Группа изобретений относится к области радиотехники, в частности к способу передачи сигнала (варианты) и устройству для его реализации (варианты), и может быть использовано, например, в системах сотовой радиосвязи при передаче информационного сигнала в прямом канале связи от базовой станции до мобильной станции.

В настоящее время актуальной задачей является повышение емкости систем связи посредством применения эффективных способов передачи и приема сигналов. Повышение эффективности способов передачи и приема сигналов приводят к усложнению и удорожанию аппаратуры связи. В сотовых системах связи целесообразным является усложнение аппаратуры базовой станции, т.е. акцент делается на повышение эффективности приема в обратном канале (сигнала от мобильной станции к базовой станции) и эффективности передачи в прямом канале (сигнала от базовой станции к мобильной станции).

Заявляемый способ направлен на повышение эффективности передачи в прямом канале связи.

Основными факторами, ограничивающими емкость прямого канала связи, являются фединг и внутрисистемные помехи.

Наличие фединга обусловлено тем, что для сотовых систем связи в условиях городской застройки характерно непрямое многолучевое распространение сигнала.

Наличие внутрисистемных помех обусловлено тем, что при передаче сигнала от базовой станции к мобильной станции только часть передаваемой энергии поступает на приемную антенну. Остальная часть передаваемой энергии не поступает на приемную антенну, а создает помехи остальным мобильным станциям.

Поэтому эффективный способ передачи сигнала должен обеспечивать борьбу с федингом и при обеспечении заданного качества приема на мобильной станции излучать как можно меньше энергии (создавать как можно меньше помех).

Одним из эффективных методов борьбы с федингом и уменьшения внутрисистемных помех является использование разнесенной передачи.

Известно несколько основных способов разнесенной передачи.

Согласно способу ортогональной разнесенной передачи (например, "Способ ортогональной разнесенной передачи - приема сигнала в сотовой системе радиосвязи с кодовым разделением каналов" патент РФ №2145152, опубликован 27.01.2000 г., бюл. №3, МПК⁷ Н 04 В 7/216, "Способ разнесенной передачи сигнала и устройство для его реализации" патент РФ №2208911, опубликован 20.07.2003 г., МПК⁷ Н 04 В 7/00) обеспечивают передачу каждого информационного символа с каждой из разнесенных антенн, при этом организуют передачу таким образом, что последовательности символов, передаваемые с разных антенн, ортогональны друг другу, т.е. не создают друг другу помех.

Сигнал, передаваемый с каждой из антенн, подвержен федингу. Но так как фединги в сигналах, передаваемых с разных антенн, независимы, то способ ортогональной разнесенной передачи позволяет обеспечить на приемнике усреднение фединга и повысить отношение сигнал / (шум + помехи) (ОСШП).

Максимальный эффект, который может быть достигнут при использовании способа ортогональной разнесенной передачи - это ОСШП на приемнике, эквивалентное ОСШП в стационарном канале с одной передающей и одной приемной антенной.

Способ ортогональной разнесенной передачи не требует обратной связи.

Согласно способу разнесенной передачи с выбором передающей антенны (например, W.С.Jakes, Microwave mobile communications, IEEE press, 1974) с каждой из передающих антенн передают пилот-силнал, по которому на приемнике оценивают канал передачи от каждой передающей антенны до приемной антенны. На приемнике выбирают лучший по критерию максимума ОСШП канал передачи и, соответственно, передающую антенну. Номер выбранной антенны передают по сигналу обратной связи на передатчик, который использует для передачи выбранную антенну.

Достигаемый эффект ниже, чем для способа ортогональной разнесенной передачи.

Более эффективным, чем описанные ранее два способа разнесенной передачи, является способ когерентной разнесенной передачи по патенту РФ №2192094 "Способ когерентной разнесенной передачи сигнала, опубликован 27.10.2002 г., бюл. №30, МПК⁷ Н 04 В 7/005.

Согласно способу когерентной разнесенной передачи сигнал каждого пользователя передают с N разнесенных антенн.

Копии информационного сигнала распространяются через N разных каналов распространения и образуют на приемной антенне суммарный информационный сигнал.

Для того чтобы обеспечить на входе приемника близкое к оптимальному сложение копий информационного сигнала, прошедших по различным каналам распространения, на передающей стороне требуется иметь оценки указанных каналов распространения.

Поэтому, с каждой из N разнесенных антенн передают ортогональные или квазиортогональные друг другу пилот-сигналы, по которым и осуществляют оценку каналов распространения.

Оценка каналов распространения осуществляется на приемной стороне, а затем передается на передатчик по каналу обратной связи.

При прохождении канала распространения каждая копия информационного сигнала подвергается в общем случае частотно селективному федингу.

Поэтому, перед передачей в сигнал пользователя, передаваемый с каждой из N разнесенных антенн, вносят частотно селективные предыскажения таким образом, чтобы максимизировать качество приема.

