УПРАВЛЕНИЕ ИЗЛУЧАЕМОЙ МОЩНОСТЬЮ ДЛЯ МНОГОАНТЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ
CONTROL OF RADIATED POWER FOR MULTI-ANTENNA TRANSMISSION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в целом, относится к области связи и, в частности, к технологиям управления излучаемой мощностью для многоантенной передачи.
Уровень техники
Сети беспроводной связи широко используются для обеспечения различных услуг связи, например, передачи данных, речи, видео и пр. Эти сети включают в себя беспроводные глобальные сети (WWAN), которые обеспечивают зону связи для больших географических областей (например, города), беспроводные локальные сети (WLAN), которые обеспечивают зону связи для географических областей среднего размера (например, здания и группы зданий), и беспроводные персональные сети (WPAN), которые обеспечивают зону связи для малых географических областей (например, частные дома). Беспроводная сеть обычно включает в себя один или несколько точек доступа (или базовых станций), которые поддерживают связь с одним или несколькими пользовательскими терминалами (или беспроводными устройствами).
Сеть беспроводной связи обычно работает в определенном частотном диапазоне. В Соединенных Штатах Федеральная комиссия по связи (FCC) является органом власти, который ограничивает уровни излучаемой мощности для различных частотных диапазонов для облегчения эффективного использования этих частотных диапазонов и во избежание чрезмерных радиопомех. Например, WLAN, отвечающая стандарту IEEE 802.11, обычно работает в диапазоне U-NII, который охватывает частоты от 5,15 до 5,35 ГГц и от 5,725 до 5,825 ГГц. Хотя диапазон U-NII является нелицензируемым, беспроводная станция (которая может быть точкой доступа или пользовательским терминалом) должна ограничивать свою излучаемую мощность в любом пространственном направлении до уровня, предписанного FCC, чтобы иметь возможность работать в диапазоне U-NII.
В целом, желательно использовать как можно большую мощность передачи для повышения отношения сигнала к шуму и помехе (SNR) для передачи данных и/или для увеличения дальности связи. Более высокое SNR может поддерживать более высокую скорость передачи данных и/или повышать надежность передачи данных. Излучаемая мощность в данном направлении определяется величиной мощности передачи, подаваемой на антенну(ы) на беспроводной станции, и диаграммой направленности антенны, сформированной антенной(ами). Если беспроводная станция оборудована множественными антеннами, то эти антенны можно использовать для синтеза диаграммы направленности антенны, которая повышает излучаемую мощность в конкретном пространственном направлении, например, к приемной станции. В целом, диаграмму направленности антенны часто бывает нелегко узнать, поскольку она зависит от различных факторов, например, физических свойств каждой антенны, конфигурации и размещения антенн и пр. Если диаграмма направленности антенны неизвестна, то беспроводная станция может предполагать максимально возможный коэффициент усиления для диаграммы направленности антенны и может соответственно задавать уровень мощности передачи, чтобы соответствовать разрешенному пределу. Однако во многих случаях максимальный коэффициент усиления достигается для не любого пространственного направления, и задание уровня передаваемой мощности на основании этого максимального коэффициента усиления приводит к снижению SNR и/или уменьшению дальности, что нежелательно.
Поэтому в технике имеется необходимость в методах управления излучаемой мощностью для многоантенной передачи.
Сущность изобретения
Здесь описаны технологии управления излучаемой мощностью для передачи данных, передаваемой с множественных антенн, согласно предельной излучаемой мощности.
Согласно одному аспекту изобретения описан способ управления излучаемой мощностью для передачи данных, согласно которому коэффициент усиления решетки оценивают на основании синтезированной диаграммы направленности антенны для передачи данных, и передаваемую мощность для передачи данных ограничивают на основании коэффициента усиления решетки и предельной излучаемой мощности.
Согласно другому аспекту изобретения описано устройство в сети беспроводной связи, которое включает в себя контроллер для оценки коэффициента усиления решетки на основании синтезированной диаграммы направленности антенны для передачи данных и блок управления для ограничения передаваемой мощности для передачи данных на основании коэффициента усиления решетки и предельной излучаемой мощности.
