которой для оценки используется линейное предсказание.33. The system of claim 32, wherein the linear prediction is used for estimation. 34. Система по п. 25, в которой первый мобильный пользователь динамически назначен первой BTS на основе доплеровской скорости и информации о состоянии канала (CSI), определяющей качество канала связи между мобильным пользователем и каждой BTS из множества BTS.34. The system of claim 25, wherein the first mobile user is dynamically assigned to the first BTS based on Doppler speed and channel status information (CSI), which determines the quality of the communication channel between the mobile user and each BTS from the set of BTS. 35. Система по п. 34, в которой CP выполнен с возможностью выполнения дополнительных действий:35. The system of claim 34, wherein the CP is configured to perform additional actions: по построению матрицы из значений доплеровских скоростей и качества линий связи для каждой BTS из множества BTS относительно первого мобильного пользователя; иon the construction of a matrix of values of Doppler speeds and quality of communication lines for each BTS from the set of BTS relative to the first mobile user; and по выбору BTS, доплеровская скорость которой ниже заданного порогового значения, а качество линии связи выше заданного порогового значения.optionally BTS, the Doppler speed of which is below a predetermined threshold value, and the quality of the communication line is above a predetermined threshold value.
RU2014148791A 2012-05-04 2013-05-03 System and methods to compensate doppler effects in wireless systems with distributed input - distributed output RU2649078C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/464,648 US9312929B2 (en) 2004-04-02 2012-05-04 System and methods to compensate for Doppler effects in multi-user (MU) multiple antenna systems (MAS)
US13/464,648 2012-05-04
PCT/US2013/039580 WO2013166464A1 (en) 2012-05-04 2013-05-03 System and methods for coping with doppler effects in distributed-input distributed-output wireless systems

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018109118A Division RU2018109118A (en) 2012-05-04 2013-05-03 SYSTEM AND METHODS OF COMBATING DOPLER EFFECTS IN WIRELESS SYSTEMS WITH DISTRIBUTED INPUT - DISTRIBUTED OUTPUT

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014148791A RU2014148791A (en) 2016-06-27
RU2649078C2 true RU2649078C2 (en) 2018-03-29

Family

ID=49514932

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014148791A RU2649078C2 (en) 2012-05-04 2013-05-03 System and methods to compensate doppler effects in wireless systems with distributed input - distributed output
RU2018109118A RU2018109118A (en) 2012-05-04 2013-05-03 SYSTEM AND METHODS OF COMBATING DOPLER EFFECTS IN WIRELESS SYSTEMS WITH DISTRIBUTED INPUT - DISTRIBUTED OUTPUT

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018109118A RU2018109118A (en) 2012-05-04 2013-05-03 SYSTEM AND METHODS OF COMBATING DOPLER EFFECTS IN WIRELESS SYSTEMS WITH DISTRIBUTED INPUT - DISTRIBUTED OUTPUT

Country Status (13)

Country Link
EP (1) EP2845178A4 (en)
JP (3) JP6178842B2 (en)
KR (1) KR101875397B1 (en)
CN (2) CN111262613A (en)
AU (3) AU2013256044B2 (en)
BR (1) BR112014027631A2 (en)
CA (1) CA2872502C (en)
IL (2) IL272481B2 (en)
MX (1) MX354045B (en)
RU (2) RU2649078C2 (en)
SG (1) SG11201407381VA (en)
TW (4) TWI874750B (en)
WO (1) WO2013166464A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711581C1 (en) * 2018-12-14 2020-01-17 Вавиот Интегрейтед Системс ЛЛС Method and system for frequency correction when transmitting data in lpwan networks