Информационный сигнал принимается на фоне аддитивной помехи, представляющей собой сумму шума и внутрисистемных помех, которую можно считать белым шумом.

Поэтому максимизация качества приема эквивалентна максимизации ОСШП.

Спектральную плотность эквивалентного видеочастотного принимаемого информационного сигнала на интервале передачи одного информационного символа можно представить в виде

где

- X(f) - спектральная плотность принимаемого информационного сигнала,

- S(f) - спектральная плотность передаваемого информационного сигнала,

- G_n(f) - передаточная функция n-го канала распространения,

- T_n(f) - передаточная функция n-го канала предискажений передаваемого сигнала, причем - суммарная передаваемая энергия сигнала пользователя на интервале одного передаваемого символа ограничена значением E_s.

Максимизация ОСШП в принимаемом сигнале обеспечивается при выполнении условия

где ^* - операция комплексного сопряжения, а T₀ - постоянное число, которое выбирается из условия нормировки на E_s.

Физический смысл такого выбора передаточных функций каналов предыскажений передаваемого сигнала заключается в следующем.

Фазочастотные характеристики передаточных функций каналов предискажений обеспечивают когерентное сложение спектральных плотностей информационного сигнала, переданного через различные каналы разнесения, на входе приемника. Амплитудно-частотные характеристики каналов предискажений обеспечивают излучение большей части энергии сигнала на тех частотах спектра информационного сигнала, где коэффициент передачи канала распространения больше, и меньшей части энергии сигнала - там, где коэффициент передачи канала меньше. Этим обеспечивается оптимальное использование энергии передаваемого сигнала.

В условиях многолучевости когерентное сложение копий информационного сигнала, переданных через различные каналы разнесения, обеспечивается только в одном луче. В остальных лучах копии информационного сигнала складываются некогерентно.

При приеме такого сигнала остальными лучами обычно пренебрегают. Поэтому на приемнике обычно используют согласованный фильтр (или коррелятор) и не используют RAKE приемник, что значительно упрощает аппаратную реализацию приемника.

Если пренебречь ошибками в оценке канала связи, ошибками и задержкой в канале обратной связи и ошибками квантования, то эффект, достигаемый при использовании способа когерентной разнесенной передачи, эквивалентен эффекту, достигаемому при использовании разнесенного приема с оптимальным по критерию максимизации ОСШП взвешенным суммированием принимаемых сигналов.

Это позволяет для сравнения описанных способов разнесенной передачи использовать теоретические результаты, полученные в статье Jianxia Luo, James R.Zeidler, and John G.Proakis, "Error Probability Performance for W-CDMA Systems With Multiple Transmit and Receive Antennas in Correlated Nakagami Fading Channels", IEEE Trans. Veh. Technol., vol.51, p.1502-1516, Nov. 2002 для ортогональной разнесенной передачи и для разнесенного приема с оптимальным взвешенным суммированием принимаемых сигналов.

Кривые зависимости вероятности битовой ошибки от ОСШП в канале с Релеевским федингом и аддитивной Гауссовой помехой (сумма шума и внутриситсемных помех) от ОСШП показаны на фиг.1.

Кривая AWGN соответствует каналу без фединга с одной передающей и одной приемной антенной. Это предельно достижимая (при увеличении количества передающих антенн) кривая помехоустойчивости для ортогональной разнесенной передачи.

Кривые CTD 2Тх, 4Тх и 8Тх соответствуют когерентной разнесенной передаче в канале с федингом при 2, 4 и 8 передающих антеннах соответственно.

Таким образом, способ когерентной разнесенной передачи является наиболее эффективным из известных в настоящее время способов разнесенной передачи.

Помехоустойчивость способа когерентной разнесенной передачи растет с увеличением количества передающих антенн. Кроме того, для его эффективной работы необходимо, чтобы фединги в копиях информационного сигнала, передаваемого с разных антенн, были независимы. Это достигается разнесением передающих антенн на величину порядка 10 длин волны несущей частоты или больше.

Другим эффективным методом уменьшения внутрисистемных помех является способ передачи сигнала с использованием адаптивной антенной решетки (например, J.С.Liberti and T.S.Rappaport, Smart antennas for wireless communications: IS-95 and third generation CDMA applications, Prentice Hall, New Jersey, 1999).

Адаптивная антенная решетка представляет собой несколько антенных элементов, расположенных близко друг от друга. При передаче на каждый антенный элемент подают одинаковые копии информационного сигнала, умноженные на весовые коэффициенты. Весовые коэффициенты в общем случае комплексные и разные для разных антенных элементов.

На фиг.2 показана линейная эквидистантная антенная решетка, расположенная вдоль оси x с нулевым элементом в начале координат и расстоянием между элементами Δx.