Согласно еще одному аспекту изобретения описано устройство, которое включает в себя средство оценки коэффициента усиления решетки на основании синтезированной диаграммы направленности антенны для передачи данных и средство ограничения мощности передачи для передачи данных на основании коэффициента усиления решетки и предельной излучаемой мощности.
Ниже более подробно описаны различные аспекты и варианты осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схема передающей станции и приемной станции.
Фиг. 2 иллюстрирует результаты разложения по собственным значениям для множественных поддиапазонов.
Фиг. 3 иллюстрирует процесс управления излучаемой мощностью для передачи данных.
Фиг. 4 - блок-схема передающей и приемной станций.
Осуществление изобретения
Слово "иллюстративный" используется здесь в смысле "служащий примером, вариантом или иллюстрацией". Любой вариант осуществления, описанный здесь как "иллюстративный", не обязательно является предпочтительным или преимущественным над другими вариантами осуществления.
.
i
g
i
На фиг1 показана сеть 100 беспроводной связи, содержащая передающую станцию 110, оборудованную множественными (T) антеннами 114a-114t, и приемную станцию 150, оборудованную множественными (R) антеннами 152a-152r. Антенну также можно называть антенным элементом, излучающим элементом и пр. Для простоты, на фиг. 1 показано, что передающая станция 110 осуществляет пространственную обработку, умножая символы для каждой передающей антенны на единый комплексный коэффициент усиления  с помощью умножителя 112. В общем, пространственная обработка может быть более сложной, что описано ниже. Выходные сигналы умножителей 112a-112t дополнительно обрабатываются и передаются с T передающих антенн 114a-114t соответственно.
Излучаемая мощность передающей антенной решетки обычно имеет разные интенсивности в разных пространственных направлениях. Усредненная по времени плотность мощности для мощности, излучаемой передающей антенной решеткой, может выражаться действительной частью вектора Пойнтинга, следующим образом:
<img file="00000001.tif" he="11" wi="75" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (1)
где ρ(θ,ϕ) - усредненная по времени плотность мощности для передающей антенной решетки;
H - напряженность магнитного поля для передающей антенной решетки;
η - импеданс вакуума, равный 120π; и
total
E(θ,ϕ) - напряженность полного электрического поля для передающей антенной решетки.
total
total
i
E
E
Напряженность полного электрического поля E(θ,ϕ) и усредненную по времени плотность мощности ρ(θ,ϕ) можно выразить как функции пространственных направлений, где θ - угол азимута (горизонтального поворота) и φ - угол возвышения (вертикального поворота). Для единичной антенны электрическое поле E(θ,ϕ) зависит от конструкции передающей антенны. Например, для дипольной антенны, штыревой антенны, плоской антенны и т.д. можно получить разные картины электрического поля. Для антенной решетки с множественными излучающими элементами, используемыми для передачи, полное электрическое поле (θ,ϕ) равно сумме комплексных электрических полей (θ,ϕ) всех излучающих элементов.
Полную излучаемую мощность (TRP) антенной решетки можно получить, проинтегрировав полную усредненную по времени плотность мощности по поверхности опорной сферы, следующим образом:
<img file="00000002.tif" he="12" wi="58" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (2)
Полная излучаемая мощность указывает полную мощность, излучаемую T передающими антеннами во всех пространственных направлениях.
Эффективную изотропно излучаемую мощность (EIRP) антенной решетки можно вычислить следующим образом:
<img file="00000003.tif" he="13" wi="55" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (3)
max
где ρ- максимальное значение полной усредненной по времени плотности мощности ρ(θ,ϕ) по всему диапазону θ и ϕ. EIRP - это мощность, необходимая изотропной антенне (которая излучает одинаковую мощность во всех пространственных направлениях) для генерации одинакового поля во всех направлениях как максимального поля антенной решетки.
D
Максимальный коэффициент направленного действия  антенной решетки можно выразить как:
<img file="00000004.tif" he="12" wi="23" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (4)
G
total
Максимальный коэффициент усиления антенной решетки, который также называют полным коэффициентом усиления решетки , можно выразить как:
<img file="00000005.tif" he="12" wi="39" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (5)
P
tx
где ε - эффективность антенной решетки и  - полная передаваемая мощность, подаваемая на все элементы передающей антенной решетки.
