СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО МНОГОЛУЧЕВОГО КОДИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ МНОГОЛУЧЕВОЙ АДАПТИВНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ Российский патент 2020 года по МПК H03M13/00 H01Q21/00 

Изобретение относится к способу пространственно-временного многолучевого кодирования и может быть использовано для передачи информации в системах беспроводной связи.

Уровень техники

а) Описание аналогов

Известен способ для кодирования/декодирования пространственно-временного блочного кода в системе мобильной связи, использующей схему с многими входами и многими выходами [патент РФ 2341021, 2008 г.] Технический результат данного изобретения направлен на обеспечение с помощью матрицы предварительного кодирования возможности полного разнесения и полной скорости вычислений при минимизации сложности и объема вычислений.

Недостатком данного изобретения является увеличение количества операций в блоке пространственно-временного кодирования для обработки матрицы предварительного кодирования. При этом в некоторых вариантах предложенного способа часть антенн при передаче сигнала не используется, что увеличивает вероятность возникновения замираний на приемной стороне.

Известно изобретение «Передача MIMO с перестановкой уровней в системе беспроводной связи» [патент РФ 2424616, 2011 г.] Технический результат данного изобретения направлен на повышение качества сигнала. В одном аспекте изобретения несколько кодовых слов могут быть формированы для передачи с нескольких антенн (например, виртуальных антенн), причем количество кодовых слов меньше количества антенн. Каждое кодовое слово может быть отображено на несколько антенн. Количество антенн определяет ранг. Могут быть сформированы два кодовых слова. Для ранга 3 первое кодовое слово может быть отображено на один уровень (или одну антенну на каждой поднесущей), и второе кодовое слово может быть отображено на два уровня (или две антенны на каждой поднесущей). Для ранга 4 каждое кодовое слово может быть отображено на два уровня. В другом аспекте изобретения может быть определен базовый индикатор, показывающий среднее качество сигнала. Также может быть определен разностный индикатор, показывающий улучшение относительно среднего качества сигнала. В еще одном аспекте может быть выполнен выбор с разными штрафными коэффициентами для разных рангов или разного количества кодовых слов.

Недостатком данного изобретения является увеличение времени кодирования сигнала для передачи в зависимости от выбора ранга антенн. Также в изобретении упоминается возможность реализации антенн в виде антенных решеток, однако подробное описание их функционирования отсутствует при том, что целью использования антенных решеток для передачи сигналов является увеличение мощности сигнала в точке приема.

Известны многолучевые антенные решетки [Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток: Учебное пособие для вузов / B.C. Филипов, Л.И. Пономарев, А.Ю. Гринев и др. Под ред. Воскресенского. - 2-е изд. доп. и перераб. - М.: Радио и связь, 1994. с. 357]. Многолучевые антенные решетки позволяют формировать несколько лучей в заданных направлениях по параллельным и последовательным схемам диаграммообразования, что позволяет повышать качество сигнала на приемной стороне за счет увеличения направленности излучения.

Недостатком данных многолучевых антенных решеток при всех их преимуществах является отсутствие описания схемы предкодирования передаваемого сигнала.

Известна многофункциональная адаптивная антенная решетка [Патент РФ 2579996, 2016 г.], техническим результатом которой является универсальность антенной решетки за счет возможности изменять форму главного максимума диаграммы направленности при обработке узкополосных сигналов по отношению к помеховым сигналам независимо от их мощности при любой сигнально-помеховой обстановке. Многофункциональная адаптивная антенная решетка содержит N антенных элементов, N блоков комплексного взвешивания сигналов, общий сумматор и адаптивный процессор, содержащий соответствующие блоки формирования и обращения ковариационной матрицы, блок формирования управляющего вектора, отвечающий за фазирование антенной решетки в направлении прихода полезного сигнала и форму главного максимума диаграммы направленности, и блок формирования вектора весовых коэффициентов, а также необходимые связи между упомянутыми элементами.

Недостатками данного изобретения являются формирование только одного главного максимума диаграммы направленности в одном направлении с помощью N блоков комплексного взвешивания.