Для удобства формирования диаграммы направленности адаптивной антенной решетки расстояние между двумя соседними антенными элементами Δx выбирают не превышающим длину волны несущей частоты.

Для простоты рассмотрения будем считать, что антенна приемника расположена приблизительно на одной высоте с адаптивной антенной решеткой, поэтому можно ограничиться анализом диаграммы направленности адаптивной антенной решетки в плоскости (x, y), т.е. рассматривать зависимость диаграммы направленности адаптивной антенной решетки только от угла ϕ.

Сигнал s_Tx(t), излучаемый в направлении ϕ, равен

где

- β=2π/λ, где λ - длина волны несущей частоты,

- f(ϕ) - диаграмма направленности адаптивной антенной решетки в горизонтальной плоскости.

Для формирования максимума диаграммы направленности адаптивной антенной решетки в направлении ϕ₀ нужно положить весовые коэффициенты w_m равными

Тогда диаграмма направленности будет иметь вид

Обычно применяют направленные антенные элементы. Тогда, если все антенные элементы имеют одинаковые и одинаково направленные диаграммы направленности f_a(ϕ), то итоговая диаграмма направленности F(ϕ₀, ϕ) будет равна

На фиг.3 показаны две диаграммы направленности адаптивной антенной решетки из 8 антенных элементов, расположенных на расстоянии λ/2 и имеющих диаграммы направленности вида

Максимумы двух показанных на фиг.3 диаграмм направленности соответствуют углам и .

При передаче с использованием адаптивной антенной решетки энергию информационного сигнала излучают только в угловой области Δϕ вокруг выбранного направления излучения ϕ₀.

Поэтому, для достижения такого же значения излучаемой энергии в направлении максимума диаграммы направленности, что и при передаче с одного антенного элемента с диаграммой направленности f_а(ϕ), необходимо излучить меньше энергии. Это существенно уменьшает внутрисистемные помехи.

Эффективность борьбы с внутрисистемными помехами линейно растет с ростом количества антенных элементов адаптивной антенной решетки.

Естественным развитием эффективных методов передачи сигнала является объединение двух описанных ранее способов - способа разнесенной передачи и способа передачи сигнала с использованием адаптивной антенной решетки.

Известен способ по Siemens, Advanced closed loop Tx diversity concept (eigenbeamformer), 3GPP TSG RAN WG 1 document, TSGR1#14(00)0853, July 4-7, 2000, Oulu, Finland, объединяющий способ разнесенной передачи с выбором передающей антенны или способ ортогональной разнесенной передачи со способом передачи сигнала с использованием адаптивной антенной решетки.

Идея данного способа основана на том факте, что обычно канал распространения от базовой станции до мобильной станции включает несколько пространственно сосредоточенных областей отражателей, отражаясь от которых сигнал попадает на мобильную станцию (фиг.4).

В данном способе предлагается на базовой станции использовать адаптивную антенную решетку из М элементов.

С каждого элемента адаптивной антенной решетки передают пилот-силнал. Все М передаваемых пилот-сигналов ортогональны или квазиортогональны друг другу.

Также, с каждого элемента адаптивной антенной решетки передают копию информационного сигнала, умноженную на свой весовой коэффициент.

Фиг.5 иллюстрирует операции упомянутого способа, который заключается в следующем.

Формируют на базовой станции М копий информационного сигнала s(t).

Умножают m-ю копию информационного сигнала, где m принимает значения от 1 до М, на соответствующий весовой коэффициент w_m и суммируют с соответствующим пилот-сигналом p_m(t).

Полученную сумму передают с соответствующего m-го антенного элемента.

Принимают на мобильной станции М пилот-сигналов и информационный сигнал.

В общем случае, пилот-сигналы подвержены многолучевому распространению, т.е. на мобильной станции будет несколько разрешимых временных лучей. Обозначим их количество N.

По М пилот-сигналам для каждого временного луча оценивают М коэффициентов импульсной характеристики канала распространения h_1n, h_2n, ..., h_Mn, где n=1, ..., N - номер временного луча.

Коэффициент импульсной характеристики h_mn соответствует каналу распространения от m-го антенного элемента адаптивной антенной решетки базовой станции до антенны мобильной станции и n-му временному лучу.

Для каждого временного луча формируют матрицу пространственной корреляции

где

-

- - операция Эрмитова сопряжения вектора .

Формируют матрицу пространственной корреляции всех временных лучей следующим образом

Формирование матриц и осуществляют периодически. Обозначим матрицы и , сформированные на i-м шаге, где i=1, 2, ..., через и соответственно.

Формируют усредненную матрицу пространственной корреляции следующим образом

Здесь |ρ|≤1 - коэффициент усреднения.

Осуществляют разложение усредненной матрицы пространственной корреляции на собственные значения и собственные вектора

- Матрица имеет размерность [М×М].

- Матрица - матрица размерности [М×М] собственных векторов матрицы , где - собственный вектор матрицы , соответствующий m-му собственному значению матрицы .