G
P
G
total
tx
total
FCC определяет конкретные ограничения EIRP для беспроводной станции, работающей в диапазоне U-NII. Если полный коэффициент усиления решетки  известен или его можно вычислить, то полную передаваемую мощность  можно регулировать так, чтобы беспроводная станция отвечала бы предельным EIRP, установленным FCC. Однако согласно уравнениям (1)-(5) полный коэффициент усиления решетки  не просто вычислить или определить.
max
total
max
E
EIRP антенной решетки зависит от максимального значения полной усредненной по времени плотности мощности ρ(θ,ϕ), или ρ, которая, в свою очередь, зависит от максимального значения полного электрического поля (θ,ϕ). Из уравнения (1) ρ можно выразить как:
<img file="00000006.tif" he="12" wi="35" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (6)
E
E
E
g
K
max
total
max
i
i
где  - максимальное (θ,ϕ).  зависит от комплексного коэффициента усиления  и картины электрического поля (0,0) для каждой из T передающих антенн решетки, и его можно выразить как:
<img file="00000007.tif" he="16" wi="104" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (7)
k
0
где  - волновой вектор в вакууме;
R
i
i
- вектор, проходящий от опорной фазовой точки до передающей антенны ; и
U
i
- единичный вектор, проходящий от опорной фазовой точки к точке дальней зоны.
K
K
i
E
i
max
Для простоты можно предположить, что все излучающие элементы антенной решетки имеют одинаковую диаграмму направленности, поэтому (θ,ϕ) =(θ,ϕ) для = 1,..., T. В этом случае  можно оценивать следующим образом:
<img file="00000008.tif" he="14" wi="77" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (8)
G
.
K
G
array
ant
Член  соответствует коэффициенту усиления антенной решетки (или коэффициенту усиления решетки), который можно обозначить как Коэффициент усиления решетки также можно именовать множителем решетки, коэффициентом усиления управления и т.д. Член max((θ,ϕ)) соответствует коэффициенту усиления отдельного излучающего элемента (или коэффициенту усиления элемента), который можно обозначить как .
G
G
ant
total
Коэффициент усиления элемента  указывает, насколько данная передающая антенна повышает эффективную излучаемую мощность в конкретном пространственном направлении по сравнению с изотропной антенной. Полный коэффициент усиления решетки  можно оценить с использованием уравнения (8) следующим образом:
<img file="00000010.tif" he="7" wi="35" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (9)
Чтобы гарантировать соответствие предельной EIRP для данного сценария работы, полный коэффициент усиления решетки можно консервативно оценить следующим образом:
<img file="00000011.tif" he="8" wi="56" img-content="undefined" img-format="tif" />
(Уравнение 10)
G
ant, dBi
где  - коэффициент усиления антенного элемента, измеряемый в децибелах (dBi); и
G
total, dB
- полный коэффициент усиления решетки, измеряемый в dB.
G
G
G
array, dB
10
ant,
dBi
total, dB
dBi - это 10 логарифмов (по основанию 10) напряженности электрического поля передающей антенны, деленной на напряженность электрического поля изотропной антенны на том же расстоянии. Для T = 4 коэффициент усиления решетки можно задать как  = 10log(T) = 6,02 dB. Коэффициент усиления элемента  может быть не известен. В этом случае можно сделать предположение для коэффициента усиления элемента. Например, можно предположить, что для всенаправленной антенны коэффициент усиления элемента равен 2 dBi. Таким образом, в вышеприведенном примере с T = 4,  равен 8 dB.
Передаваемую мощность можно ограничить следующим образом:
<img file="00000012.tif" he="8" wi="119" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (11)
limit, dBm
где EIRP - предельная EIRP, измеряемая в dBm; и
tx, dBm
P - полная передаваемая мощность, подаваемая на передающую антенную решетку, также измеряемая в dBm.
dBm - это логарифмическая единица мощности, где 0 dBm соответствует 1 милливатту (мВт).
