АДАПТИВНЫЕ СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛУЧОМ ДЛЯ МАКСИМИЗАЦИИ РЕСУРСА БЕСПРОВОДНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ И УМЕНЬШЕНИЕ РАЗБРОСА ЗАДЕРЖКИ, ИСПОЛЬЗУЯ МНОГОЧИСЛЕННЫЕ ПЕРЕДАЮЩИЕ И ПРИЕМНЫЕ АНТЕННЫ
ADAPTIVE BEAM CONTROL METHODS FOR MAXIMISATION WIRELESS COMMUNICATION LINK AND DECREASE IN DELAY DISPERSION USING MULTIPLE TRANSMITTING AND RECEIVING ANTENNAS

По данной заявке испрашивается описание по дате подачи предварительной заявки на патент США № 60/773508, озаглавленной "Адаптивные способы управления лучом для максимизации ресурса беспроводной линии связи и уменьшение разброса задержки, используя многочисленные передающие и приемные антенны", зарегистрированной 4 февраля 2006 г., включенной здесь в качестве ссылки.
Уровень техники
В большинстве систем беспроводной связи радиоканал состоит из канала распространения между одной передающей антенной и одной приемной антенной. Однако установлено, что использование многочисленных антенн в передатчике и приемнике может значительно увеличить ресурс линии связи и, следовательно, пропускную способность линии связи. Недостаток этого подхода в том, что сложность системы может также резко возрастать. Системы с многочисленными передающими и приемными антеннами упоминаются как беспроводные системы MIMO (цепь со многими входами и выходами).
Для систем MIMO увеличение в ресурсе линии связи или пропускной способности линии связи достигается через один из следующих подходов: возрастающая диверсификация, мультиплексирование и формирование луча. Когда используют подход, который увеличивает диверсификацию, аналогичные точные копии сигналов передаются и принимаются многочисленными антеннами. Эти многочисленные передачи не разделены (сделаны некоррелируемыми) во времени, используя отдельные задержки или по частоте, используя отдельные смещения по частоте, или по пространству кодирования, используя конкретные перестановки и/или кодирование. Многочисленные приемы комбинируются, используя оптимальный приемник MRC (суммирование дифференциально взвешенных сигналов каждого канала). Этот подход не требует знания функции передачи канала со стороны передатчика. В некоторых подходах, однако, он требует значительных частей передающих и приемных информационных каналов (аналоговый и цифровой входной каскад), которые должны дублироваться для каждой антенны.
Большинство из текущих систем MIMO следуют за первым (диверсификация) подходом, упомянутым выше. Ресурс линии связи, созданный этим подходом, приблизительно в N раз меньше, чем тот, который происходит в результате формирования луча, где N является числом антенн. Кроме того, в большинстве случаев, существующие варианты реализации требуют сложных систем, где целые части аналогового и цифрового входного каскада информационного канала копируются для каждой антенны. В схеме мультиплексирования точное знание функции передачи канала используется для формирования общей передающей функции приемопередачи в отдельные (ортогональные) передающие линии связи, по которым данные мультиплексируются, используя соответствующее кодирования и распределение мощности на основе принципа заполнения водой (больше мощности и данных по более устойчивым линиям связи). Как упомянуто, этот подход требует знания функции передачи канала со стороны передатчика. Он также требует значительных частей передающих и приемных информационных каналов (аналоговый и цифровой), которые должны дублироваться для каждой антенны. Однако если спроектировано оптимально, он может предоставить максимальную пропускную способность.
Существуют варианты осуществления на основе подхода мультиплексирования, но их сложность является скорее чрезмерной для потребителя и мобильных беспроводных приложений, пока размерность системы MIMO, т.е. число антенн не ограничено, которое, в свою очередь, ограничивает максимально достижимое увеличение ресурса линии связи. В подходе формирования луча точное знание функции передачи канала используется для фокусирования передачи на самом устойчивом подпространстве, упоминаемом как собственный вектор общего канала приемопередачи. Сигнал затем передается по подпространству. Это выполняется с помощью соответствующей корректировки сигнальной фазы и, возможно, усиления отдельно для каждой передающей и приемной антенны. Эта схема, безусловно, требует знания функции передачи канала со стороны передатчика. Однако она может быть идеально реализована с помощью копирования только подмножества аналогового информационного канала и, следовательно, может требовать более простого варианта осуществления и/или допускать большее число антенн, которое можно использовать. Она также предоставляет лучший ресурс линии связи, чем подход с увеличением диверсификации, описанный выше, и для каналов, которые сильно коррелируют, может приближать пропускную способность способа мультиплексирования, описанного выше. Этот способ требует, чтобы передающий диапазон частот был малой частью несущей частоты. Следует заметить, что мультиплексирование может осуществляться через параллельное формирование луча вместе с различными собственными векторами канала приемопередачи.
Варианты осуществления формирования луча могут быть в основном найдены в использовании радара, где во-первых, передающие и приемные блоки являются теми же самыми, и во-вторых, цель формирования луча совершенно отлична от ресурса линии связи или максимизации пропускной способности линии связи. Другие предположения по формированию луча используют прямые методики сингулярной декомпозиции, которые приводят к очень сложным вариантам осуществления, которые не подходят для потребителя и мобильных беспроводных приложений и, следовательно, устанавливают ограничения на размерность системы MIMO, т.е. число антенн, и отсюда максимально достижимое увеличение ресурса линии связи.
Сущность изобретения
Раскрыты способ и устройство для адаптивного управления лучом. В одном варианте осуществления способ содержит осуществление адаптивного управления лучом, используя многочисленные передающие и приемные антенны, включая итеративное осуществление пары настроечных последовательностей, при этом пара настроечных последовательностей включает в себя оценку весового вектора антенной решетки передатчика и весового вектора антенной решетки приемника.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение понятно более полно из подробного описания, данного ниже и из прилагаемых чертежей различных вариантов осуществления изобретения, которые, однако, не должны приниматься для ограничения изобретения конкретными вариантами осуществления, но только для пояснения и понимания.
Фиг.1 - блок-схема одного варианта осуществления системы связи.
Фиг.2 - блок-схема одного варианта осуществления интегрированного устройства.
Фиг.3А и 3В иллюстрируют различные этапы поиска луча.
Фиг.4 иллюстрирует один вариант осуществления конечного автомата управления лучом.
Фиг.5 иллюстрирует уровни одного варианта осуществления процесса поиска луча.
Фиг.6 иллюстрирует частное формирование луча, которое произошло в результате процесса поиска луча фиг.5.
Фиг.7 иллюстрирует один вариант осуществления поиска луча и диаграмму слежения в источнике/передатчике и, соответственно, в пункте назначения/приемнике.
Фиг.8 является примером матрицы Адамара.
Фиг.9 является блок-схемой одного варианта осуществления процесса отслеживания луча.
Фиг.10 иллюстрирует альтернативный вариант осуществления процесса поиска луча.
Фиг.11 иллюстрирует понятие кластеризуемого канала распространения.
Подробное описание настоящего изобретения
Эффективная и адаптивная методика для осуществления формирования луча для изменяющихся во времени каналов распространения с уменьшенной и потенциально минимальной сложностью и увеличенным, потенциально максимальным усилением. В противоположность существующим решениям, формирование луча осуществляется без непосредственного осуществления сингулярной декомпозиции (SVD), которую очень сложно реализовать. Вместо этого, оптимальный собственный вектор канала или подпространство достигается через адаптивную итеративную схему.
Второй эффект формирования луча в том, что результирующий канал, сформированный лучом, имеет обычно более короткий разброс задержки, означающий, что окно межсимвольных помех (ISI) также будет короче.