б) Описание ближайшего аналога способа (прототипа)

Наиболее близким к предлагаемому способу (способом-прототипом) является способ разнесения при передаче, согласно которому две передающие антенны избыточно посылают информацию на одну приемную антенну [Патент США №6185258, 2001 г.] В соответствии со способом разнесения при передаче информацию передают во времени в течение временных слотов, длительность которых является достаточно малой, так что в течение одного временного слота качество передачи по каждому из двух каналов фактически постоянно. Временной слот разделяется на символьные интервалы, каждый символьный интервал представляет время, в течение которого сигнал одного символа излучается антенной. В соответствии со способом разнесения Аламоути во временном слоте с длительностью в два символьных интервала первая антенна передает символ z1 в течение первого символьного интервала и символ - z2* в течение второго символьного интервала, а вторая антенна передает символ z2 в течение первого символьного интервала и символ z1* в течение второго символьного интервала. Здесь «а*» обозначает элемент, комплексно сопряженный «а» (то есть если = x+yj, то a*=x-yj). Временные слоты могут называться пространственно-временными слотами для указания на то, что осуществляет более чем одна антенна, подчеркивая наличие пространственного разнесения, или же могут называться просто слотами. Если одна из двух антенн в течение временного слота передает более устойчиво, чем другая, то оба символа могут быть получены только из более сильной из этих двух передач.

Недостатками данного способа-прототипа является увеличение времени передачи символа из-за наличия во временном слоте двух символьных интервалов преобразования символов для разнесенной передачи последовательно через две антенны, а также затрат времени оценивания коэффициентов канала для каждой антенны. Предполагаемое изотропное излучение мощности всенаправленными антеннами не позволяет повысить качество сигнала в точке приема.

Раскрытие изобретения

а) Технический результат, на достижение которого направлено изобретение

Технический результат предлагаемого способа направлен на улучшение качества сигнала в точке приема и уменьшении времени на передачу символа при использовании пространственно-временного кодирования в многолучевой адаптивной антенной решетке.

б) Совокупность существенных признаков

Для достижения заявленного технического результата в известном способе, заключающемся в том, что при передаче информации ее передают во времени в течение временных слотов, длительность которых является достаточно малой, так что в течение временного слота качество передачи по каждому из двух каналов фактически постоянно.

Вводят схему пространственно-временного кодирования (фигура 2), формирующую пространственно-временную матрицу из комбинаций символов z₁ и z₂. Вводят схему диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки (фигура 3), формирующую два луча для передачи комбинаций символов. Затем во временном слоте с длительностью в один символьный интервал комбинацию символов подают на 1-й вход схемы диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки и передают первым лучом многолучевой адаптивной антенной решетки, комбинацию символов подают на 2-й вход схемы диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки и передают вторым лучом многолучевой адаптивной антенной решетки в течение одного временного слота, чем обеспечивают уменьшение времени на передачу за счет сокращения количества символьных интервалов во временном слоте. Вводят адаптивный процессор, содержащий блок формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов, блок обращения ковариационной матрицы помеховых сигналов и блок формирования вектора весовых коэффициентов, блок формирования управляющего вектора, отвечающий за фазирование многолучевой адаптивной антенной решетки (фигура 3) в направлении точки приема символов и форму луча диаграммы направленности многолучевой адаптивной антенной решетки, за счет чего управляют формой диаграммы направленности 1-го и 2-го луча многолучевой адаптивной антенной решетки, чем обеспечивают повышение качества сигнала на приемной стороне.

в) Причинно-следственная связь между признаками и техническим результатом

Благодаря новой совокупности существенных признаков в способе реализована возможность улучшения качества сигнала в точке приема при сокращении времени передачи на основе пространственно-временного кодирования символов и разделения их по схеме диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки, одновременной передачи комбинации символов в течение одного временного слота двумя формируемыми лучами многолучевой адаптивной антенной решетки с возможностью управления формой луча для повышения качества сигнала в точке приема.

Существо изобретения поясняется чертежом, где на фигуре 1 представлены:

1 - схема пространственно-временного кодирования;

2 - схема диаграммообразования;

3 - адаптивный процессор;

4 - элементы многолучевой адаптивной антенной решетки.

На фигуре 2 представлена схема пространственно-временного кодирования сигнала, содержащая:

1 - решающее устройство;

2 - кодер;

3 - буфер.

На фигуре 3 представлена схема диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки, где:

1 - входы сигналов со схемы пространственно-временного кодирования;

2 - направленные ответвители многолучевой адаптивной антенной решетки;

3 - согласованные нагрузки;

4 - фазовращатели многолучевой адаптивной антенной решетки;

5 - выходы от адаптивного процессора;

6 - элементы многолучевой адаптивной антенной решетки.