G
total,
dB
Из уравнения (11) следует, что полную передаваемую мощность, подаваемую на антенную решетку, можно уменьшить на полный коэффициент усиления решетки , чтобы гарантировать соблюдение предельной EIRP. Во многих случаях полный коэффициент усиления решетки, оцениваемый согласно уравнению (10), не реализуется. Это говорит о том, что ограничение мощности передачи согласно уравнению (11) является консервативной стратегией, которая может приводить к уменьшению дальности и/или скорости передачи данных. Повышения производительности можно добиться, более точно оценивая полный коэффициент усиления решетки (например, на основании синтезированной диаграммы направленности антенны) и снижая передаваемую мощность на величину, пропорциональную этому полному коэффициенту усиления решетки. Эта адаптивная стратегия может позволить беспроводной станции работать ближе к предельной EIRP, что может увеличить дальность и/или скорость передачи данных.
В сети 100 канал со многими входами и многими выходами (MIMO), образованный T передающими антеннами и R приемными антеннами, можно охарактеризовать R×T матрицей характеристики канала . Эту матрицу  можно задать как:
<img file="00000014.tif" he="28" wi="52" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (12)
h
j
i =
i
j
j,i
где элемент , для  = 1... R и  1... T, обозначает связь или комплексный коэффициент усиления канала между передающей антенной и приемной антенной .
Матрицу характеристики канала  можно диагонализировать для получения множественных (S) собственных мод , где S ≤ min{T, R}. Собственные моды можно рассматривать как ортогональные пространственные каналы канала MIMO. Диагонализацию можно осуществлять либо путем разложения  на сингулярные значения, либо путем разложения по собственным значениям корреляционной матрицы . Разложение по собственным значениям можно выразить как:
<img file="00000018.tif" he="6" wi="44" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (13)
где  - T×T корреляционная матрица ;
- T×T унитарная матрица, столбцы которой являются собственными векторами ;
- T×T диагональная матрица собственных значений  и
H
обозначает транспонирование с комплексным сопряжением.
1
2
S
1
S
1
pem
1
Унитарная матрица  характеризуется свойством , где  - единичная матрица. Столбцы унитарной матрицы ортогональны друг другу, и каждый столбец имеет единичную мощность. Диагональная матрица  содержит возможные ненулевые значения на диагонали и нули в других местах. Диагональные элементы  являются собственными значениями  и выражают коэффициенты усиления по мощности для S собственных мод . Собственные значения можно упорядочить или отсортировать так, что λ ≥ λ ≥... ≥ λ, где λ - наибольшее собственное значение и λ - наименьшее собственное значение. Наибольшее собственное значение λ также называется главным собственным значением λ, и собственная мода, соответствующая λ, называется главной собственной модой. Когда собственные значения упорядочены, столбцы  соответственно упорядочены, в результате чего первый столбец  связан с наибольшим собственным значением, и последний столбец  связан с наименьшим собственным значением.
Для сети дуплексной связи с временным разделением (TDD) нисходящая линия связи (прямая линия связи) и восходящая линия связи (обратная линия связи), которые являются линиями связи между точкой доступа и пользовательским терминалом, совместно используют один и тот же частотный диапазон. В этом случае можно предположить, что характеристики каналов нисходящей линии связи и восходящей линии связи обратны друг другу после калибровки, осуществляемой для учета различий в передающих и приемных цепях на точке доступа и на пользовательском терминале. Таким образом, если  представляет матрицу характеристики канала от антенной решетки A к антенной решетке B, то обратный канал предусматривает, что связь от решетки B к решетке A задается как , где  обозначает матрицу, полученную транспозицией . Для сети TDD передающая станция может оценивать  на основании пилота, принятого от приемной станции, и может разлагать  для получения  и . Для сети дуплексной связи с частотным разделением (FDD) нисходящей линии связи и восходящей линии связи выделяются разные частотные диапазоны, и матрица характеристики канала нисходящей линии связи может не очень хорошо коррелироваться с матрицей характеристики канала восходящей линии связи. Для сети FDD приемная станция может оценивать  на основании пилот-сигнала, принятого от передающей станции, разлагать  для получения  и  и передавать  и  или эквивалентную информацию обратно на передающую станцию.