- Матрица - матрица размерности [М×М] собственных значений матрицы , где θ_m(i) - m-е собственное значение матрицы . Собственные значения θ_m(i) расположены в матрице по главной диагонали, а остальные элементы матрицы равны нулю.

Собственные значения и собственные вектора усредненной матрицы пространственной корреляции обладают следующими свойствами.

Собственные вектора усредненной матрицы пространственной корреляции определяют эффективные направления передачи от базовой станции до мобильной станции. Т.е. при передаче в этих направлениях излучаемая энергия будет достигать мобильной станции.

Собственные значения усредненной матрицы пространственной корреляции определяют среднее значение энергии, которое приходит на мобильную станцию при излучении в направлении соответствующего собственного вектора.

Матрицу собственных векторов передают с базовой станции на мобильную станцию. Это можно осуществлять как на каждом шаге, так и реже, так как эффективные направления передачи меняются медленно, по сравнению, например, с частотой фединга.

Далее в данном способе предлагается два варианта.

Согласно первому варианту на каждом шаге на мобильной станции дополнительно оценивают М мощностей сигналов, которые бы принимались на мобильной станции при передаче в направлении соответствующих М собственных векторов , по формуле

Здесь индекс m указывает на одно из определенных ранее эффективных направлений передачи.

Выбирают номер m_max(i) эффективного направления передачи, соответствующих максимальной принимаемой мощности и сообщают его на базовую станцию.

На базовой станции передачу осуществляют в направлении m_max(i)-го эффективного направления передачи, т.е.

Согласно второму варианту выбирают два или более эффективных направлений передачи, соответствующих максимальным принимаемым мощностям.

Осуществляют передачу по этим направлениям, передавая каждый информационный символ по каждому из выбранных эффективных направлений передачи. При этом организуют передачу таким образом, что последовательности символов, передаваемые по разным выбранным эффективным направлениям передачи ортогональны друг другу, т.е. не создают друг другу помех.

Таким образом, согласно второму варианту объединяют способ передачи сигнала с использованием адаптивной антенной решетки и способ ортогональной разнесенной передачи.

Основным недостатком описанного способа передачи сигнала является то, что он не использует указанных выше преимуществ когерентной разнесенной передачи.

Другим недостатком данного способа является то, что он использует одну, а не несколько пространственно разнесенных адаптивных антенных решеток, что существенно уменьшает степень разнесения.

Известен способ по Fujitsu, Enhance the Beamfoming Feature of the Multiple Antenna Tx Diversity, 3GPP TSG RAN WG 1 document, TSGR1#15(00)-1065, August 22-25, 2000, Berlin, Germany, объединяющий способ когерентной разнесенной передачи со способом передачи сигнала с использованием адаптивной антенной решетки, который является способом, наиболее близким к заявляемому решению.

Рассмотрим систему сотовой связи, включающую как минимум одну базовую станцию и как минимум одну мобильную станцию.

Базовая станция передает на мобильную станцию информационный сигнал и пилот-сигналы, используемые на мобильной станции для оценки канала распространения от базовой станции до мобильной станции. Также, базовая станция может передавать другие сигналы, например информационные сигналы для других мобильных станций, или служебные сигналы.

Мобильная станция передает на базовую станцию сигнал обратной связи, используемый на базовой станции для передачи информационного сигнала для этой мобильной станции. Также, мобильная станция может передавать другие сигналы, например информационный сигнал от мобильной станции до базовой станции.

Базовая станция содержит М, где М≥1, адаптивных антенных решеток, каждая из которых содержит K, где K≥1 антенных элементов.

При этом, элементы одной адаптивной антенной решетки расположены близко друг от друга (меньше длины волны несущей частоты информационного сигнала), а адаптивные антенные решетки разнесены далеко друг от друга (больше 10 длин волны несущей частоты информационного сигнала).

Каждый антенный элемент образует канал передачи. Всего таких каналов передачи М·K.

Тогда каждая адаптивная антенная решетка содержит группу каналов передачи.

Базовая станция передает с каждого элемента каждой адаптивной антенной решетки пилот-сигнал. Все пилот-сигналы ортогональны или квазиортогональны друг другу.

Под ортогональностью или квазиортогональностью пилот-сигналов понимают ситуацию, когда максимальное значение функции корреляции между двумя пилот-сигналами много меньше максимального значения функции автокорреляции каждого пилот-сигнала.

Обозначим P_m,k - пилот-сигнал, передаваемый с k-го элемента m-й адаптивной антенной решетки, где , .

На мобильной станции по принимаемым пилот-сигналам оценивают импульсную характеристику каналов распространения от каждого антенного элемента каждой адаптивной антенной решетки до антенны мобильной станции.

Обозначим H_m,k - оценка импульсной характеристики канала распространения от k-го элемента m-й адаптивной антенной решетки до антенны мобильной станции.