В последующем описании изложены многие детали, чтобы предоставить более полное пояснение настоящего изобретения. Тем не менее специалистам в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике без этих конкретных подробностей. В иных случаях, на модели блок-схемы показаны известные структуры и устройства, чтобы избежать затруднения понимания настоящего изобретения.
Некоторые части подробного описания, которые последуют, представлены в терминах алгоритмов и символических представлений операций над битами данных в пределах компьютерной памяти или эквивалентное электронное вычислительное устройство. Эти алгоритмические описания и представления являются средствами, используемыми специалистами в области техники обработки данных чтобы наиболее эффективно выразить суть своей работы для других специалистов в данной области техники. Алгоритм находится в данном документе и, в целом, задуман самосогласованной последовательностью этапов, приводящих к желаемому результату. Этапы являются теми этапами, которые требуют физического управления физическими величинами. Обычно, хотя и не необходимо, эти величины принимают форму электрических или магнитных сигналов, которые допускают сохранение, перемещение, комбинирование, сравнение и иное управление. Он оказался удобным временами, принципиально по причинам общего использования, чтобы ссылаться на эти сигналы как биты, значения, элементы, символы, буквы, термины, числа или тому подобное.
Однако следует принимать во внимание, что все из этих и аналогичных терминов должны быть ассоциированы с соответствующими физическими величинами и являются только удобными обозначениями, используемыми для этих величин. Пока конкретно не утверждается иное, очевидно из последующего рассмотрения, принимается во внимание, что по всему описанию рассмотрение, использующее термины, например, "обрабатывающий", или "комбинирующий", или "вычисляющий", или "определяющий", или "отображающий", или тому подобное, ссылается на действие и процессы вычислительной системы, или аналогичное электронное вычислительное устройство, которое управляет и преобразовывает данные, представленные как физические (электронные) величины в пределах регистров вычислительной системы и запоминающих устройств в другие данные аналогично представленным как физические величины в пределах запоминающих устройств вычислительной системы или регистров или других подобных хранилищ информации, устройств передачи или отображения.
Настоящее изобретение также относится к устройству для осуществления операций в данном документе. Это устройство может быть специально создано для требуемых целей, используя цифровые компоненты, или оно может содержать компьютер общего назначения, селективно активируемого или переконфигурируемого компьютерной программой, сохраняемой в компьютере. Такая компьютерная программа может храниться в машиночитаемом запоминающем устройстве, например, но не ограничена, любым типом диска, включающего в себя гибкие магнитные диски, оптические диски, компакт-диски (CD-ROM) и магнитно-оптические диски, постоянные запоминающие устройства (ПЗУ, ROM), оперативные запоминающие устройства (ОЗУ, RAM), электрически программируемое ПЗУ (EPROM), электрически стираемое и программируемое ПЗУ (EEPROM), магнитные или оптические карты или любой тип носителя, подходящего для хранения электронных команд или каждое соединенное с компьютерной системной шиной.
Алгоритмы и устройства отображения, представленные в данном документе, не являются по сути связанными с каким-либо конкретным компьютером или другим устройством. Различные системы общего назначения могут использоваться с программами согласно идеям в настоящем документе или могут оказаться удобными для создания более специализированного устройства для осуществления требуемых этапов способа. Требуемая структура для множества этих систем появится из описания ниже. Кроме того, настоящее изобретение не описано со ссылкой на какой-либо конкретный язык программирования. Следует принимать во внимание, что множество языков программирования или цифрового проектирования могут использоваться для осуществления идей изобретения, как описано в данном документе.
Машиночитаемый носитель включает в себя любое устройство для хранения или передачи информации в форме, читаемой вычислительной машиной (например, компьютер). Например, машиночитаемый носитель включает в себя постоянные запоминающие устройства ("ROM"), оперативные запоминающие устройства ("RAM"), запоминающее устройство на магнитных дисках; оптическое запоминающее устройство; устройства флеш-памяти; электрическая, оптическая, акустическая или иная форма распространяемых сигналов (например, несущие волны, инфракрасные сигналы, цифровые сигналы и т.д.); и т.д.
Пример системы связи
Фиг.1 - блок-схема одного варианта осуществления системы связи. Ссылаясь на фиг.1, система содержит медиаприемник 100, интерфейс 102 медиаприемника, передающее устройство 140, принимающее устройство 141, интерфейс 113 медиаплейера, медиаплейер 114 и устройство 115 отображения.
Медиаресивер 100 принимает контент от источника (не показано). В одном варианте осуществления медиаресивер 100 содержит верхнюю групповую коробку. Контент может содержать цифровое видео основной полосы частот, например, но не ограничено, сцепление контента в стандартах HDMI или DVI. В таком случае медиаприемник 100 может включать в себя передатчик (например, HDMI-передатчик) для направления принятого контента.
Медиаприемник 100 отсылает контент 101 в передающее устройство 140 через интерфейс 102 медиаприемника. В одном варианте осуществления интерфейс 102 медиаприемника включает в себя логику, которая преобразовывает контент 101 в HDMI-контент. В таком случае интерфейс 102 медиаприемника может содержать подключение HDMI и контент 101 отсылается через проводное соединение; однако передача может происходить через беспроводное соединение. В другом варианте осуществления контент 101 содержит DVI-контент.
В одном варианте осуществления передача контента 101 между интерфейсом 102 медиаприемника и передающим устройством 140 происходит по проводному соединению; однако передача может происходить по беспроводному соединению.
Передающее устройство 140 передает информацию беспроводным образом в приемное устройство 141, используя два беспроводных соединения. Одно из беспроводных соединений существует с помощью фазированной антенной решетки с адаптивным формированием луча. Другое беспроводное соединение существует через канал 107 беспроводной связи, упоминаемый в данном документе как обратный канал. В одном варианте осуществления канал 107 беспроводной связи является однонаправленным. В альтернативном варианте осуществления канал 107 беспроводной связи является двунаправленным. В одном варианте осуществления обратный канал может использовать некоторые или все из тех же самых антенн, как и прямой формируемый лучом канал (часть 105). В другом варианте осуществления два набора антенн являются разъединенными.
Приемное устройство 141 передает контент, принятый от передающего устройства 140 в медиаплейер 114 через интерфейс, например интерфейс 113 медиаплейера. В одном варианте осуществления передача контента между приемным устройством 141 и интерфейсом 113 медиаплейера происходит по проводному соединению; однако передача может происходить по беспроводному соединению. В одном варианте осуществления интерфейс 113 медиаплейера содержит подключение HDMI. Аналогично, передача контента между интерфейсом 113 медиаплейера и медиаплейером 114 происходит по проводному соединению; однако передача может происходить по беспроводному соединению. Передача может также происходить по проводному или беспроводному интерфейсу передачи данных, который не был интерфейсом медиаплейера.
Медиаплейер 114 вызывает воспроизведение контента на устройстве 115 отображения. В одном варианте осуществления контент является HDMI-контентом и медиаплейер 114 передает медиаконтент для отображения через проводное соединение; однако, передача может происходить через беспроводное соединение. Устройство 115 отображения может содержать плазменное устройство отображения, жидкокристаллический дисплей, электронно-лучевую трубку и т.д.
Следует заметить, что система на фиг.1 может быть изменена, чтобы включать в себя DVD-плейер/записывающее устройство вместо DVD-плейера/записывающего устройства, чтобы принимать и воспроизводить и/или записывать контент. Те же самые методики могут также использоваться в приложениях без данных мультимедиа.
В одном варианте осуществления передатчик 140 и интерфейс 102 медиаприемника являются частью медиаприемника 100.
Аналогично, в одном варианте осуществления приемник 141, интерфейс 113 медиаплейера и медиаплейер 114 все являются частью того же самого устройства. В альтернативном варианте осуществления приемник 140, интерфейс 113 медиаплейера, медиаплейер 114 и устройство 115 отображения все являются частью устройства отображения. Пример такого устройства показан на фиг.2.