Для повышения производительности передающая станция может передавать данные с использованием собственного управления. Согласно методу собственного управления передающая станция использует собственные векторы в  для передачи данных на одной или нескольких собственных модах , что обычно обеспечивает более высокую производительность, чем просто передача данных от T передающих антенн без какой-либо пространственной обработки. Приемная станция использует собственные векторы в  для приема передачи данных на собственной(ых) моде(ах) . Таблица 1 иллюстрирует пространственную обработку, осуществляемую передающей станцией, принятые символы на приемной станции и пространственную обработку, осуществляемую приемной станцией согласно собственному управлению.
Таблица 1Собственное управление
Пространственная обработка на передающей станции
Принятый вектор
Пространственная обработка на приемной станции
<img file="00000053.tif" he="6" wi="18" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000054.tif" he="5" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000055.tif" he="6" wi="40" img-content="undefined" img-format="tif" />
В таблице 1,  - T×1 вектор, имеющий до S символов данных, подлежащих передаче на S собственных модах,  - T×1 вектор, имеющий T передаваемых символов, подлежащих передаче с T передающих антенн,  - R×1 вектор, имеющий R принятых символов, полученных от R приемных антенн,  - R×1 вектор шума и  - T×1 вектор, имеющий до S детектированных символов данных, которые являются оценками переданных символов данных в .
pem
Если для передачи данных используется только главная собственная мода, то коэффициент усиления решетки можно оценивать на основании собственного значения λ для главной собственной моды следующим образом:
<img file="00000062.tif" he="8" wi="47" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (14)
G
<
G
pem, dB
pem
pem
pem, dB
где  - коэффициент усиления решетки для главной собственной моды, измеряемый в дБ. Главное собственное значение λ обычно меньше количества передающих антенн, или λT. Коэффициент усиления решетки можно ограничить заранее определенным значением, например,  ≤ 4 дБ или каким-либо другим значением.
Тогда полную передаваемую мощность можно ограничить с использованием уравнений (11) и (14) следующим образом:
<img file="00000063.tif" he="7" wi="69" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (15)
Если для передачи данных используются множественные собственные моды, то передаваемая мощность излучается в разных пространственных направлениях, определяемых собственными векторами для этих собственных мод. Коэффициент усиления решетки можно оценивать на основании собственных значений для собственных мод, используемых для передачи данных, следующим образом:
<img file="00000064.tif" he="13" wi="59" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (16)
M
где  - количество собственных мод, используемых для передачи данных; и
G
mem, dB
- коэффициент усиления решетки для множественных собственных мод, измеряемый в дБ.
Тогда полную передаваемую мощность можно ограничить следующим образом:
<img file="00000065.tif" he="8" wi="71" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (17)
G
G
G
G
mem, dB
pem, dB
pem, dB
mem, dB
10
Уравнение (17) аналогично уравнению (15), за исключением того, что коэффициент усиления решетки  для множественных собственных мод стоит вместо коэффициента усиления решетки  для главной собственной моды. Сравнивая уравнения (11), (15) и (17), получаем, что, поскольку в большинстве случаев < <10·log (T), для передачи данных на одной или множественных собственных модах можно использовать более высокую передаваемую мощность для достижения повышенной производительности системы.
Сеть 100 может использовать метод модуляции множественных несущих, например, ортогональное мультиплексирование с частотным разделением (OFDM). OFDM эффективно разделяет общий диапазон системы на множественные (K) ортогональные частотные поддиапазоны, которые также называются тонами, поднесущими, элементами дискретизации и частотными каналами. Согласно OFDM каждый поддиапазон связан с соответствующей поднесущей, которую можно модулировать данными.
k
Для сети MIMO, в которой используется OFDM (или сети MIMO-OFDM), можно получить матрицу характеристики канала  для каждого поддиапазона и разложить ее для получения матрицы  собственных векторов и матрицы  собственных значений для этого поддиапазона. Собственные значения для каждого поддиапазона можно упорядочить от наибольшего к наименьшему, и можно соответственно упорядочить собственные векторы для этого поддиапазона.
K
K
k
K
S
k
m
,.
S
m
m
K
m
K
k
k =
.