Формируют М весовых коэффициентов WDA₁, WDA₂, ..., WDA_M таким образом, чтобы максимизировать выражение

где x^* - операция комплексного сопряжения величины x.

Максимизация указанного выше выражения обеспечивает при передаче копии информационного сигнала с m-й адаптивной антенной решетки с весовым коэффициентом WDA_m когерентное сложение всех копий информационного сигнала на приемной антенне мобильной станции в случае плоского фединга в сигнале, передаваемом с каждой адаптивной антенной решетки.

Под плоским федингом понимают фединг, при котором на приемной антенне есть только один разрешимый временной луч принимаемого сигнала.

Для каждой адаптивной антенной решетки формируют K весовых коэффициентов WBA_m,1, WBA_m,2, ..., WBA_m,K, таким образом, чтобы максимизировать выражение

Т.е. для каждой адаптивной антенной решетки формируют вектор весовых коэффициентов WBA_m,1, WBA_m,2, ..., WBA_m,K, соответствующий эффективному направлению передачи, обеспечивающему максимальную принимаемую мощность на мобильной станции.

Следует отметить, что максимизация PD и PB может быть осуществлена, например, как указано в статье Parag A.Dighe, Ranjan К.Mallik, and Sudhanshu S.Jamuar, "Analysis of Transmit - Receive Diversity in Rayleigh Fading", IEEE Trans. Commun., vol.51, p.694-703, Apr. 2003.

Вектор [WDA₁, WDA₂, ..., WDA_M]^T может быть найден как собственный вектор матрицы [H_m,1, H_m,2, ..., H_m,K]^H[H_m,1, H_m,2, ..., H_m,K], соответствующий максимальному собственному значению этой матрицы, где - операция Эрмитова сопряжения вектора .

Вектор [WBA_m,1, WBA_m,2, ..., WBA_m,K]^T может быть найден как собственный вектор матрицы [H_m,1, H_m,2, ..., H_m,K]^H[H_m,1, H_m,2, ..., H_m,K], соответствующий максимальному собственному значению этой матрицы.

Так как важны относительные значения весовых коэффициентов, то объем информации, передаваемой в сигнале обратной связи можно сократить.

Из вектора весовых коэффициентов разнесения [WDA₁, WDA₂, ..., WDA_M]^T размерности [1×М] формируют вектор весовых коэффициентов разнесения размерности [1×(M-1)]. Фактически, это означает, что первый весовой коэффициент равен единице, и его не надо передавать.

Обозначим

Из каждого вектора весовых коэффициентов направлений передачи [WBA_m,1, WBA_m,2, ..., WBA_m,K]^T размерности [1×K] формируют вектор весовых коэффициентов направлений передачи размерности [1×(K-1)]. Фактически, это означает, что весовые коэффициенты равны единице и их не надо передавать.

Будем, как и раньше, обозначать

Передают с мобильной станции на базовую станцию сформированный вектор весовых коэффициентов разнесения и М сформированных векторов весовых коэффициентов направления передачи.

Обычно частота изменения эффективных направлений передачи меньше, чем частота фединга, поэтому вектора весовых коэффициентов направления передачи надо передавать с мобильной станции на базовую станцию реже, чем вектор весовых коэффициентов разнесения.

На базовой станции формируют М·K копий информационного сигнала.

Обозначим их S_m,k.

Копию информационного сигнала S_m,k передают с k-го антенного элемента m-й адаптивной антенной решетки.

Перед передачей копию информационного сигнала S_m,k умножают на соответствующий весовой коэффициент разнесения WD_m и на соответствующий весовой коэффициент направления передачи WB_m,k.

Иллюстрация умножения копий информационного сигнала S_m,k на весовые коэффициенты и добавления пилот-сигналов приведена на фиг.6.

На фиг.6 для простоты не приведены аналоговые части, преобразующие цифровой сигнал в аналоговый сигнал.

Из информационного сигнала S (фиг.6) формируют М·K копий S_m,k.

Копия информационного сигнала поступает на умножитель, где умножается на весовой коэффициент разнесения WD_m, после чего поступает на другой умножитель, где умножается на весовой коэффициент направления передачи WB_m,k, после чего поступает на сумматор, где к ней добавляется пилот-сигнал P_m,k, после чего передается с k-го антенного элемента m-й адаптивной антенной решетки.

Таким образом, согласно описанию упомянутого известного способа передачи сигнала, можно выделить следующие основные признаки его реализации.

Формируют на базовой станции М разнесенных групп каналов передачи по K каналов передачи в каждой, где М≥1, K≥1.

Передают с базовой станции на мобильную станцию с каждого из М·K каналов передачи разнесенных групп пилот-сигнал.

Оценивают на мобильной станции с использованием переданных пилот-сигналов импульсные характеристики М·K каналов передачи разнесенных групп.