В одном варианте осуществления передающее устройство 140 содержит процессор 103, дополнительный обрабатывающий компонент 104 основной полосы частот, фазированную антенную решетку 105 и интерфейс 106 канала беспроводной связи. Фазированная антенная решетка 105 содержит RF-передатчик (радиочастотный передатчик), который имеет цифровую управляемую фазированную антенную решетку, соединенную с и управляемую процессором 103 для передачи контента в приемное устройство 141, используя адаптивное формирование луча.
В одном варианте осуществления приемное устройство 141 содержит процессор 112, дополнительный обрабатывающий компонент 111 основной полосы частот, фазированную антенную решетку 110 и интерфейс 109 канала беспроводной связи. Фазированная антенная решетка 110 содержит RF-передатчик (радиочастотный передатчик), который имеет цифровую управляемую фазированную антенную решетку, соединенную с и управляемую процессором 112 для приема контента от передающего устройства 140, используя адаптивное формирование луча.
В одном варианте осуществления процессор 103 формирует сигналы основной полосы частот, которые обрабатываются обработкой 104 сигналов основной полосы частот, предшествующей беспроводной передаче с помощью фазированной антенной решетки 105. В таком случае приемное устройство 141 включает в себя обработку сигналов основной полосы частот для преобразования аналоговых сигналов, принятых фазированной антенной решеткой 110 в сигналы основной полосы частот для обработки процессором 112. В одном варианте осуществления сигналы основной полосы частот являются OFDM-сигналами (мультиплексирование с ортогональным делением частот).
В одном варианте осуществления передающее устройство 140 и/или приемное устройство 141 являются частью отдельных приемопередатчиков.
Передающее устройство 140 и приемное устройство 141 осуществляют беспроводную связь, используя фазированную антенную решетку с адаптивным формированием луча, которая допускает управление лучом. Формирование луча хорошо известно в данной области техники. В одном варианте осуществления процессор 103 отсылает цифровую управляющую информацию в фазированную антенную решетку 105 для указания величины, чтобы сместить один или более фазорегуляторов в фазированной антенной решетке 105 для управления лучом, сформированного таким образом, способом, хорошо известным в данной области техники. Процессор 112 использует цифровую управляющую информацию также для управления фазированной антенной решеткой 110. Цифровая управляющая информация отсылается, используя управляющий канал 121 в передающем устройстве 140 и управляющий канал 122 в приемном устройстве 141. В одном варианте осуществления цифровая управляющая информация содержит набор коэффициентов. В одном варианте осуществления каждый из процессоров 103 и 112 содержит цифровой сигнальный процессор.
Интерфейс 106 беспроводной линии связи соединяется с процессором 103 и предоставляет интерфейс между линией 107 беспроводной связи и процессором 103 для передачи информации антенны, относящейся к использованию фазированной антенной решетки и чтобы передавать информацию для облегчения воспроизведения контента в другом местоположении. В одном варианте осуществления информация, передаваемая между передающим устройством 140 и приемным устройством 141 для облегчения воспроизведения контента включает в себя ключи шифрования, отсылаемые от процессора 103 в процессор 112 приемного устройства 141 и одно или более подтверждений приема от процессора 112 приемного устройства 141 в процессор 103 передающего устройства.
Линия 107 беспроводной связи также передает информацию антенны между передающим устройством 140 и приемным устройством 141. Во время инициализации или настройки фазированных антенных решеток 105 и 110 линия 107 беспроводной связи передает информацию, чтобы разрешить процессору 1-3 выбирать направление для фазированной антенной решетки 105. В одном варианте осуществления информация включает в себя, но не ограничена, информацию о местоположении антенны и информацию характеристиках, соответствующую местоположению антенны, например одну или более пар данных, которые включают в себя положение фазированной антенной решетки 110 и интенсивность сигнала канала для этого местоположения антенны. В другом варианте осуществления информация включает в себя, но не ограничена информацией, отсылаемой процессором 112 в процессор 103, чтобы разрешить процессору 103 определять, какие части фазированной антенной решетки 105 использовать для передачи контента.
Когда фазированные антенные решетки 105 и 110 действуют в режиме, во время которого они могут передавать контент (например, HDMI-контент), линия 107 беспроводной связи передает указание состояния канала связи от процессора 112 приемного устройства 141. Указание состояние связи содержит указание от процессора 112, которое побуждает процессор 103 управлять лучом в другом направлении (например, в другой канал). Такое побуждение может происходить в ответ на помехи передачи частей контента. Информация может задавать один или более альтернативных каналов, которые процессор 103 может использовать.
В одном варианте осуществления информация антенны содержит информацию, отсылаемую процессором 112 для определения местоположения, в которое приемное устройство 141 должно направить фазированную антенную решетку 110. Это может быть полезно во время инициализации, когда передающее устройство 140 сообщает приемному устройству 141, где расположить свою антенну так, чтобы измерения качества сигнала могли бы быть сделаны для определения наилучших каналов. Определяемое положение может быть точным расположением или может быть относительным расположением, например, следующее расположение в назначенном порядке расположения, который следует за передающим устройством 140 и приемным устройством 141.
В одном варианте осуществления линия 107 беспроводной связи передает информацию от приемного устройства 141 в передающее устройство 140, определяя характеристики антенны фазированной антенной решетки 110 или наоборот. В одном варианте осуществления линия 107 связи передает информацию от приемного устройства 141 в передающее устройство 140, которое может использоваться для управления фазированной антенной решеткой 105.
Пример архитектуры приемопередатчика
Один вариант осуществления приемопередатчика описан ниже. Приемопередатчик включает в себя тракт передачи и приема для передатчика и, соответственно, приемника. В одном варианте осуществления передатчик для использования во взаимодействии с приемником содержит процессор и фазированную антенную решетку, формирующую луч. Процессор управляет антенной для осуществления адаптивного управления лучом, используя многочисленные передающие антенны в соединении с приемными антеннами приемника, итеративно осуществляя набор настроечных операций. Одна из настроечных операций содержит процессор, вызывающий передачу фазированной антенной решеткой, формирующей луч, первой настроечной последовательности, тогда как весовой вектор приемной антенной решетки приемника задан, и весовой вектор передающей антенной решетки переключается между весовыми векторами с набором весовых векторов. Другие настроечные операции содержат процессор, вызывающий передачу фазированной антенной решеткой, формирующей луч, второй настроечной последовательности, тогда как весовой вектор передающей антенной решетки установлен как часть процесса для вычисления весового вектора приемной антенной решетки.
В одном варианте осуществления приемник для использования во взаимодействии с передатчиком содержит процессор и фазированную антенную решетку, формирующую луч. Процессор управляет антенной для осуществления адаптивного управления лучом, используя многочисленные приемные антенны в соединении с передающими антеннами передатчика, итеративно осуществляя набор настроечных операций. Одна из настроечных операций содержит процессор, устанавливающий весовой вектор приемной антенной решетки во время процесса для оценки весового вектора передающей антенной решетки, при этом передатчик передает первую настроечную последовательность, тогда как устанавливается весовой вектор приемной антенной решетки. Другая из настроечных операций содержит вычисление процессором весового вектора приемной антенной решетки, когда передатчик передает вторую настроечную последовательность, тогда как весовой вектор передающей антенной решетки установлен.
Фиг.3А и 3В являются блок-схемами одного варианта осуществления передающего устройства и, соответственно, приемного устройства, которые являются частью адаптивной системы многочисленных антенн, формирующих луч, содержащейся на фиг.1. Приемопередатчик 300 включает в себя многочисленные независимые передающие и приемные цепочки и осуществляет формирование луча фазированной решеткой, используя фазированную решетку, которая принимает идентичный RF-сигнал и смещает фазу для одного или более элементов антенны в антенной решетке для достижения управления лучом.
