Система, пристрій і спосіб асиметричного формування діаграми спрямованості для передавання з однаковою потужністю

1. Спосіб передавання вектора через бездротовий канал Н (103) з асиметричним формуванням діаграми спрямованості, який включає: створення бездротової системи зв'язку (400), яка включає в себе NT передавальних антен (102i) і NR (104j) приймальних антен, де NT>NR>0; корегування матриці Q (301.2) формування діаграми спрямованості із застосуванням певної заздалегідь вибраної методики таким чином, щоб кожний рядок матриці Q мав однакову потужність; і передавання передавачем (101) згаданого вектора як NR потоків даних через канал Н (103), використовуючи скориговану матрицю (301.3) формування діаграми спрямованості, так що NR потоків даних передаються з однаковою потужністю. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що: згадана заздалегідь вибрана методика полягає в примусовій нормалізації; і виконання згаданого етапу корегування здійснюється в передавачі (101). 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що згаданий етап корегування додатково включає етап вибирання методики корегування з групи, яку складають: примусова нормалізація; квантування до значень ±1 ±j, де j>0; оптимізація, побудована на ймовірності переривання зв'язку; гібридна оптимізація; оптимізація в частотній області (203). 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що етап корегування додатково включає такі етапи: оцінку каналу Н в приймачі (105); виконання етапу корегування в приймачі (300); 2 (19) 1 3 94935 4 гання в згаданому запам'ятовувальному пристрої скоригованої інформації (301.3) для формування діаграми спрямованості, за допомогою якої вирівнюватиметься потужність передавання NR потоків даних. 9. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що блок (302) вирівнювання потужності додатково включає в себе модуль (302.3) зворотного зв'язку для передавання сигналів (304) зворотного зв'язку, що містять скориговану інформацію (301.3) для формування діаграми спрямованості. 10. Система (400) з декількома антенами для формування діаграми спрямованості для передавання та збирання потоків даних, що приймаються, яка включає в себе: щонайменше один приймач (105), який має NR (104j) приймальних антен, де NT>NR≥1 (400); щонайменше один передавач (101), який має NT передавальних антен (102i), для передавання NR потоків даних на згадані NR приймальних антен (104j); і щонайменше один пристрій (300) оцінювання каналу/вирівнювання потужності, призначений для одержання, відповідно до певної заздалегідь вибраної методики вирівнювання, скоригованої матриці формування діаграми спрямованості, яка використовуватиметься в згаданому щонайменше одному передавачі (101) для вирівнювання потужності передавання при формуванні діаграми спрямованості для передавання згаданих NR потоків даних, і її зберігання (301.3) в запам'ятовувальному пристрої (301). 11. Система за п. 10, яка відрізняється тим, що заздалегідь вибраною методикою вирівнювання є методика одержання скоригованої матриці формування діаграми спрямованості, вибрана з групи, яку складають: примусова нормалізація; квантування до значень ±1 ±j, де j>0; оптимізація, побудована на ймовірності переривання зв'язку; гібридна оптимізація; оптимізація в частотній області (203). 12. Система за п. 11, яка відрізняється тим, що згаданий щонайменше один пристрій (300) оцінювання каналу/вирівнювання потужності функціонально з'єднаний зі згаданим щонайменше одним передавачем (101), а заздалегідь вибраною методикою вирівнювання є примусова нормалізація. 13. Система за п. 11, яка відрізняється тим, що згаданий щонайменше один пристрій (300) оцінювання каналу/вирівнювання потужності додатково включає в себе модуль (302.3) зворотного зв'язку, функціонально з'єднаний зі згаданим щонайменше одним приймачем (105), при цьому модуль (302.3) зворотного зв'язку виконаний з можливістю фор мування сигналів зворотного зв'язку (304), що містять скориговану матрицю (301.3) формування діаграми спрямованості, для їх передавання через канал (107) зворотного зв'язку назад в передавач (101) для їх використання для вирівнювання потужності передавання при формуванні діаграми спрямованості для передавання згаданих NR потоків даних. 