Формируют на мобильной станции М-1 весовых коэффициентов разнесения, используя оцененные импульсные характеристики каналов передачи.

Формируют на мобильной станции для каждой из М разнесенных групп каналов передачи K-1 весовых коэффициентов направления передачи, используя оцененные импульсные характеристики каналов передачи.

Передают с мобильной станции на базовую станцию сигнал обратной связи, содержащий М-1 весовых коэффициентов разнесения и М·(K-1) весовых коэффициентов направлений передачи.

Формируют на базовой станции М·K копий информационного сигнала.

Передают каждую копию информационного сигнала по своему каналу передачи своей разнесенной группы каналов передачи.

Перед передачей умножают каждую копию информационного сигнала на соответствующий весовой коэффициент разнесения и на соответствующий весовой коэффициент направления передачи.

При этом формируют М-1 весовых коэффициентов разнесения WD₁, WD₂, WD₃, ..., WD_M в два этапа.

На первом этапе формируют М весовых коэффициентов WDA₁, WDA₂, ..., WDA_M таким образом, чтобы максимизировать выражение

где

- H_m,1 - оценка импульсной характеристики первого канала передачи m-й разнесенной группы каналов передачи, где ,

- x^* - операция комплексного сопряжения величины x.

На втором этапе формируют М-1 весовых коэффициентов разнесения WD₂, WD₃, ..., WD_M по формуле

где ;

При этом формируют K-1 весовых коэффициентов направления передачи WB_m,2, WB_m,3,_{..., WB_m,K m-й разнесенной группы каналов передачи, где , в два этапа.}

На первом этапе формируют K весовых коэффициентов WBA_m,1, WBA_m,2,_{..., WBA_m,K для m-й разнесенной группы каналов передачи таким образом, чтобы максимизировать выражение}

где

- H_m,k - оценка импульсной характеристики k-го канала передачи m-й разнесенной группы каналов передачи, где , ,

- x^* - операция комплексного сопряжения величины x.

На втором этапе формируют K-1 весовых коэффициентов направления передачи WB_m,2, WB_m,3,_{..., WB_m,K по формуле}

где , .

Устройство, реализующее способ-прототип, изображено на фиг.7.

Устройство передачи сигнала в соответствии с фиг.7 содержит умножители 1-1-1-М, блоки направленной передачи 2-1-2-М, блоки суммирования 3-1-1-3-М-K, аналоговые передатчики 4-1-1-4-М-K, антенные элементы 5-1-1-5-M-K; при этом первые входы умножителей 1-1-1-М являются входами информационного сигнала, вторые их входы являются входами соответствующих весовых коэффициентов разнесения, выходы умножителей 1-1-1-М соединены с первыми входами блоков направленной передачи 2-1-2-М, K вторых входов блоков направленной передачи 2-1-2-М являются входами соответствующих им весовых коэффициентов направления передачи, K выходов каждого блока направленной передачи 2-1-2-М соединены со вторыми входами соответствующих им блоков суммирования 3-1-1, ..., 3-1-K-3-М-1, ..., 3-М-K, первые входы которых являются входами соответствующих пилот-сигналов, выходы блоков суммирования 3-1-1-3-М-K соединены со входами соответствующих им аналоговых передатчиков 4-1-1-4-М-K, выходы которых соединены со входами соответствующих им антенных элементов 5-1-1-5-М-K, выходы которых являются выходами устройства передачи сигнала.

Блок направленной передачи 2-m, где m принимает значения от 1 до М, изображен на фиг.8.

Блок направленной передачи 2-m в соответствии с фиг.8 содержит умножители 6-m-1-6-m-K; при этом первые входы умножителей 6-m-1-6-K являются входами информационного сигнала, вторые их входы являются входами соответствующих весовых коэффициентов направления передачи, а их выходы - выходами блока направленной передачи 2-m.

Способ и устройство-прототип реализуют следующим образом (фиг.7 и 8).

Формируют на базовой станции М разнесенных групп каналов передачи по K каналов передачи в каждой, где М≥1, K≥1.

Каждый из М·K каналов передачи образован соответствующим аналоговым передатчиком 4-m-k и соответствующим антенным элементом 5-m-k, где m принимает значения от 1 до М, а k принимает значения от 1 до K.

Каждая из М разнесенных групп каналов передачи образована соответствующим блоком направленной передачи 2-m, соответствующими аналоговыми передатчиками 4-m-1-4-m-K и соответствующими антенными элементами 5-m-1-5-m-K.

Передают с базовой станции на мобильную станцию с каждого из М·K каналов передачи разнесенных групп пилот-сигнал.

Каждый из M·K пилот-сигналов поступает на первый вход соответствующего блока суммирования 3-m-k, с выхода которого поступает на вход соответствующего аналогового передатчика 4-m-k, с выхода которого поступает на вход соответствующего антенного элемента 5-m-k, выход которого является выходом устройства передачи сигнала.