Ссылаясь на фиг.3А, модуль цифровой обработки основной полосы частот (например, цифровой сигнальный процессор 301 (DSP)) форматирует контент и формирует сигналы основной полосы частот в реальном времени. Модуль 301 цифровой обработки основной полосы частот может предоставлять модуляцию, FEC-кодирование, формирование пакета, перемежение и автоматический контроль усиления.
1
Модуль 301 цифровой обработки основной полосы частот затем направляет сигналы основной полосы частот, которые необходимо модулировать и отослать по RF-части передатчика. В одном варианте осуществления контент модулируется в OFDM-сигналы образом, хорошо известным в данной области техники.
Цифроаналоговый преобразователь 302 (DAC) принимает вывод цифровых сигналов от модуля 301 цифровой обработки основной полосы частот и преобразовывает их в аналоговые сигналы. В одном варианте осуществления выводы сигналов от DAC 302 находятся между 0-1,7 ГГц. Аналоговый входной блок 303 принимает аналоговые сигналы и фильтрует их с помощью соответствующего низкочастотного фильтра с подавлением зеркальной частоты и, соответственно, усиливает его. IF-модуль 304 (модуль промежуточной частоты) принимает вывод аналогового входного блока 303 и преобразовывает его с повышением частоты в IF-частоту. В одном варианте осуществления IF-частота находится между 2-15 ГГц.
RF-смеситель 305 принимает вывод сигналов из IF-усилителя 304 и комбинирует их с сигналом от локального генератора (LO) (не показано) способом, хорошо известным в данной области техники. Вывод сигналов от смесителя 305 находится на промежуточной частоте. В одном варианте осуществления промежуточная частота находится между 2-15 ГГц.
1-N
1-N
1-N
1-N
Мультиплексор 306 соединен для приема вывода от смесителя 305, чтобы контролировать, какие фазорегуляторы 307 принимают сигналы. В одном варианте осуществления фазовые регуляторы 307 являются квантованными фазовыми регуляторами. В альтернативном варианте осуществления фазовые регуляторы 307 могут быть заменены на IF или RF-усилители с контролируемым усилением и фазой. В одном варианте осуществления модуль 201 цифровой обработки основной полосы частот также контролирует через управляющий канал 360 фазу и величину токов в каждом из элементов антенны в фазированной антенной решетке для создания желаемой схемы луча образом, хорошо известным в данной области техники. Другими словами, модуль 201 цифровой обработки основной полосы частот контролирует фазовые регуляторы 307 фазированной антенной решетки для создания желаемой схемы.
1-K
1-N
1-N
1-N
Каждый из фазовых регуляторов 307 создает выход, который отсылается в один из усилителей 308 мощности, которые усиливают сигнал. Усиливаемые сигналы отсылаются в антенную решетку, которая имеет много элементов 309антенны. В одном варианте осуществления сигналы, передаваемые от антенн 309, являются радиочастотными сигналами между 56-64 ГГц. Таким образом, многочисленные лучи выводятся от фазированной антенной решетки.
1-N
1-NK
1-N
1-N
1-N
1-N
1-N
1-N
В отношении приемника антенны 310 принимают беспроводные передачи от антенн 310и предоставляют их фазовым регуляторам 312через, соответственно, усилители 311 с низким уровнем шума. Как рассмотрено выше, в одном варианте осуществления фазовые регуляторы 312 содержат квантованные фазовые регуляторы. Альтернативно фазовые регуляторы 312 могут быть заменены сложными умножителями. Фазовые регуляторы 312 принимают сигналы от антенн 310, которые комбинируются RF-объединителем 313 для создания однопроводного выхода облучателя. В одном варианте осуществления мультиплексор используется для комбинирования сигналов от различных элементов и вывода однопроводного облучателя. Выход RF-объединителя 313 является входом в RF-смеситель 314.
RF-смеситель 314 принимает вывод сигналов из IF-усилителя 313 и комбинирует их с сигналом от локального генератора (LO) (не показано) способом, хорошо известным в данной области техники. В одном варианте осуществления выход миксера 314 является сигналом с IF-частотой 2-15 ГГц. IF-модуль затем преобразовывает с понижением частоты IF-сигнал для частоты основной полосы частот. В одном варианте осуществления существуют I и Q-сигналы, которые находятся между 0-1,7 ГГц.
Аналогово-цифровой преобразователь 316 (ADC) принимает выход IF 315 и преобразовывает его в цифровую форму. Цифровой выход от ADC 316 принимается модулем 318 цифровой обработки основной полосы частот (например, DSP). Модуль 318 цифровой обработки основной полосы частот восстанавливает амплитуду и фазу сигнала. Модуль 318 цифровой обработки основной полосы частот может предоставлять демодуляцию, распаковку пакетов, обратное перемежение и автоматическое усиление.
В одном варианте осуществления каждый из приемопередатчиков включает в себя управляющий микропроцессор, который создает управляющую информацию для модуля цифровой обработки основной полосы частот (например, DSP). Управляющий микропроцессор может быть на том же самом кристалле, что и модуль цифровой обработки основной полосы частот (например, DSP).
Адаптивное формирование луча, управляемое DSP
1-N
1-N
1-N
1-N
1-N
1-N
В одном варианте осуществления DSP реализует адаптивный алгоритм с весами формирования луча, реализованными в аппаратном обеспечении. То есть передатчик и приемник работают вместе для осуществления формирования луча в RF-частоте, используя аналоговые фазорегуляторы, управляемые цифровым образом; однако в альтернативном варианте осуществления формирование луча осуществляется в IF. Фазорегуляторы 307 и 312 управляются через управляющий канал 360 и, соответственно, управляющий канал 370 через их соответствующие DSP образом, хорошо известным в данной области. Например, модуль 301 цифровой обработки основной полосы частот (например, DSP) контролирует фазорегуляторы 307, чтобы передатчик выполнял адаптивное формирование луча для управления лучом, тогда как модуль 318 цифровой обработки основной полосы частот (например, DSP) контролирует фазорегуляторы 312,чтобы направлять элементы антенны для получения беспроводной передачи от элементов антенны и комбинирования сигналов от различных элементов для создания однопроводного выхода облучателя. В одном варианте осуществления мультиплексор используется для комбинирования сигналов от различных элементов и вывода однопроводного облучателя. Следует заметить, что процессоры (например, DSP), которые контролируют модули цифровой обработки основной полосы частот, например, показанный в передатчиках и приемниках фиг.1, может быть соединен с управляющими каналами 360 и, соответственно, 370, может использоваться для контроля фазорегуляторов 307 и 312.
Модуль 301 цифровой обработки основной полосы частот (например, DSP) осуществляет управление лучом пульсацией или активизацией соответствующего фазорегулятора, соединенного с каждым элементом антенны. Алгоритм пульсации в модуле 301 цифровой обработки основной полосы частот (например, DSP) контролирует фазу и усиление каждого элемента. Осуществление формирования луча решетки с контролируемой DSP фазой является хорошо известным в данной области техники.
Антенна с адаптивным формированием луча используется для избежания препятствий с помехами. Адаптируя формирование луча и управляя лучом, связь может происходить, избегая препятствий, которые могут не допускать или вмешиваться в беспроводные передачи между передатчиком и приемником.
,
В одном варианте осуществления в отношении антенн с адаптивным формированием луча, есть три фазы операций. Тремя фазами операций являются настроечная фаза, фаза поиска и фаза отслеживания. Настроечная фаза и фаза поиска происходят во время инициализации. Настроечная фаза определяет профиль канала с помощью заданных последовательностей пространственных схем  и . Фаза поиска вычисляет список возможных пространственных схем  и выбирает первоначальный вариант  для использования в передаче данных между передатчиком одного приемопередатчика и приемником другого. Фаза отслеживания следит за интенсивностью возможного списка. Когда первоначальный вариант затруднен, следующая пара пространственных схем выбирается для использования.