Осуществление изобретения

Для достижения заявленного технического результата выполняют следующую последовательность действий для блоков, представленных на фигуре 1:

1. На вход схемы пространственно-временного кодирования последовательно подаются символы z₁ и z₂ (блок 1 фигуры 2).

2. В решающем устройстве распределяют символы для формирования символьного интервала и передают их в кодер (блок 2 фигуры 2).

3. В кодере формируют пространственно-временную матрицу кодирования символов в одном символьном интервале каждого временного слота и передают комбинации символов в буфер (блок 3 фигуры 2) для формирования временного слота из одного символьного интервала Т размерности 2×1, что позволяет уменьшить время на передачу символов в точку приема:

где символ (*) означает операцию комплексного сопряжения.

4. Комбинации символов из буфера подают на входы 1₁ и 1₂ схемы диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки (фигура 3).

5. От входов 1₁ и 1₂ схемы диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки подают символы на входы направленных ответвителей 2_1N и 2_2N (фигура 3) соответственно (элемент матрицы Т₁₁ на 2_1N, элемент матрицы Т₂₁ на 2_2N).

6. С выходов адаптивного процессора 5_1N и 5_2N (фигура 3) подают управляющий сигнал на фазовращатели многолучевой адаптивной антенной решетки 4_1N и 4_2N. Управление фазовращателями 4_1N и 4_2N на основе сигналов с выходов адаптивного процессора 5_1N и 5_2N (фигура 3) позволяет повысить качество сигнала в точке приема за счет изменения формы диаграммы направленности многолучевой адаптивной антенной решетки.

7. Распределяют комбинации символов по элементам 6_N многолучевой адаптивной антенной решетки (фигура 3).

Представленная последовательность действий является признаком, отличающим заявленный способ от способа прототипа.

Способ пространственно-временного многолучевого кодирования информации на основе многолучевой адаптивной антенной решетки позволяет сократить количество символьных интервалов на передачу за счет формирования комбинации символов и повысить качество сигнала в точке приема за счет изменения формы диаграммы направленности многолучевой адаптивной антенной решетки.

Таким образом, введение новой последовательности действий позволяет в предлагаемом способе пространственно-временного многолучевого кодирования информации на основе многолучевой адаптивной антенной решетки достичь заявленный технический результат, заключающийся в улучшении качества сигнала в точке приема и уменьшении времени на передачу символа при использовании пространственно-временного кодировании.

Изобретение относится способу пространственно-временного многолучевого кодирования. Технический результат направлен на улучшение качества сигнала в точке приема и уменьшении времени на передачу символа. Для этого предложен способ пространственно-временного многолучевого кодирования информации на основе многолучевой антенной решетки заключащийся в том, что вводят схему пространственно-временного кодирования, формирующую пространственно-временную матрицу, вводят схему диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки, формирующую два луча, во временном слоте с длительностью в один символьный интервал комбинацию символов подают на 1-й вход схемы диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки и передают первым лучом многолучевой адаптивной антенной решетки, комбинацию символов подают на 2-й вход схемы диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки и передают вторым лучом многолучевой антенной решетки в течение одного временного слота, вводят адаптивный процессор, отвечающий за фазирование многолучевой адаптивной антенной решетки и форму луча. 3 ил.

Способ пространственно-временного многолучевого кодирования информации на основе многолучевой адаптивной антенной решетки, заключающийся в том, что при передаче информации ее передают во времени в течение временных слотов, длительность которых является достаточно малой, так что в течение временного слота качество передачи по каждому из двух каналов фактически постоянно, отличающийся тем, что вводят схему пространственно-временного кодирования, формирующую пространственно-временную матрицу из комбинаций символов z₁ и z₂, вводят схему диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки, формирующую два луча для передачи комбинаций символов, во временном слоте с длительностью в один символьный интервал комбинацию символов подают на 1-й вход схемы диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки и передают первым лучом многолучевой адаптивной антенной решетки, комбинацию символов подают на 2-й вход схемы диаграммообразования многолучевой адаптивной антенной решетки и передают вторым лучом многолучевой адаптивной антенной решетки в течение одного временного слота, вводят адаптивный процессор, содержащий блок формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов, блок обращения ковариационной матрицы помеховых сигналов и блок формирования вектора весовых коэффициентов, блок формирования управляющего вектора, отвечающий за фазирование многолучевой адаптивной антенной решетки в направлении точки приема символов и форму луча диаграммы направленности многолучевой адаптивной антенной решетки.