Оценивают на мобильной станции с использованием переданных пилот-сигналов импульсные характеристики М·K каналов передачи разнесенных групп.

Формируют на мобильной станции М-1 весовых коэффициентов разнесения, используя оцененные импульсные характеристики каналов передачи.

Формируют на мобильной станции для каждой из М разнесенных групп каналов передачи K-1 весовых коэффициентов направления передачи, используя оцененные импульсные характеристики каналов передачи.

Передают с мобильной станции на базовую станцию сигнал обратной связи, содержащий М-1 весовых коэффициентов разнесения и М·(K-1) весовых коэффициентов направлений передачи.

Формируют на базовой станции М·K копий информационного сигнала.

Сначала формируют М копий информационного сигнала, которые поступают на первые входы умножителей 1-1-1-М, с выходов которых поступают на первые входы блоков направленной передачи 2-1-2-М.

В каждом из М блоков направленной передачи 2-m из поступившей на его первый вход копии информационного сигнала формируют K копий информационного сигнала. Таким образом, всего получается М·K копий информационного сигнала.

Передают каждую копию информационного сигнала по своему каналу передачи своей разнесенной группы каналов передачи. Перед передачей умножают каждую копию информационного сигнала на соответствующий весовой коэффициент разнесения и на соответствующий весовой коэффициент направления передачи.

М копий информационного сигнала поступают на первые входы умножителей 1-1-1-М, на вторые входы которых поступают соответствующие весовые коэффициенты разнесения.

Умножают в умножителях 1-1-1-М копии информационного сигнала на соответствующие весовые коэффициенты разнесения и передают их с выходов умножителей 1-1-1-М на первые входы соответствующих блоков направленной передачи 2-1-2-М.

На K вторых входов блоков направленной передачи 2-1-2-М поступают соответствующие весовые коэффициенты направления передачи.

В каждом из М блоков направленной передачи 2-m из поступившей на его первый вход копии информационного сигнала формируют K копий информационного сигнала, которые поступают на первые входы соответствующих умножителей 6-m-1-6-m-K.

На вторые входы соответствующих умножителей 6-m-1-6-m-K поступают соответствующие весовые коэффициенты направления передачи.

Умножают в умножителях 6-m-1-6-m-K копии информационного сигнала на соответствующие весовые коэффициенты направления передачи и передают их с K выходов блоков направленной передачи 2-1-2-М на вторые входы соответствующих блоков суммирования 3-1-1, ..., 3-1-K-3-М-1, ..., 3-М-K.

В блоках суммирования 3-1-1-3-М-K суммируют соответствующую копию информационного сигнала с соответствующим пилот-сигналом.

С выходов блоков суммирования 3-1-1-3-М-K суммы копии информационного сигнала и пилот-сигнала поступает на входы соответствующих аналоговых передатчиков 4-1-1-4-М-K, с выходов которых они поступают на входы соответствующих антенных элементов 5-1-1-5-М-K, выходы которых являются выходом устройства передачи сигнала.

Известный способ передачи сигнала и устройство для его реализации (прототип) обладают следующими существенными недостатками.

Во-первых, при наличии частотно-селективных замираний в копиях информационного сигнала, передаваемых с каждой адаптивной антенной решетки, способ и устройство-прототип не обеспечивают когерентное сложение этих копий информационного сигнала на мобильной станции. Соответственно, они не использует указанных выше преимуществ когерентной разнесенной передачи.

Во-вторых, известные способ и устройство предусматривают передачу с каждой адаптивной антенной решетки только одной копии информационного сигнала в одном направлении передачи. Вместе с тем известно, что эффективность усреднения фединга при разнесенной передаче растет с увеличением каналов разнесения. Т.е. способ и устройство-прототип не используют все доступные направления передачи, снижая тем самым эффективность усреднения фединга.

В-третьих, известные способ и устройство предусматривают использование оценок импульсных характеристик каналов передачи от каждого антенного элемента до антенны мобильной станции, полученных по пилот-сигналам, передаваемым с каждого антенного элемента, как для формирования весовых коэффициентов направления передачи, так и для формирования весовых коэффициентов разнесения. Вместе с тем, частота обновления весовых коэффициентов направления передачи существенно ниже, чем частота обновления весовых коэффициентов разнесения. Поэтому, надежность весовых коэффициентов направления передачи существенно выше, чем надежность весовых коэффициентов разнесения. Может оказаться, что надежность весовых коэффициентов разнесения будет недостаточной, что существенно снизит эффективность способа передачи сигнала и устройства для его реализации.

Задача, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, способ передачи сигнала (варианты) и устройство для его реализации (варианты), - это повышение эффективности передачи информационного сигнала в прямом канале связи и соответственно максимизация качества приема информационного сигнала на мобильной станции.