14. Передавальний пристрій для передавання з формуванням діаграми спрямованості, який включає в себе: NT передавальних антен (102i) для передавання вектора через канал з NR потоків даних, з формуванням діаграми спрямованості, на NR (104j) приймальних антен, де NT>NR>0; блок (302) вирівнювання потужності, який визначає оцінку каналу і матрицю формування діаграми спрямованості, і на основі цього корегує матрицю формування діаграми спрямованості для вирівнювання потужності передавання при формуванні діаграми спрямованості для передавання згаданих NR потоків даних у відповідності до методики вирівнювання, яка передбачає примусову нормалізацію; і передавач, який застосовує скориговану матрицю формування діаграми спрямованості для передавання згаданого вектора як NR потоків даних, що передаються з однаковою потужністю. 15. Приймальний збиральний пристрій, який включає в себе: NR приймальних антен (104j) для приймання передачі-вектора, переданої з формуванням діаграми спрямованості передавачем (101), який має NT (102i) передавальних антен, через канал з NR потоків даних, та її збирання, де NT>NR>0; та пристрій (300) оцінювання каналу/вирівнювання потужності/зворотного зв'язку, для забезпечення, відповідно до заздалегідь вибраної методики вирівнювання, зворотного передавання скоригованої матриці формування діаграми спрямованості для її використання передавачем (101) для вирівнювання потужності передавання згаданих NR потоків даних, що передаються, при формуванні діаграми спрямованості. 16. Пристрій за п. 15, який відрізняється тим, що заздалегідь вибраною методикою вирівнювання є методика створення скоригованої матриці формування діаграми спрямованості, вибрана з групи, яку складають: примусова нормалізація; квантування до значень ±1 ±j, де j>0; оптимізація, побудована на ймовірності переривання зв'язку; гібридна оптимізація; оптимізація в частотній області (203). Даний винахід стосується асиметричного формування діаграми спрямованості (так званого "beamforming") в бездротових мережах, так щоб потужність передавання через всі антени була однаковою. Формування діаграми спрямованості з використанням сингулярного розкладання (відомого фахівцям як "singular value decomposition", або SVD) канальної матриці є добре відомим способом підвищення ефективності у разі застосування декількох антен. Якщо кількість передавальних і приймальних антен однакова, то матриця формування діаграми спрямованості є такою, що потужність (енергія), яка передається від кожної антени, є однаковою. Однак в багатьох випадках кількість передавальних антен (N Т ) є більшою, ніж кількість 5 приймальних антен (NR). У такій ситуації використання тільки підмножини власних векторів, що відповідають найбільшим сингулярним значенням, призводить до збільшення нерівності потужностей передавання через різні антени. Оскільки більшість каналів передавання мають обмеження за піковою потужністю, така ситуація небажана. Цим винаходом пропонуються декілька варіантів методик формування діаграми спрямованості, за яких в асиметричній системі потужність передавання через всі антени була б однаковою. Формування діаграми спрямованості від декількох передавальних антен до декількох приймальних антен є широко відомим способом рознесення каналів. Відомо, що коли кількість передавальних антен (NT) дорівнює кількості приймальних антен (N R ), використання власних векторів канальної матриці для формування діаграми спрямованості є оптимальною стратегією. В асиметричній ситуації (N T >N R ) В якості векторів для формування діаграми спрямованості, відповідно до загальноприйнятого підходу, вибирають власні вектори, що відповідають найбільшим власним значенням. Проблема, яка є наслідком такого підходу, полягає в тому, що потужності передавання через різні антени є різними. Ця є проблемою тому, що в більшості випадків радіочастотні канали обмежені за піковою потужністю. Отже, коли в радіочастотних передавачах із декількома антенами використовується декілька радіочастотних вихідних каскадів, було б бажаним мати однакову потужність передавання в кожному каналі - тому що більшість радіочастотних підсилювачів мають обмеження за піковою потужністю, і тому може бути не просто збільшити потужність в одному каналі під час зниження потужності в іншому для підтримування загальної потужності передавання постійною. Особливо це стосується OFDM-систем (систем з ортогональним частотним розділенням каналів), для яких є характерним, що сигнал має велике відношення пікового значення до середнього, тому радіочастотні підсилювачі повинні знижувати потужність, щоб продовжувати працювати в лінійній області. Для більшості відомих методик формування діаграми спрямованості в системах, в яких передавальних антен більше ніж приймальних антен, характерні різні потужності передавання в різних каналах передавання. Проблема передавання з однаковими потужностями для випадку NT×1 з одним потоком передавання була вирішена, див.: К.