Families Citing this family (75)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9826537B2 (en) 2004-04-02 2017-11-21 Rearden, Llc System and method for managing inter-cluster handoff of clients which traverse multiple DIDO clusters
US8542763B2 (en) 2004-04-02 2013-09-24 Rearden, Llc Systems and methods to coordinate transmissions in distributed wireless systems via user clustering
US10277290B2 (en) 2004-04-02 2019-04-30 Rearden, Llc Systems and methods to exploit areas of coherence in wireless systems
US9312929B2 (en) 2004-04-02 2016-04-12 Rearden, Llc System and methods to compensate for Doppler effects in multi-user (MU) multiple antenna systems (MAS)
US11451275B2 (en) 2004-04-02 2022-09-20 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US10200094B2 (en) 2004-04-02 2019-02-05 Rearden, Llc Interference management, handoff, power control and link adaptation in distributed-input distributed-output (DIDO) communication systems
US8654815B1 (en) 2004-04-02 2014-02-18 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US10886979B2 (en) 2004-04-02 2021-01-05 Rearden, Llc System and method for link adaptation in DIDO multicarrier systems
US10985811B2 (en) 2004-04-02 2021-04-20 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US10749582B2 (en) 2004-04-02 2020-08-18 Rearden, Llc Systems and methods to coordinate transmissions in distributed wireless systems via user clustering
US11394436B2 (en) 2004-04-02 2022-07-19 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US10425134B2 (en) 2004-04-02 2019-09-24 Rearden, Llc System and methods for planned evolution and obsolescence of multiuser spectrum
US11309943B2 (en) 2004-04-02 2022-04-19 Rearden, Llc System and methods for planned evolution and obsolescence of multiuser spectrum
US9685997B2 (en) 2007-08-20 2017-06-20 Rearden, Llc Systems and methods to enhance spatial diversity in distributed-input distributed-output wireless systems
US11050468B2 (en) 2014-04-16 2021-06-29 Rearden, Llc Systems and methods for mitigating interference within actively used spectrum
US11189917B2 (en) 2014-04-16 2021-11-30 Rearden, Llc Systems and methods for distributing radioheads
US10194346B2 (en) 2012-11-26 2019-01-29 Rearden, Llc Systems and methods for exploiting inter-cell multiplexing gain in wireless cellular systems via distributed input distributed output technology
US11190947B2 (en) 2014-04-16 2021-11-30 Rearden, Llc Systems and methods for concurrent spectrum usage within actively used spectrum
US10488535B2 (en) 2013-03-12 2019-11-26 Rearden, Llc Apparatus and method for capturing still images and video using diffraction coded imaging techniques
US9973246B2 (en) 2013-03-12 2018-05-15 Rearden, Llc Systems and methods for exploiting inter-cell multiplexing gain in wireless cellular systems via distributed input distributed output technology
US10164698B2 (en) 2013-03-12 2018-12-25 Rearden, Llc Systems and methods for exploiting inter-cell multiplexing gain in wireless cellular systems via distributed input distributed output technology
US9923657B2 (en) 2013-03-12 2018-03-20 Rearden, Llc Systems and methods for exploiting inter-cell multiplexing gain in wireless cellular systems via distributed input distributed output technology
RU2767777C2 (en) 2013-03-15 2022-03-21 Риарден, Ллк Systems and methods of radio frequency calibration using the principle of reciprocity of channels in wireless communication with distributed input - distributed output
US9379789B2 (en) 2013-07-03 2016-06-28 Qualcomm Incorporated Antenna selection adjustment
US11290162B2 (en) 2014-04-16 2022-03-29 Rearden, Llc Systems and methods for mitigating interference within actively used spectrum
US9680547B2 (en) * 2014-05-15 2017-06-13 Mediatek Inc. Methods for efficient beam training and network control device utilizing the same
CN106302301A (en) * 2015-06-24 2017-01-04 北京三星通信技术研究有限公司 FBMC signal based on complex modulation send and receive method and device
CN107124213B (en) * 2016-02-23 2019-12-24 中国科学院声学研究所 Bidirectional Turbo Equalization Method Based on Direct Adaptation in Multiple-Input and Multiple-Output Systems
CN107294888B (en) * 2016-04-11 2020-08-14 联发科技股份有限公司 Equalization enhancement module, demodulation system and equalization enhancement method
JP2019526186A (en) * 2016-06-10 2019-09-12 エイ・ティ・アンド・ティ インテレクチュアル プロパティ アイ,エル.ピー. Client node device of distributed antenna system
WO2017214273A1 (en) * 2016-06-10 2017-12-14 At&T Intellectual Property I, L.P. Host node device and methods for use therewith
CN107766366A (en) * 2016-08-18 2018-03-06 深圳市劲嘉数媒科技有限公司 Physical space and information space realize the method and system of duality relation
CN108072864B (en) * 2016-11-07 2021-03-26 中国科学院沈阳自动化研究所 Multi-target detection method based on variable-carrier frequency modulation sequence
EP3413077B1 (en) * 2017-06-09 2020-02-19 Veoneer Sweden AB Enhanced vertical object detection for a vehicle radar system
US10386408B2 (en) * 2017-07-24 2019-08-20 Qualcomm Incorporated Methods and apparatus for testing millimeter wave devices
CN109391961A (en) * 2017-08-10 2019-02-26 捷开通讯(深圳)有限公司 Communication means, user equipment, base station and the device with storage performance
US10680644B2 (en) 2017-09-15 2020-06-09 Groq, Inc. Decompression of model parameters using functions based upon cumulative count distributions
CN107591002B (en) * 2017-09-21 2020-06-02 电子科技大学 Real-time estimation method for highway traffic parameters based on distributed optical fiber
CN107846464B (en) * 2017-11-08 2020-09-29 深圳大学 Multi-antenna Internet of things information transmission method
EP3741008B1 (en) * 2018-01-21 2023-08-02 Infinidome Ltd. Phased-array anti-jamming device and method