В одном варианте осуществления во время настроечной фазы передатчик отсылает последовательность пространственных схем . Для каждой пространственной схемы  приемник проецирует принятый сигнал на другую последовательность схем . Как результат проекции, профиль канала получен по паре , .
В одном варианте осуществления исчерпывающая настройка осуществляется между передатчиком приемником, в котором антенна приемника располагается во всех местоположениях и передатчик отсылает многочисленные пространственные схемы. Формирование луча хорошо известно в данной области техники. В этом случае M передаваемых пространственных схем передаются передатчиком и N принимаемых пространственных схем принимаются приемником для создания канальной матрицы N на M. Таким образом, передатчик проходит через схему передаваемых разделов, и приемник ищет самый интенсивный сигнал для этой передачи. Затем передатчик передвигается к следующему разделу. В конце процесса исчерпывающего поиска получено расположение всех положений передатчика и приемника и интенсивность сигналов канала в этих положениях. Информация сохраняется как пары положений, куда направлены антенны и интенсивность сигналов каналов. Список может использоваться для управления лучом антенны в случае помех.
В альтернативном варианте осуществления используется настроечное подпространство, в котором пространство разделено последовательно на ограниченные разделы с помощью ортогональных схем антенны, которые отсылаются для получения профиля канала.
При условии, что модуль 301 цифровой обработки основной полосы частот (DSP) находится в стабильном состоянии и направление, в котором антенна должна указывать, уже определено. В номинальном состоянии у DSP есть набор коэффициентов, которые он отсылает в фазорегуляторы. Коэффициенты указывают величину фазы, на которую фазорегулятор должен сдвинуть сигнал для его соответствующих антенн. Например, модуль 301 цифровой обработки основной полосы частот (DSP) отсылает установленную цифровую управляющую информацию в фазорегуляторы, которая указывает, что различные фазорегуляторы должны смещать на различные величины, например, сместить на 30 градусов, сместить на 45 градусов, сместить на 90 градусов, сместить на 180 градусов и т.д. Таким образом, сигнал, который приходит к этому элементу антенны, будет смещаться на определенное число градусов фазы. Конечный результат смещения, например 16, 32, 36, 64 элемента в решетке на различные величины, позволяет управлять антенной в направлении, которое предоставляет местоположение с наиболее чувствительным радиоприемом для приемной антенны. То есть составной набор смещений по всей антенной решетке предоставляет возможность управлять, где наиболее чувствительное точка антенны указывает на полусферу.
Следует заметить, что в одном варианте осуществления соответствующее соединение между передатчиком и приемником не может быть прямого канала от передатчика к приемнику. Например, наиболее подходящим каналом может быть обсуждение новой идеи предельной величины.
Обратный канал
В одном варианте осуществления система беспроводной связи включает в себя обратный канал 320, или линию для передачи информации между устройствами беспроводной связи (например, передатчик и приемник, пара приемопередатчиков и т.д.). Информация относится к антеннам, формирующим луч, и позволяет одному или более из устройств беспроводной связи адаптировать решетку элементов антенны, чтобы лучше направлять элементы антенны передатчика на элементы антенны вместе с приемным устройством. Информация также включает в себя информацию для облегчения использования контента, который передается беспроводным образом между элементами антенны передатчика и приемника.
На фиг.3А и 3В обратный канал 320 соединен между модулем 318 цифровой обработки основной полосы частот (DSP) и модулем 301 цифровой обработки основной полосы частот (DSP), чтобы разрешить модулю 318 цифровой обработки основной полосы частот (DSP) отсылать отслеживание и управляющую информацию в модуль 301 цифровой обработки основной полосы частот (DSP). В одном варианте осуществления обратный канал 320 функционирует как высокоскоростная передача в нисходящем канале и канал подтверждения получения.
В одном варианте осуществления обратный канал также используется для передачи информации, соответствующей приложению, для которого происходит беспроводная связи (например, беспроводное видео). Подобная информация включает в себя информацию о защите контента. Например, в одном варианте осуществления обратный канал используется для передачи зашифрованной информации (например, ключи шифрования и подтверждения приема ключей шифрования), когда приемопередатчики передают данные HDMI. В таком случае обратный канал используется для взаимодействия по защите контента.
Более конкретно, в HDMI шифрование используется для проверки достоверности, что приемник данных является разрешенным устройством (например, разрешенным устройством отображения). Существует непрерывный поток новых ключей шифрования, который передается во время передачи потока данных HDMI для проверки достоверности, что разрешенное устройство не изменено. Блоки кадров для данных HD TV шифруются с помощью различных ключей и затем эти ключи должны пройти подтверждение приема обратно по обратному каналу 320 для того, чтобы подтвердить достоверность проигрывателя. Обратный канал 220 передает ключи шифрования в прямом направлении в приемник и подтверждения приема ключей от приемника в обратном направлении. Таким образом, зашифрованная информация отсылается в обоих направлениях.
Использование обратного канала для передачи информации с защитой контента является выгодным, так как оно избегает необходимости завершать длительный процесс подстройки, когда такая передача информации отсылается вместе с контентом. Например, если ключ от передатчика отсылается параллельно контенту, передающемуся по первоначальной линии связи, и эта первоначальная линия связи прерывается, он вызовет длительную подстройку в 2-3 секунды для типичной системы HDMI/HDCP. В одном варианте осуществления эта раздельная двунаправленная линия связи, которая имеет более высокую надежность, чем исходная направленная линия связи, при ее заданной всенаправленной ориентации. Используя этот обратный канал для взаимодействия ключей HDCP и соответствующего подтверждения приема обратно от приемного устройства, продолжительной подстройки можно избежать в случае наиболее сильной помехи.
В активном режиме, когда антенны, формирующие луч, передают контент, обратный канал используется, чтобы разрешить приемнику уведомлять передатчик о состоянии канала. Например, тогда как канал между антеннами, формирующими луч, обладает достаточным качеством, приемник отсылает информацию по обратному каналу для указания, что канал приемлем. Обратный канал может также использоваться приемником для отправления передаваемой измеримой количественно информации, указывающей качество используемого канала. Если некоторый вид помех (например, препятствие) происходит, это ухудшает качество канала ниже приемлемого уровня или полностью мешает передачам между антеннами, формирующими луч, приемник может указывать, что канал больше не является приемлемым и/или может запросить изменения в канале по обратному каналу. Приемник может запросить изменения для следующего канала в заданном наборе каналов или может определить конкретный канал для использования передатчиком.
В одном варианте осуществления обратный канал является двунаправленным. В таком случае в одном варианте осуществления передатчик использует обратный канал для отправления информации в приемник. Подобная информация может включать в себя информацию, которая отдает команду приемнику расположить свои элементы антенны в различных фиксированных положениях, которые передатчик может сканировать во время инициализации. Передатчик может определять это с помощью конкретного обозначения положения или, указывая, что приемник должен переходить к следующему положению, обозначенному в заданном порядке или списке, с помощью которого продолжают переходить как передатчик, так и приемник.
В одном варианте осуществления обратный канал используется любым из двух или оба вместе - передатчиком и приемником для уведомления другой информацией о характеристике конкретной антенны. Например, информация о характеристике антенны может определять, что антенна допускает разрешение вниз на 6 градусов в радиусе и что антенна имеет определенное число элементов (например, 32 элемента, 64 элемента и т.д.).
В одном варианте осуществления передача информации по обратному каналу осуществляется беспроводным образом, используя интерфейсные блоки. Любая форма беспроводной связи может быть использована. В одном варианте осуществления используется OFDM для передачи информации по обратному каналу. В другом варианте осуществления используется CPM для передачи информации по обратному каналу.