K
K
k
K
k.
m
m
1
На фиг. 2 графически представлены результаты разложения по собственным значениям для  поддиапазонов в сети MIMO-OFDM. Множество из  диагональных матриц,  для = 1,..., , показано вдоль оси 210, которая представляет частотное измерение.  собственных значений, λ() для = 1.., , каждой матрицы  располагаются по диагонали матрицы. Ось 212 проходит по диагонали каждой матрицы  и представляет пространственное измерение. Широкополосная собственная мода образована собственной модой для всех  поддиапазонов. Широкополосная собственная мода связана с множеством из  собственных значений, λ() для 1,.., , которое указывает частотную характеристику по  поддиапазонам этой широкополосной собственной моды. Главная широкополосная собственная мода связана с наибольшим собственным значением λ() для каждого из  поддиапазонов. Множество собственных значений для каждой широкополосной собственной моды показано заштрихованными квадратами вдоль пунктирной линии 214. Для каждой широкополосной собственной моды, испытывающей частотно-избирательное замирание, собственные значения для этой широкополосной собственной моды могут различаться для разных значений
Для сети MIMO-OFDM передающая и приемная станции могут осуществлять пространственную обработку, показанную в таблице 1, для каждого поддиапазона, используемого для передачи данных.
K
Если для передачи данных используется только главная широкополосная собственная мода, то коэффициент усиления решетки можно оценивать на основании наибольшего собственного значения для всех  поддиапазонов главной широкополосной собственной моды следующим образом:
<img file="00000072.tif" he="10" wi="65" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (18)
G
K
pwem, dB
где  - коэффициент усиления решетки для главной широкополосной собственной моды. Альтернативно, коэффициент усиления решетки можно оценивать на основании среднего по  собственным значениям для главной широкополосной собственной моды следующим образом:
<img file="00000073.tif" he="12" wi="66" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (19)
G
pwem, dB
pem, dB
Тогда полную передаваемую мощность можно ограничить согласно уравнению (15), но в отличие от него коэффициент усиления решетки  для главной широкополосной собственной моды заменяет коэффициент усиления решетки G для главной собственной моды.
Если для передачи данных используются множественные широкополосные собственные моды, то передаваемая мощность излучается в разных пространственных направлениях, определяемых собственными векторами для этих широкополосных собственных мод. Коэффициент усиления решетки можно оценивать на основании собственных значений для широкополосных собственных мод, используемый для передачи данных, следующим образом:
<img file="00000074.tif" he="14" wi="77" img-content="undefined" img-format="tif" />
Уравнение (20)
G
G
G
mwem, dB
mwem, dB
mem, dB
где  - коэффициент усиления решетки для множественных широкополосных собственных мод. Тогда мощность передачи можно ограничить согласно уравнению (17), но в отличие от него коэффициент усиления решетки  для множественных широкополосных собственных мод заменяет коэффициент усиления решетки  для множественных собственных мод.
Передающая станция также может передавать данные с использованием пространственного расширения для повышения разнесения. Пространственное расширение означает одновременную передачу символа от множественных передающих антенн, возможно, с разными амплитудами и/или фазами, определяемыми вектором управления, используемым для этого символа. Пространственное расширение также именуется управляющим разнесением, передачей управления, псевдослучайной передачей управления и т.п. Таблица 2 иллюстрирует пространственную обработку, осуществляемую передающей станцией, принятые символы на приемной станции и пространственную обработку, осуществляемую приемной станцией для пространственного расширения.
Таблица 2Пространственное расширение
Пространственная обработка на передающей станции
Принятый вектор
Пространственная обработка на приемной станции
<img file="00000075.tif" he="5" wi="18" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000076.tif" he="5" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000077.tif" he="6" wi="31" img-content="undefined" img-format="tif" />
В таблице 2  - T×1 вектор данных,  - T×1 вектор передачи,  - R×1 принятый вектор,  - T×1 детектированный вектор,  - T×T матрица управления для пространственного расширения,  - T×R матрица пространственного фильтра и  - T×T диагональная матрица. Матрицы  и  можно выводить с использованием, например, метода наименьшей среднеквадратической ошибки (MMSE) или метода инверсии матрицы корреляции каналов (CCMI). Для метода MMSE  и , где  и  - дисперсия шума. Для метода CCMI  и .
j
-j)
Согласно методу пространственного расширения передающая станция осуществляет пространственную обработку с помощью разных матриц  управления во временном и/или частотном измерении, чтобы передача данных наблюдала ансамбль эффективных каналов. Матрицы управления могут представлять собой псевдослучайные матрицы, матрицы, генерируемые на основе базовой матрицы (например, матрицы Уолша или матрицы Фурье), и разные комбинации скаляров (например, 1, -1, +и для строк базовой матрицы или некоторых других матриц.