WO2019185174A1 (en) * 2018-03-29 2019-10-03 Leica Microsystems Cms Gmbh Apparatus and method, particularly for microscopes and endoscopes, using baseline estimation and half-quadratic minimization for the deblurring of images
CN112544046B (en) * 2018-07-27 2022-12-23 上海诺基亚贝尔股份有限公司 Apparatus and method for sending demodulation reference signal
CN109064694B (en) * 2018-08-22 2022-07-19 平安科技(深圳)有限公司 Intrusion detection method and device, computer equipment and storage medium
MX392096B (en) * 2018-10-24 2025-03-21 Advanced New Technologies Co Ltd FAST CALCULATION OF A CONVOLUTIONAL NEURAL NETWORK.
US11996629B2 (en) 2018-11-30 2024-05-28 Huawei Technologies Co., Ltd. Beam steering antenna structure and electronic device comprising said structure
US10893492B2 (en) * 2019-01-19 2021-01-12 Maxim Integrated Products, Inc. Near field communication reader with dynamic power control
TWI708196B (en) * 2019-03-22 2020-10-21 美商葛如克公司 Method and processor for decompression of model parameters using functions based upon cumulative count distributions
TWI729939B (en) * 2019-03-22 2021-06-01 美商葛如克公司 Method and processor for decompression of model parameters using functions based upon cumulative count distributions
US10979120B2 (en) 2019-05-30 2021-04-13 Cypress Semiconductor Corporation Method for optimizing channel sounding feedback in MIMO systems
CN110635836A (en) * 2019-09-12 2019-12-31 重庆大学 A MMSE-PCA Channel Estimation Method for Millimeter-Wave Massive MIMO System Based on Beam Selection
JP2022550214A (en) * 2019-11-21 2022-11-30 スマートスカイ ネットワークス エルエルシー Method and apparatus for enhancing air-to-ground WiFi systems
CN110971763B (en) * 2019-12-10 2021-01-26 Oppo广东移动通信有限公司 Arrival reminding method and device, storage medium and electronic equipment
CN111162824B (en) * 2019-12-27 2021-06-29 中国人民解放军国防科技大学 A MIMO-based multi-beam high-throughput satellite communication system and implementation method
CN111405667B (en) * 2020-03-17 2022-05-03 重庆邮电大学 Node and method for TDMA dynamic time slot allocation based on linear prediction
CN111540212B (en) * 2020-07-08 2020-09-25 浙江浙能天然气运行有限公司 Highway interference estimation system and method for distributed optical fiber
DE112020007407B4 (en) * 2020-09-17 2024-09-12 Mitsubishi Electric Corporation RADIO COMMUNICATION DEVICE, CONTROL CIRCUIT, STORAGE MEDIUM AND SIGNAL PROCESSING METHOD
CN112187321A (en) * 2020-09-23 2021-01-05 江苏恒宝智能系统技术有限公司 MIMO data transmission synchronization method and device
CN112512074B (en) * 2020-11-19 2021-12-17 北京邮电大学 Device performance testing method and device
CN114520681B (en) * 2020-11-20 2023-06-23 维沃移动通信有限公司 Information transmission method, device, communication device and storage medium
CN112733930B (en) * 2021-01-07 2022-10-18 北京邮电大学 Human behavior perception system, method and storage medium
CN113225274B (en) * 2021-04-14 2023-11-03 西安宇飞电子技术有限公司 Fast-moving multipath channel model measurement method
CN113114323B (en) * 2021-04-22 2022-08-12 桂林电子科技大学 A kind of signal receiving method of MIMO system
CN116636162A (en) * 2021-05-18 2023-08-22 深圳市汇顶科技股份有限公司 Differential Phase Shift Keying (DPSK) receiver for adapting to transmitter imperfections and method performed by said DPSK receiver
CN113691990A (en) * 2021-07-16 2021-11-23 德清阿尔法创新研究院 Heterogeneous network intelligent coexistence method based on signal-to-noise ratio redundancy and interference elimination technology
TWI790000B (en) 2021-11-18 2023-01-11 立積電子股份有限公司 Doppler radar apparatus and narrowband interference suppression method thereof
CN114374407B (en) * 2022-01-10 2024-03-08 哈尔滨工程大学 Spatial channel characteristic prediction method, system and storable medium based on m sequence
CN114553256B (en) * 2022-01-26 2022-10-18 荣耀终端有限公司 Radio frequency module and electronic equipment
US12218850B2 (en) * 2022-01-28 2025-02-04 Mediatek Inc. Transmission rate management method and device
CN114884787B (en) * 2022-04-22 2024-06-04 华中科技大学 Waveform controllable multi-carrier communication method, device and system suitable for fast time-varying channels
CN114978386B (en) * 2022-05-07 2023-05-16 南京信息工程大学 A Nakagami Fading Channel Simulation Method Based on Combination Method
US12088369B2 (en) 2022-08-22 2024-09-10 Samsung Electronics Co., Ltd Method and apparatus for learning-based channel matrix prediction
CN115941021B (en) * 2022-10-24 2025-01-28 西安电子科技大学 A LDPC-BICM-ID system based on power modulation in SIMO channel for hypersonic vehicle telemetry
US20240380480A1 (en) * 2023-05-11 2024-11-14 Hughes Network Systems, Llc Communication parameter selection with dynamic bandwidth allocation
CN116499349B (en) * 2023-05-18 2025-08-26 屹晶微电子(台州)有限公司 Magnetic encoder self-calibration method, system, storage medium and electronic equipment
CN116628729B (en) * 2023-07-25 2023-09-29 天津市城市规划设计研究总院有限公司 Method and system for improving data security according to data characteristic differentiation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7120440B2 (en) * 2003-05-23 2006-10-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Velocity estimation apparatus and method using level crossing rate
US20110090840A1 (en) * 2008-07-21 2011-04-21 Electronics And Telecommunications Research Institute Communication system for removing transmission overhead
US20110135308A1 (en) * 2009-12-09 2011-06-09 Luigi Tarlazzi Distributed antenna system for mimo signals
WO2011099802A2 (en) * 2010-02-11 2011-08-18 Lg Electronics Inc. Method and apparatus of recovering backhaul link failure between base station and relay node
US20110310994A1 (en) * 2009-02-13 2011-12-22 Lg Electronics Inc. Data transmission method and apparatus in multiple antenna system