Обзор формирования луча
В одном варианте осуществления система связи реализует формирование луча с помощью следующих элементов: процесс поиска луча; процесс отслеживания луча и конечный автомат управления лучом. Поиск луча и отслеживание луча используются для корректировки изменений во времени беспроводного канала и возможного препятствия для узких лучей. Когда вызывается, процесс поиска луча находит направление луча, которое максимизирует ресурс линии связи. Получаемое направление луча затем используется для формирования луча. После того, как процесс поиска луча привел к оптимальному формированию луча, процесс отслеживания луча следит за лучом по сравнению с небольшим изменением во времени в функции передачи канала. Конечный автомат управления лучом использует механизм произвольного определения плохой линии связи (который может быть основан на полезной информации или результатах отслеживания лучей) для обнаружения, ниже ли отношение сигнал-шум текущей линии связи желаемой предельной величины. Для целей в настоящем документе плохая линия связи означает, что текущее направление луча затруднено, и последовательно планируется новый поиск луча для поиска следующего наилучшего направления луча.
Фиг.4 иллюстрирует один вариант осуществления конечного автомата управления лучом. Ссылаясь на фиг.4, конечный автомат 400 включает в себя получение (первоначального/установившегося) состояния 401, состояние 402 поиска луча и установившееся состояние или состояние 403 передачи данных. Процесс управления лучом начинается в получении состояния 401. В одном варианте осуществления состояние 401 получения фиксируется только во время установления линии связи. После первоначального получения конечный автомат 400 перемещается в состояние 402 поиска луча для осуществления поиска луча. Состояние 402 поиска луча также фиксируется, как только источник (например, передатчик) или назначение (например, приемник) определяет, что канал считается плохим (например, препятствие для луча) (на основе одной или более метрик). Следует заметить, что в одном варианте осуществления поиск луча регулярно планируется (например, каждые 0,5-2 с), в течение состояния 403 передачи данных. Это может быть полезно на основе заблокированного луча.
После того, как поиск луча был успешным, конечный автомат 400 переходит в установившееся состояние 403, где осуществляются операции передачи данных. В одном варианте осуществления это включает в себя отслеживание луча в определенные интервалы (например, каждый 1-2 мс). В одном варианте осуществления отслеживание луча является укороченным вариантом процесса поиска луча. Это может планироваться или быть основано на запросе.
Если существует сбой линии связи, который происходит, когда конечный автомат 400 управления лучом находится либо в состоянии 402 поиска луча, или состоянии 403 передачи данных, тогда конечный автомат 400 управления лучом переходит к состоянию 401 приема.
В одном варианте осуществления формирование луча в передатчике осуществляется с помощью поворота фазы RF-модулированного сигнала отдельно для каждого RF-усилителя мощности и набора передающих антенн, где поворот фазы описан следующим уравнением:
и угол поворота θ квантуется на 2-4 бита. Это может быть достигнуто, используя квантованные фазорегуляторы.
Аналогично, в одном варианте осуществления формирование луча в приемнике осуществляется с помощью поворота фазы принятого RF-модулированного сигнала после каждой приемной антенны и набора усилителей с низким уровнем шума (LNA) и затем комбинирование сигналов, повернутых по фазе.
Следует заметить, что в одном варианте осуществления приемные антенны соединяются с одним или более каналов оцифровывания и число каналов оцифровывания меньше, чем число приемных антенн. Кроме того, в одном варианте осуществления передающие антенны соединены с одним или более каналами передачи формирования сигнала, и число каналов передачи формирования сигнала меньше, чем число передающих антенн.
Пример процесса поиска луча
N×N
В одном варианте осуществления процесс поиска луча состоит из двух этапов: восстановление синхронизации и итеративный поиск луча. На этапе восстановления синхронизации оценивается время поступления (задержки) луча/пучка лучей с максимальным усилением. В одном варианте осуществления оценка задержки осуществляется передачей известной символьной последовательности по воздуху и согласование этой последовательности в приемнике через согласованный фильтр. Для того чтобы максимизировать отношение сигнал-шум, фазы передающей антенны установлены равными столбцам матрицы Адамара, H, один столбец в момент времени, где H имеет следующие свойства:
H(i, j)∈{-l,1}, H
H = NI
T
NxN
H
I
r(k)
x(k)
T
NxN
где является транспонированной из H, и  является единичной матрицей от N×N. Фазы передающей антенны разложены с помощью N столбцов из H (установлено равным единице в момент времени) Р (например, 3) раз, где каждый момент времени используется разная схема фазы приемной антенны. Схемы фазы приемной антенны выбраны из условия, чтобы соответствующие лучи покрывали все пространство. Приемник, согласованный с фильтром, коррелирует с принятым сигналом, , с передаваемой последовательностью , как описано в помощью следующего уравнения, где схема равна L символам:
Задержка во времени, которая приводит к максимальной энергии выхода согласованного фильтра, после того, как сложена по всем схемам фаз передающих и приемных антенн, выбрана как временная задержка максимального усиления луча/пучка лучей. Кроме того, также выбирается схема фазы приемной антенны, для которой выход согласованного фильтра при выбранной временной задержке имеет максимальную энергию, после того, как она просуммирована по всем схемам фазы передающей антенны.
На следующем этапе используется итеративный процесс поиска луча так, что в одном варианте осуществления альтернативно изменяет схемы фазы передачи и приема для общего числа 2M (даже) (например, 4, 6, 8 или 10) этапов. В почти всех случаях схемы фазы передачи и приема сходятся к оптимальным значениям, соответствующим направлению лучей с максимальным усилением. В некоторых отдельных случаях схемы фазы передачи и приема могут колебаться между различными схемами фазы, что соответствует аналогичным коэффициентам усиления формирования луча.
Для первой итерации схема фазы приема установлена до одного из P схем фаз, которая была выбрана в конце последнего этапа восстановления синхронизации. Другими словами, смещения фазы приема установлены до i-того первоначального значения (для i=1, 2, 3 и т.д.). В одном варианте осуществления смещения фазы приема установлены с помощью установки значений весового вектора антенной решетки (AWV). Схема передачи, с другой стороны, установлена равной N столбцам матрицы Н Адамара поочередно. Пример матрицы Адамара 36×36 задан на фиг.8. Следует заметить, что для определенного числа антенн может использоваться другая унитарная матрица. Кроме того, следует заметить, что в одном варианте осуществления весовые векторы антенной решетки (AWV) для приемника и передатчика являются составными весовыми векторами, которые могут иметь амплитуду и/или информацию о фазе. В одном варианте осуществления весовые векторы являются квантованными векторами со смещением фазы.
Передатчик передает известную символьную последовательность по воздуху, которая используется для оценки результирующих функций SISO (единственный входной и единственный выходной сигналы) передачи канала jn RF-модулированного сигнала до того, до N поворотов по фазе передающей антенны в комбинированном сигнале после N поворотов по фазе приемной антенны. В течение этого этапа передающая фазированная антенная решетка переключается между векторами фазы от столбцов матрицы H, которые охватывают все пространство. В одном варианте осуществления весовой вектор передающей антенной решетки (AWV) включает в себя 36 весовых векторов. Для каждой схемы фазы передачи принятый сигнал коррелирует с передаваемой символьной последовательностью в выбранной оптимальной временной задержке. Вывод коррелятора с комплексным значением  затем используется как оценка соответствующей функции передачи канала. Таким образом, N-Tx с помощью коэффициентов 1-Rx усиления канала на каждую задержку, соответствующую смещениям по фазе приемника, последовательно измеряются и задержка с максимальной энергией (например, кластер) выбирается для наилучшей первоначальной величины.