К. Mukkavilli, A. Sabharwal, Е. Erkip та В. Aazhang, "On beamforming with finite rate feedback in multipleantenna systems", IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 49, no. 10, cтop. 2562-2579, жовтень 2003, та D.J. Love і R.W. Heath, Jr., "Grassmanian beamforming for multiple-input multiple-output wireless systems", IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 49, no. 10, стор. 2735-2747, жовтень 2003. Однак ця проблема для випадку більш ніж одного потоку передавання лишається невирішеною. Цей винахід надає декілька варіантів здійснення асиметричного формування діаграми спрямованості, які забезпечують однакову потужність передавання кожною антеною без серйозних втрат 94935 6 в ефективності. Крім того, пропонується методика, яка дозволяє вибирати меншу кількість векторів формування діаграми спрямованості, ніж кількість піднесучих в OFDM-системі. Ця методика корисна в варіантах здійснення, коли вектори передаються по лінії зворотного зв'язку, замість покладання на те, що передавач володіє інформацією про канал та має можливість обчислити вектори. У варіантах здійснення, яким віддається перевага, передбачається застосування таких методик: методика 1: Примусова нормалізація (відома фахівцям як "brute force normalization"); методика 2: Квантування до значень лише ±1 ±j (відома фахівцям як "quantization to ±1 ±j values only"); методика 3: Оптимізація, побудована на ймовірності переривання зв'язку (відома фахівцям як "optimization based on outage probability"); методика 4: Гібридна оптимізація (відома фахівцям як "hybrid optimization"); і методика 5: Оптимізація в частотній області (відома фахівцям як "optimization across frequency domain"). Цей винахід може застосовуватися як у системах без зворотного зв'язку (в яких передавач володіє інформацією про канал, будує оцінку матриці Q і застосовує одну з вказаних вище методик для корегування цієї матриці Q), так і у системах із зворотнім зв'язком (в яких ці операції виконує приймач). На Фіг.1 показана асиметрична система зв'язку з лінією зворотного зв'язку; Фіг.2 ілюструє спосіб визначення матриці формування діаграми спрямованості для асиметричної системи зв'язку із зворотнім зв'язком за цим винаходом; На Фіг.3 показана схема пристрою зворотного зв'язку для визначення і повернення по лінії зворотного зв'язку матриці формування діаграми спрямованості з однаковими потужностями, для асиметричної системи зв'язку; На Фіг.4 показана асиметрична система зв'язку із зворотним зв'язком, модифікована відповідно до даного винаходу; і Фіг.5 ілюструє ефективність різних методик квантування. У наведеному нижче докладному описі робляться посилання на прикладені ілюстрації, на яких - виключно як приклад - показані конкретні варіанти здійснення із зворотнім зв'язком, в яких даний винахід може бути застосований на практиці. Фахівцю в цій галузі буде зрозуміло, що ці варіанти є лише прикладами, які в жодному разі і в будь-якому сенсі не обмежують можливостей застосування даного винаходу. Наприклад, місцезнаходження, конструкція і взаємне розташування окремих показаних тут елементів можуть бути змінені без виходу за межі суті і обсягу винаходу, визначених формулою винаходу. Цей докладний опис не може бути використаний в будь-якому обмежувальному сенсі, і обсяг цього винаходу визначається лише прикладеною формулою винаходу, з урахуванням можливості використання еквівалентних ознак. Наприклад, передавач може самостійно будувати оцінку і корегувати матрицю 7 Q. На всіх ілюстраціях однаковими позиціями позначені одні й ті самі або аналогічні об'єкти. Цим винаходом запропоновані декілька методик невисокого ступеню складності для отримання переваг просторового рознесення, які забезпечуються шляхом формування діаграми спрямованості для передавання та збирання потоків