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2754968B1 (en) * 1996-10-22 1999-06-04 Sagem LOCALIZABLE CELL MOBILE TELEPHONY TERMINAL
US6920192B1 (en) * 2000-08-03 2005-07-19 Lucent Technologies Inc. Adaptive antenna array methods and apparatus for use in a multi-access wireless communication system
US8170081B2 (en) * 2004-04-02 2012-05-01 Rearden, LLC. System and method for adjusting DIDO interference cancellation based on signal strength measurements
US10425134B2 (en) * 2004-04-02 2019-09-24 Rearden, Llc System and methods for planned evolution and obsolescence of multiuser spectrum
US8542763B2 (en) * 2004-04-02 2013-09-24 Rearden, Llc Systems and methods to coordinate transmissions in distributed wireless systems via user clustering
US8571086B2 (en) * 2004-04-02 2013-10-29 Rearden, Llc System and method for DIDO precoding interpolation in multicarrier systems
JP2005341432A (en) * 2004-05-28 2005-12-08 Ntt Docomo Inc Frequency selection apparatus, mobile communication system, and multiband control method
US8041362B2 (en) * 2006-03-20 2011-10-18 Intel Corporation Downlink resource allocation and mapping
CN101405973B (en) * 2006-03-20 2013-04-24 英特尔公司 Radio access network and method for allocating time and frequency resources
US20090195355A1 (en) * 2008-02-01 2009-08-06 Cynthia Sue Mitchell Methods and apparatus for place shifting content to a vehicle entertainment system
JP4946922B2 (en) * 2008-03-06 2012-06-06 住友電気工業株式会社 Wireless communication device
US8174428B2 (en) * 2008-05-21 2012-05-08 Integrated Device Technology, Inc. Compression of signals in base transceiver systems
US8243690B2 (en) * 2008-07-09 2012-08-14 Intel Corporation Bandwidth allocation base station and method for allocating uplink bandwidth using SDMA
JP5309825B2 (en) * 2008-09-18 2013-10-09 日本電気株式会社 COMMUNICATION SYSTEM, TRANSMISSION DEVICE, RECEPTION DEVICE, AND COMMUNICATION METHOD
CN101442388B (en) * 2008-12-29 2012-07-04 北京邮电大学 Precoding method and apparatus for multi-input multi-output system
JP5455026B2 (en) * 2009-10-28 2014-03-26 京セラ株式会社 Radio base station and radio communication method
JP5392723B2 (en) * 2010-02-23 2014-01-22 株式会社Nttドコモ Transmission path information feedback system, feedback signal transmission apparatus, feedback signal reception apparatus, and transmission path information feedback method
KR102171272B1 (en) * 2011-09-14 2020-10-29 리어덴 엘엘씨 Systems and methods to exploit areas of coherence in wireless systems
RU2767777C2 (en) * 2013-03-15 2022-03-21 Риарден, Ллк Systems and methods of radio frequency calibration using the principle of reciprocity of channels in wireless communication with distributed input - distributed output