Далее, вектор из N оценок канала с комплексным значением комплексно сопряжен и умножается на матрицу Н. Углы и элементы с комплексным значением этого вектора затем квантуются в 2-4 бита, создавая вектор квантованных фаз. Этот вектор упоминается в данном документе как вектор квантованного смещения по фазе (QPS) передатчика на основе MRC (т.е. передатчик AWV) и отсылается обратно в передатчик через обратный беспроводной канал, например обратный канал, описанный выше, где он используется как схема фазы фиксированной передачи для следующей части первой итерации. В одном варианте осуществления индекс передатчика AWV, который создает наиболее интенсивный сигнал в приемнике, также отсылается обратно в передатчик через обратный канал.
Для следующей части первой итерации схема фазы передачи установлена равной вектору квантования фазы, вычисленному в конце последней итерации. То есть смещения по фазе передачи установлены до значений, вычисленных в первой части итерации, которые существуют для настройки передатчика AWV. Схема фазы приема, с другой стороны, установлена равной N столбцам из H поочередно. Передача той же самой символьной последовательности и использование той же самой процедуры корреляции, функции передачи канала SISO оцениваются для каждой схемы фазы приема. Другими словами, 1-Tx на N-Rx коэффициенты усиления канала последовательно измеряются в приемнике для задержки максимальной мощности и оценка для эквивалентного канала lxM.
Аналогично, вектор из N оценок канала с комплексным значением комплексно сопряжен и умножается на матрицу Н. Углы и элементы с комплексным значением этого вектора, затем квантуются в 2-4 бита, создавая вектор квантованных фаз. Этот вектор упоминается как вектор квантованного смещения по фазе (QPS) приемника на основе MRC (т.е. приемник AWV). Этот AMV-вектор используется в приемнике как схема фазы фиксированного приема для следующей итерации. То есть смещения фазы приема (веса) установлены до этих вычисленных значений.
Таким образом, те же самые этапы повторяются множество раз (например, 3, 4 и т.д.), где альтернативные схемы фазы передачи или приема установлены равными вычисленным векторам квантованной фазы из предыдущей итерации, тогда как схемы для противоположной операции, т.е. схемы приема или передачи, установлены равными N столбцам, если поочередно.
В конце итераций вычисленные векторы фазы передачи и приема используются для создания луча в оптимальном направлении.
s
s
В одном варианте осуществления сигнал поиска луча (и отслеживание луча) является OQPSK-сигналом при частоте F/2 посылок, где F является OFDM-частотой дискретизации.
В одном варианте осуществления используются до трех различных первоначальных QPS-векторов приема для улучшения производительности оценки оптимального времени дискретизации. Кроме того, в одном варианте осуществления последовательная оценка канала осуществляется с помощью установки весового вектора передатчика (и приемника) до N столбцов матрицы H поочередно и последовательного измерения N соответствующих скалярных оценок канала. Каждый этап оценки канала состоит из N интервалов оценки из условия, что если V равно результирующему 1xN (Nx1) вектору оценки, тогда оценка канала равна VH*(H*V).
Принятый сигнал не должен ни подавляться, ни затухать во время каждого восстановления синхронизации или этапа итерации, где схемы фазы передачи или приема разворачиваются с помощью столбцов H. Отсюда, процедура автоматического управления усилением (AGC) осуществляется до каждого такого этапа. В одном варианте осуществления в этой процедуре AGC произвольная символьная последовательность, охватывающая ту же самую основную полосу частот, передается по воздуху, тогда как схемы фазы передачи и приема изменяются тем же самым образом, как следующий этап. Принятая мощность сигнала измеряется и усиление приемника последовательно устанавливается до значения из условия, что принятый сигнал ни подавляется, ни затухает для всех схем фазы передачи и приема. Если необходимо, эта процедура повторяется множество раз (до 3), пока не найден соответствующий коэффициент усиления.
Фиг.5 иллюстрирует уровни одного варианта осуществления процесса поиска луча, описанного выше. Ссылаясь на фиг.5, этапы 501-503 представляют этапы восстановления синхронизации. Во время этих этапов выбираются первоначальные векторы смещения фазы и оптимальная задержка. В одном варианте осуществления во время этапов 501 и 502 фиксируется мощность передачи.
1
1
2
2
2
1
2
3
4
5
6
После этапа 503 осуществляются последовательность итераций. Каждая итерация состоит из трех блоков, с этапами 504-506, которые представляют пример одной итерации. Этап 504 является этапом оценки канала передачи, использующим фиксированную схему фазы приема, в которой векторы приема, которые дают наилучшую мощность, выбираются и используются для оценки канала. Как показано, этап 504 включает в себя автоматическое управление 504усилением, показанное параллельно, этап 504 включает в себя автоматическое управление 504усилением параллельно с блоком, в котором приемник формирует оценку Nx1 канала, используя принятые векторы, и вычисляет вектор смещения фазы передачи в подэтапе 504. Операции подэтапа 504 отображены в виде блока, показанного как расширенный вариант подэтапа 520 (так как все блоки те же самые). Первоначально вектор смещения фазы передачи изменяется до H1 (подэтап 550) с полосой расфильтровки (подэтап 550), вставленной для коррекции запаздывания смещения фазы. Для изменения в весовых векторах передачи полоса расфильтровки больше, чем общий разброс задержки минус разброс задержки фильтра передачи. Затем первый канал (Ch1) измеряется (блок 550). После измерения канала вектор смещения фазы передачи изменяется до H2 (подэтап 550), с полосой расфильтровки (подэтап 550). Затем второй канал (Ch2) измеряется (блок 550). Это продолжается, пока не измерен последний канал, ChN. После того, как все векторы смещения фазы передачи переданы, и каналы оценены, векторы смещения фазы передачи вычисляются и изменяются (при подготовке для оценки канала приема). В одном варианте осуществления весовой вектор передающей антенны, который создает самый интенсивный принятый сигнал в приемнике, повторяется более, чем один раз в течение этого этапа для того, чтобы разрешить приемнику скорректировать различные погрешности фазы, присущие аналоговым схемам передатчика и приемника.
После того, как вектор смещения фазы передачи вычислен, приемник отсылает его обратно в передатчик на этапе 505. В одном варианте осуществления приемник дополнительно отсылает обратно индекс весового вектора передатчика, который создает самый мощный принятый сигнал, который необходимо использовать во время следующих итераций. Это может быть осуществлено, используя обратный канал.
1
2
1
1
2
3
4
Далее, этап 506 оценки канала приема осуществляется, используя фиксированный вектор смещения фазы передачи. Этап оценки канала приема (этап 506), а также каждый из других этапов оценки канала приема, содержит подэтап автоматического управления усилением (подэтап 506) и оценку канала 1xN и этап вычисления вектора смещения фазы приема (подэтап 506). Блок 506AGC отображен как три блока 531 AGC, номера 103, которые являются теми же самыми. Один из них показан более подробно и является примерным из других. Сначала вектор смещения фазы приема изменяется до H1 (подэтап 531) и AGC осуществляется по этому вектору смещения фазы (блок 531). Затем вектор смещения фазы приема изменяется до H2 (подэтап 531) и AGC осуществляется по этому вектору смещения фазы (блок 531). Это продолжается для всех N векторов смещения фазы приема.
1
2
2
1
2
3
4
5
6
После подэтапа 506 AGC, оценка канала и вычисление вектора смещения фазы приема происходит на подэтапе 506. Операции подэтапа 506 отображены в виде блока и являются теми же самыми для всех подобных блоков на фиг.5. Первоначально вектор смещения фазы приема изменяется до H1 (подэтап 560) с полосой расфильтровки (подэтап 560), вставленной для коррекции запаздывания смещения фазы. Для изменения в весовых векторах приема полоса расфильтровки больше, чем общий разброс задержки минус разброс задержки фильтра приема. Затем первый канал (Ch1) измеряется (подэтап 560). После измерения канала вектор смещения фазы приема изменяется до H2 (подэтап 560), с полосой расфильтровки (подэтап 560). Затем второй канал (Ch2) измеряется (блок 560). Это продолжается, пока не измерен последний канал, ChN. После того, как все векторы смещения фазы приема переданы, и каналы оценены, векторы смещения фазы приема вычисляются и изменяются. В одном варианте осуществления с четырьмя итерациями существует четырнадцать этапов.