G
pem, dB
Для передачи данных с пространственным расширением коэффициент усиления решетки можно оценивать как = 0 дБ или можно задать равным некоторому другому значению. Тогда мощность передачи можно ограничить согласно уравнению (15), но в отличие от него коэффициент усиления решетки  для пространственного расширения заменяет коэффициент усиления решетки  для главной собственной моды.
На фиг. 3 показан процесс 300 управления излучаемой мощностью для передачи данных, передаваемых от множественных передающих антенн. Синтезированная диаграмма направленности антенны определяется на основании, по меньшей мере, одного управляющего вектора, используемого для пространственной обработки для передачи данных (этап 312). Разные режимы или методы пространственной обработки имеют разные синтезированные диаграммы направленности антенны. Например, согласно методу собственного управления генерируется синтезированная диаграмма направленности антенны, которая направлена к приемной станции, тогда как согласно методу пространственного расширения генерируется пространственно расширенная синтезированная диаграмма направленности антенны. В любом случае коэффициент усиления решетки оценивается на основании синтезированной диаграммы направленности антенны (этап 314). Коэффициент усиления решетки можно оценивать на основании режима пространственной обработки, используемого для передачи данных, и применимых параметров (например, собственных значений) для этого режима. Для собственного управления коэффициент усиления решетки можно оценивать на основании собственного значения для главной собственной моды, наибольшего или среднего собственного значения для главной широкополосной собственной моды, множественных собственных значений для множественных поддиапазонов, по меньшей мере, одной широкополосной собственной моды и т.д. Для пространственного расширения коэффициент усиления решетки можно задать равным заранее определенному значению (например, 0 дБ). Коэффициент усиления решетки также можно задать равным разным заранее определенным значениям для разных режимов пространственного расширения. Например, коэффициент усиления решетки можно задать равным первому значению (например, от 0 до 4 дБ) для собственного управления в зависимости от количества используемых собственных мод и второму значению (например, 0 дБ) для пространственного расширения. Также можно получать или оценивать коэффициент усиления элемента для каждой передающей антенны, используемой для передачи данных (этап 316). Затем передаваемая мощность для передачи данных ограничивается на основании коэффициента усиления решетки, коэффициента усиления элемента и предельной излучаемой мощности (например, предельной EIRP) (этап 318).
На фиг. 4 показана блок-схема передающей станции 110 и приемной станции 150 в сети 100. Передающая станция 110 может быть точкой доступа или пользовательским терминалом. Приемная станция 150 также может быть точкой доступа или пользовательским терминалом.
T
P
EDRP
T
T
T
T
tx, dBm
limit,dBm
На передающей станции 110 блок 420 обработки данных передачи (TX) принимает данные трафика от источника 412 данных и обрабатывает (например, кодирует, перемежает и выполняет символьное отображение) данные трафика для генерации символов данных, которые являются символами модуляции для данных. Блок 422 пространственной обработки TX принимает символы данных от блока 420 обработки данных TX, умножает их на пилотные символы, осуществляет пространственную обработку (например, показанную в таблицах 1 и 2 для собственного управления и пространственного расширения соответственно) и выдает  потоков передаваемых символов на блок 424 управления коэффициентом усиления TX. Блок 424 масштабирует передаваемые символы, чтобы полная передаваемая мощность  согласовывалась с предельной EIRP , например, согласно уравнению (11), (15) или (17). Блок 424 выдает  потоков масштабированных передаваемых символов на блоков 426a-426t передачи (TMTR). Каждый блок 426 передачи осуществляет модуляцию OFDM (если применима) для генерации чипов данных и дополнительно обрабатывает (например, преобразует к аналоговому виду, усиливает, фильтрует и преобразует с повышением частоты) свои чипы данных для генерации модулированного сигнала. Блоки 426a-426t передачи выдают  модулированных сигналов для передачи с  антенн 114a-114t соответственно.