Поставленная задача решается тем, что в способ передачи сигнала по первому варианту, заключающийся в том, что

формируют на базовой станции М разнесенных групп каналов передачи по K каналов передачи в каждой, где М≥1, K≥1;

передают с базовой станции на мобильную станцию с каждого из М·K каналов передачи разнесенных групп пилот-сигнал;

оценивают на мобильной станции с использованием переданных пилот-силналов импульсные характеристики М·K каналов передачи разнесенных групп;

согласно изобретению вводят следующую последовательность действий:

формируют на мобильной станции для каждой из М разнесенных групп каналов передачи L_m наборов весовых коэффициентов направления передачи по K-1 весовых коэффициентов направления передачи в каждом наборе, где 1≤L_m≤K, а m=1, 2, ..., М, используя оцененные импульсные характеристики М·K каналов передачи разнесенных групп;

оценивают на мобильной станции для каждой из М разнесенных групп каналов передачи для каждого из L_m наборов весовых коэффициентов направления передачи передаточную функцию канала направленной передачи, соответствующего этому набору;

передают с мобильной станции на базовую станцию сигнал обратной связи, содержащий для каждой из М разнесенных групп каналов передачи L_m сформированных наборов весовых коэффициентов направления передачи, а также содержащий для каждой из М разнесенных групп каналов передачи для каждого из L_m наборов весовых коэффициентов направления передачи оцененную передаточную функцию;

формируют на базовой станции на каждой из М разнесенных групп каналов передачи L_m каналов направленной передачи с использованием переданных наборов весовых коэффициентов направления передачи;

формируют на базовой станции для каждой из М разнесенных групп каналов передачи для каждого из L_m каналов направленной передачи каналы коррекции спектра сигнала и корректируют их передаточные функции в соответствии с переданными оцененными передаточными функциями каналов направленной передачи таким образом, чтобы максимизировать качества приема информационного сигнала на мобильной станции;

формируют на базовой станции для каждой из М разнесенных групп каналов передачи для каждого из L_m каналов направленной передачи копию информационного сигнала и одновременно передают все сформированные копии информационного сигнала по соответствующим каналам направленной передачи, предварительно пропустив их через соответствующие каналы коррекции спектра сигнала.

При этом все передаваемые пилот-сигналы и информационный сигнал ортогональны или квазиортогональны между собой.

Поставленная задача решается тем, что в способ передачи сигнала по второму варианту, заключающийся в том, что

формируют на базовой станции М разнесенных групп каналов передачи по K каналов передачи в каждой, где М≥1, K≥1;

передают с базовой станции на мобильную станцию с каждого из М·K каналов передачи разнесенных групп пилот-силнал;

оценивают на мобильной станции с использованием переданных пилот-сигналов импульсные характеристики М·K каналов передачи разнесенных групп;

согласно изобретению вводят следующую последовательность действий:

формируют на мобильной станции для каждой из М разнесенных групп каналов передачи L_m наборов весовых коэффициентов направления передачи по K-1 весовых коэффициентов направления передачи в каждом наборе, где 1≤L_m≤K, а m=1, 2, ..., М, используя оцененные импульсные характеристики М·K каналов передачи разнесенных групп;

передают с мобильной станции на базовую станцию сигнал обратной связи, содержащий для каждой из М разнесенной группы каналов передачи L_m сформированных наборов весовых коэффициентов направления передачи;

формируют на базовой станции на каждой из М разнесенных групп каналов передачи L_m каналов направленной передачи с использованием переданных наборов весовых коэффициентов направления передачи;

передают с базовой станции на мобильную станцию с каждой из М разнесенных групп каналов передачи по каждому из L_m каналов направленной передачи пилот-сигнал для разнесенной передачи;

оценивают на мобильной станции с использованием переданных пилот-сигналов для разнесенной передачи для каждой из М разнесенных групп каналов передачи передаточные функции L_m каналов направленной передачи;

передают с мобильной станции на базовую станцию сигнал обратной связи, содержащий для каждой из М разнесенных групп каналов передачи L_m оцененных передаточных функций каналов направленной передачи;

формируют на базовой станции для каждой из М разнесенных групп каналов передачи для каждого из L_m каналов направленной передачи каналы коррекции спектра сигнала и корректируют их передаточные функции в соответствии с переданными оцененными передаточными функциями каналов направленной передачи таким образом, чтобы максимизировать качества приема информационного сигнала на мобильной станции;

формируют на базовой станции для каждой из М разнесенных групп каналов передачи для каждого из L_m каналов направленной передачи копию информационного сигнала и одновременно передают все сформированные копии информационного сигнала по соответствующим каналам направленной передачи, предварительно пропустив их через соответствующие каналы коррекции спектра сигнала.

Поставленная задача решается тем, что в способ передачи сигнала по третьему варианту, заключающийся в том, что