Автоматический контроль усиления
Сигнал, отсылаемый во время интервалов настройки AGC, использует ту же модуляцию, но не несет никакой информации.
Усиление AGC должно быть постоянным в течение каждого этапа оценки канала. Во время каждого этапа либо весовые векторы передачи, либо весовые векторы приема изменяются (развертка через N столбцов), что приводит к RSSI-флуктуации. В этом случае AGC запускается для всех N возможных весовых векторов, уровень AGC является фиксированным с минимально достижимым значением и затем осуществляются N оценок канала.
Фиг.6 иллюстрирует частное формирование луча, которое произошло в результате процесса поиска луча на фиг.5.
s
s
Фиг.7 иллюстрирует один вариант осуществления поиска луча и диаграмму слежения в источнике/передатчике. Ссылаясь на фиг.7, схема 701 поиска луча BPSK находится на частоте F/2, фильтруется, используя угольный формирующий фильтр 702 с дополнительной выборкой, или создает схему поиска луча на частоте f. Эта схема затем отсылается в преобразование 703 OQPSK, которое преобразовывает символы BPSK -1 и 1 в составные символы QPSK -1-j и, соответственно, 1+j и задерживает компонент Q наполовину выборки в отношении компонента I. Выход преобразования 703 OQPSK преобразовывается в аналоговый, используя DAC 704, и затем фильтруется, используя аналоговый фильтр 705, предшествующий передаче.
Пример алгоритма отслеживания луча
В одном варианте осуществления алгоритм отслеживания луча состоит из двух итераций итеративного процесса поиска луча, например второй и третьей итераций, описанных выше. Фиг.9 является блок-схемой одного варианта осуществления процесса отслеживания луча. Ссылаясь на фиг.9 в первой итерации (показанной как блок 901), схема фазы передачи установлена равной вектору фазы передачи, соответствующего текущему лучу (т.е. смещения фазы передачи установлены для текущих оценок), тогда как схема фазы приема развернута с помощью N столбцов H для текущей задержки. С этой операции вычисляется вектор смещения квантованной фазы приема на основе MRC. Вычисляемый вектор квантованной фазы затем используется как фиксированная схема фазы приема для второй итерации (показано как блок 902), тогда как схема фазы передачи развернута с помощью N столбцов H и вычисляются векторы смещения квантованной фазы передачи. В одном варианте осуществления схема фазы передачи, которая создает самый интенсивный принятый сигнал в приемнике, повторяется более, чем один раз в течение этого этапа для того, чтобы разрешить приемнику скорректировать различные погрешности фазы, присущие аналоговым схемам передатчика и приемника. В каждой итерации функции передачи канала оцениваются для той же временной задержки, которая была извлечена на этапе восстановления синхронизации процесса поиска луча. Векторы квантованной фазы передачи вычисляются в этих итерациях и затем передаются обратно (903) для использования как схемы фазы передачи. В одном варианте осуществления индекс весового вектора, который создает самый интенсивный принятый сигнал, дополнительно передается обратно для использования в течение следующей копии отслеживания луча. Следует заметить, что блоки 901 и 902 описаны более подробно тем же образом, что и на фиг.5 выше.
Та же процедура AGC, как описано выше, в процессе поиска луча осуществляется до каждой итерации для того, чтобы гарантировать, что принятый сигнал ни подавляется, ни затухает в течение последующей операции. Они показаны на фиг.9, с примером настройки AGC для одного канала, который является тем же самым, что и другие, показанные подробно.
Альтернативные варианты осуществления алгоритма поиска луча
Второй альтернативный вариант осуществления процесса поиска луча показан на фиг.10. Ссылаясь на фиг.10, сначала известная символьная последовательность передается по воздуху, которая используется для оценки канала. Далее схема фазы передачи установлена до N столбцов из H в момент времени. Для каждой подобной схемы фазы передачи схема фазы приема затем устанавливается равной N столбцам из H в момент времени, что приводит к комбинации NxN различной схемы фазы передачи и приема.
NxN
N×N
N×N
Впоследствии соответствующие функции канала SISO оцениваются с помощью сопоставления принятого сигнала с заданной символьной последовательностью в оптимальной временной задержке (процедура восстановления синхронизации аналогична первому варианту осуществления процесса поиска луча за исключением того, что все комбинации схем антенн передачи и приема используются). Оценки используются для создания матрицы , Г. Г затем умножается на H и транспонирует H, как в следующем уравнении:
G = H
H
T
Г
где G является оценкой функции передачи канала MIMO (многочисленные входы с многочисленными выходами).
к =
M:
Следующая итерация затем осуществляется для 1,...,
z=conj(G
u
),
T
k-1
k
1
2
N
v =quant([z,z,...,z])
w=conj(Gv
),
k-1
k
]
2
N
u =quant([w,w,...,w])
u
0
где  является произвольной первоначальной схемой фазы приема.
Вышеуказанная фаза оценки предшествует процедуре AGC, аналогичной процедуре AGC, описанной выше. Эта процедура AGC, которая измеряет принятую мощность сигнала для всех комбинаций передачи и схемы фазы, и может повторяться несколько раз, как необходимо, гарантирует, что принятый сигнал ни подавляется, ни затухает во время оценки.
Приложения
В одном варианте осуществления вышеупомянутые схемы формирования луча используются для системы, действующей в нелицензируемом диапазоне от 57 до 64 ГГц. По сравнению с другими низкочастотными нелицензируемыми диапазонами, например 2,4 ГГц и 5 ГГц, диапазон в 60 ГГц допускает использование намного меньших антенн с аналогичными коэффициентами усиления антенны. Идеально, чтобы 60 ГГц антенны могли бы быть в 12 раз меньше, чем антенны в 5 ГГц с тем же самым усилением. Это означает, что намного большее число антенн может использоваться без существенного увеличения размерностей беспроводной системы и, отсюда, затрат.
Кроме того, измерения показывают, что канал распространения в 60 ГГц намного более кластеризован, чем диапазоны в 2,4 и 5 ГГц. Это эквивалентно заявлению, что для этого диапазона каналы распространения могут группироваться в определенные кластеры. Фиг.11 иллюстрирует понятие кластеризуемого канала распространения. Процесс формирования луча, описанный выше, затем идеально эквивалентен фокусировке на распространении в пределах кластера с максимальным усилением. Может быть показано для подобных кластеризуемых каналов, пропускная способность каналов при схеме формирования луча, описанной в данном документе, часто очень близка к максимальной пропускной способности канала MIMO (достижимой через мультиплексирование, как упомянуто в разделе предшествующего уровня техники). Кроме того, фокусировка на распространении в пределах кластера означает, что разброс задержки распространения равен разбросу задержки кластера, который может быть значительно ниже, чем общий разброс задержки канала.
Следовательно, предлагаемый способ формирования луча очень подходит для беспроводных приложений в диапазоне 60 ГГц.
Тогда как многие изменения и модификации настоящего изобретения без сомнения станут очевидными специалисту в данной области техники, после прочтения вышеизложенного описания, следует понимать, что какой-либо конкретный вариант осуществления, показанный и описанный с помощью иллюстрации, ни в коем случае не подразумевался быть рассмотренным как ограничивающий. Следовательно, ссылки на подробности различных вариантов осуществления не подразумеваются ограничивать объем формулы изобретения, которая сама раскрывает только признаки, являющиеся существенными для изобретения.