R
T
R
На приемной станции 150  антенн 152a-152r принимают  передаваемых сигналов, и каждая антенна 152 выдает принятый сигнал на соответствующий блок 454 приема (RCVR). Каждый блок 454 приема обрабатывает свой принятый сигнал и выдает поток принятых символов на блок 456 пространственной обработки приема (RX). Блок 456 пространственной обработки RX осуществляет приемную пространственную обработку (или пространственно-согласованную фильтрацию) принятых символов для всех  блоков приема 454 (например, согласно таблицам 1 и 2) и выдает детектированные символы данных. Затем блок 460 обработки данных RX обрабатывает (например, снимает символьное отображение, снимает перемежение и декодирует) детектированные символы данных и выдает декодированные данные на приемник 462 данных.
Контроллеры 430 и 470 управляют работой блоков обработки на передающей станции 110 и приемной станции 150 соответственно. В блоках 432 и 472 памяти хранятся данные и/или программные коды, используемые контроллерами 430 и 470 соответственно.
Для сети TDD приемная станция 150 может передавать пилот-сигнал на передающую станцию 110. Передающая станция 110 может выводить матрицу характеристики канала для каждого поддиапазона, используемого для передачи данных, и разлагать каждую матрицу характеристики канала для получения собственных значений и собственных векторов для этого поддиапазона. Передающая станция 110 может осуществлять (1) пространственную обработку для собственного управления на основании собственных векторов, (2) пространственную обработку для пространственного расширения на основании матриц управления, (3) пространственную обработку на основании какого-либо другого метода или (4) вообще не производить пространственную обработку. Контроллер 430 может осуществлять процесс 300, показанный на фиг. 3, определять синтезированную диаграмму направленности антенны на основании управляющих векторов, используемых для пространственной обработки, оценивать коэффициент усиления решетки на основании синтезированной диаграммы направленности антенны, оценивать коэффициент усиления элемента для каждой передающей антенны и ограничивать передаваемую мощность на основании коэффициента усиления решетки, коэффициента усиления элемента и предельной EIRP.
Описанные здесь методы позволяют передающей станции оценивать коэффициент усиления решетки на основании синтезированной диаграммы направленности антенны, сформированной посредством управляющих векторов, используемых для передачи данных. Затем мощность передачи для передачи данных ограничивается (например, путем масштабирования управляющих векторов и/или регулировки передаваемой мощности, подаваемой на каждую антенну), что позволяет гарантировать соответствие предельным EIRP независимо от характеристик каналов.
Описанные здесь технологии управления излучаемой мощностью можно реализовать различными средствами. Например, эти технологии можно реализовать аппаратными средствами, программными средствами или в виде их комбинации. Для аппаратной реализации блоки обработки, используемые для управления излучаемой мощностью, можно реализовать в виде одной или нескольких специализированных интегральных схем (СИС), цифровых сигнальных процессоров (ЦСП), устройств обработки цифровых сигналов (DSPD), программируемых логических устройств (ПЛУ), вентильных матриц, программируемых пользователем (FPGA), процессоров, контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров, других электронных модулей, предназначенных для осуществления описанных здесь функций, или их комбинации.
Для программной реализации методы управления излучаемой мощностью можно реализовать в виде модулей (например, процедур, функций и пр.), которые осуществляют описанные здесь функции. Программные коды могут храниться в блоке памяти (например, блоке памяти 432, показанном на фиг. 4) и выполняться процессором (например, контроллером 430). Блок памяти можно реализовать внутри процессора или вне процессора, в каковом случае он может быть подключен к процессору с возможностью передачи данных различными средствами, известными в технике.
Вышеприведенное описание раскрытых вариантов осуществления призвано дать возможность любому специалисту в данной области техники создать или использовать настоящее изобретение. Специалисты в данной области техники могут предложить различные модификации этих вариантов осуществления, и сформулированные здесь общие принципы можно применять к другим вариантам осуществления, не выходя за рамки сущности или объема изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не подлежит ограничению представленным здесь вариантом осуществления, но отвечает широчайшему объему, согласующемуся с раскрытыми здесь принципами и признаками новизны.