даних, що приймаються. Для всіх методик формування діаграми спрямованості, що використовуються у варіантах здійснення цього винаходу, яким віддається перевага, є необхідною наявність в передавача інформації про канал. На Фіг.1 показана система із зворотнім зв'язком, яка включає в себе дві бездротові станції 101 і 105, які можуть бути частиною бездротової локальної мережі (відомої фахівцям як WLAN), наприклад, мобільні станції (такі як портативний комп'ютер або КПК); вони можуть бути точками доступу WLAN-мережі. Бездротові станції 101 і 105 можуть бути частиною бездротової глобальної мережі і бездротової персональної мережі (відомої фахівцям як WPAN). Ці станції 101 і 105 можуть відповідати вимогам стандарту бездротового зв'язку, такого як IEEE 802.11, або будь-якого іншого аналогічного стандарту; відповідність стандарту може бути частковою або повною. Однак кожна з бездротових станцій 101 і 105 має декілька антен, і у цьому винаході припускається, що їх кількість несиметрична (неоднакова). Розглянемо систему для формування діаграми спрямованості для передавання та збирання потоків даних, що приймаються (із зворотнім зв'язком або без зворотного зв'язку), яка має NТ передавальних антен і N R приймальних антен; нехай передаються N R потоків даних, і матриця формування діаграми спрямованості визначена як Q Тоді модель сигналу описується виразом: r=HQx+n, де N – ВЕКТОР ШУМУ , вектор r, ЩО ПРИЙМАЄТЬСЯ - ЦЕ ВЕКТОР N R ×1, канальна матриця H 103 - це матриця N R ×N Т , матриця формування діаграми спрямованості Q - це матриця N Т ×N R , та х це вектор N R ×1. Виходитимемо з припущення, що канал H є абсолютно відомий. Вектор, що передається - у=Qx, який є вектором N Т ×1. У OFDMсистемі з наведена вище модель сигналу використовується для кожної піднесучої (відома фахівцям як "frequency bin"). У каналі із частотним розділенням матриці H i Q є різними для кожної піднесучої. Показана на Фіг.1 система 100 є системою зі зворотнім зв'язком, де інформація про поточний стан каналу передається між станціями (STA) 101 і 105, для того щоб зменшити складність декодування. Кожна зі станцій 101 і 105 має декілька антен N Т 102і та N R 104J, відповідно, і разом вони утворюють систему 100. Смуга робочих частот, яка використовується для зворотного передавання від приймача до передача, називається "смугою частот зворотного зв'язку", і від приймача 105 назад в передавач 101 по каналу 107 зворотного зв'язку передається сигнал, сформований пристроєм 106 оцінювання каналу, який надає інформацію про поточний стан каналу у вигляді матриці Q формування діаграми спрямованості, яка в деяких варіантах здійснення, яким віддається пере 94935 8 вага, визначається шляхом SVD-розкладання. Передавач 101 використовує матрицю Q формування діаграми спрямованості для передавання кожного вихідного сигналу через декілька просторових каналів. Якщо матриця власних векторів P заданої ма 1 1 триці А не квадратна (наприклад, матриця   0 1 має тільки один власний вектор (1, 0)), то вектори P не можуть мати обернену матрицю, і, отже, матриця А не має власного розкладу. Але якщо А матриця дійсних чисел m×n, де m>n, тоді А можна записати, використовуючи так зване сингулярне T розкладання матриці (SVD), як A=UDV , де U матриця m×n, V - квадратна матриця n×n, причому обидві матриці містять ортогональні стовпці, заT T вдяки чому U U=V V=I, a D - це діагональна матриця n×n. Для комплексної матриці А сингулярне H розкладання - це розкладання A=U DV, де U i V H це унітарні матриці, U - це Ермітов оператор матриці U, a D - це діагональна матриця, елементи якої є сингулярними значеннями вихідної матриці. Якщо А - це комплексна матриця, то для неї завжди існує такий розклад з додатними сингулярними значеннями. H Нехай H=USV - SVD-розклад канальної матриці Н. Тоді оптимальним варіантом матриці Q буде Q=[V1 V2 VR], де Vi - це i-тий стовпчик матриці V. Вимога щодо того, що енергія, яка передається від кожної антени, має бути однаковою, накладає обмеження про те, що кожний рядок матриці Q формування діаграми спрямованості повинен мати однакову потужність. Оскільки власні вектори Vi є ортонормованими, то, якщо кількість антен для передавання дорівнює кількості антен для приймання (R=T), то кожний з елементів вектора y, який передається, має однакову енергію, що передається. Однак у випадку, якщо R