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7120440B2 (en) * 2003-05-23 2006-10-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Velocity estimation apparatus and method using level crossing rate
US20110090840A1 (en) * 2008-07-21 2011-04-21 Electronics And Telecommunications Research Institute Communication system for removing transmission overhead
US20110310994A1 (en) * 2009-02-13 2011-12-22 Lg Electronics Inc. Data transmission method and apparatus in multiple antenna system
US20110135308A1 (en) * 2009-12-09 2011-06-09 Luigi Tarlazzi Distributed antenna system for mimo signals
WO2011099802A2 (en) * 2010-02-11 2011-08-18 Lg Electronics Inc. Method and apparatus of recovering backhaul link failure between base station and relay node

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.B. Dietrich, K. Dietze, J.R. Nealy, W.L. Stutzman, "Spatial, polarization, and pattern diversity for wireless handheld terminals", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Volume: 49, Issue: 9, Sep 2001. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711581C1 (en) * 2018-12-14 2020-01-17 Вавиот Интегрейтед Системс ЛЛС Method and system for frequency correction when transmitting data in lpwan networks

Also Published As

Publication number Publication date
CN111262613A (en) 2020-06-09
JP6542300B2 (en) 2019-07-10
JP2017225138A (en) 2017-12-21
CA2872502A1 (en) 2013-11-07
HK1209521A1 (en) 2016-04-01
TWI874750B (en) 2025-03-01
IL272481B2 (en) 2024-03-01
TW201729553A (en) 2017-08-16
MX354045B (en) 2018-02-09
JP6178842B2 (en) 2017-08-09
AU2013256044A1 (en) 2014-11-27
AU2020200070A1 (en) 2020-01-30
TW202015357A (en) 2020-04-16
TW202243428A (en) 2022-11-01
TWI685222B (en) 2020-02-11
CA2872502C (en) 2021-05-18
EP2845178A4 (en) 2015-12-23
MX2014013377A (en) 2015-06-03
CN104603853A (en) 2015-05-06
JP2015526917A (en) 2015-09-10
IL235518A0 (en) 2015-01-29
WO2013166464A1 (en) 2013-11-07
AU2017210619A1 (en) 2017-08-24
IL235518B (en) 2020-02-27
IL272481B1 (en) 2023-11-01
KR20150016299A (en) 2015-02-11
JP2019198082A (en) 2019-11-14
EP2845178A1 (en) 2015-03-11
TWI756605B (en) 2022-03-01
BR112014027631A2 (en) 2019-05-14
KR101875397B1 (en) 2018-08-02
IL272481A (en) 2020-03-31
AU2013256044B2 (en) 2017-05-25
CN104603853B (en) 2020-02-18
SG11201407381VA (en) 2014-12-30
AU2017210619B2 (en) 2019-10-24
RU2014148791A (en) 2016-06-27
RU2018109118A (en) 2019-02-26
TWI591976B (en) 2017-07-11
TW201407987A (en) 2014-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2649078C2 (en) System and methods to compensate doppler effects in wireless systems with distributed input - distributed output
JP7621401B2 (en) Distributed antenna wireless communication system and method
AU2017272246B2 (en) System and Methods for Planned Evolution and Obsolescence of Multiuser Spectrum
US10349417B2 (en) System and methods to compensate for doppler effects in multi-user (MU) multiple antenna systems (MAS)
US20190335445A1 (en) System and methods to compensate for doppler effects in multi-user (mu) multiple antenna systems (mas)
HK1260100A1 (en) Systems and methods to exploit areas of coherence in wireless systems
HK1209521B (en) System and methods for coping with doppler effects in distributed-input distributed-output wireless systems
HK1197504A (en) Systems and methods to exploit areas of coherence in wireless systems
NZ754048B2 (en) Systems and methods to exploit areas of coherence in wireless systems
HK1197504B (en) Systems and methods to exploit areas of coherence in wireless systems
NZ738000B2 (en) Systems and methods to exploit areas of coherence in wireless systems
NZ757995B2 (en) Systems and methods to exploit areas of coherence in wireless systems

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner