BR0109693B1 - Método e equipamento para avaliação de informações de estado do canal - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção: MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA MEDIR E RELATAR CARACTERÍSTICAS DE TRANSMISSÃO DE UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO POR MÚLTIPLAS ENTRADAS /MÚLTIPLAS SAÍDAS, BEM COMO, MÉTODO E SISTEMA PARA MEDIR E RELATAR INFORMAÇÕES DE ESTADO DE CANAL (CSI) EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO POR MÚLTIPLAS ENTRADAS/MÚLTIPLAS SAÍDAS.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO I. Campo da Invenção A presente invenção refere-se ao campo das comunicações. Mais especificamente, a presente invenção refere-se à medição e ao relato de informações de estado de canal em um sistema de comunicações de alta eficiência e alto desempenho. II. Descrição da Técnica Relacionada É necessário que um sistema de comunicações sem fio moderno funcione através de canais que experimentam desvanecimento e mui tiper curso. Um de tais sistemas de comunicações é um sistema de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA) que se conforma ao "Padrão de Compatibilidade de Estação Móvel-Estação base TIA/EIA/IS-95 para Sistema Celular com Espalhamento Espectral de Banda Larga de Modo Dual", daqui por diante denominado de padrão IS-95. 0 sistema CDMA suporta comunicação de voz e de dados entre usuários através de um link terrestre. 0 emprego de técnicas CDMA em um sistema de comunicações de acesso múltiplo está descrito na patente norte-americana No. 4 901 307, intitulada "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS", e na patente norte-americana No. 5 103 459, intitulada "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", ambas em nome da requerente da presente invenção e incorporadas aqui por referência.

Um sistema IS-95 pode funcionar de maneira eficiente pela avaliação de parâmetros de canal em uma unidade receptora, que emprega estes parâmetros de canal avaliados, de modo a demodular um sinal recebido. 0 sistema IS-95 torna a avaliação do canal eficiente exigindo a transmissão de um sinal piloto de toda estação base. Este sinal piloto é uma seqüência de repetição do tipo PN conhecida pela unidade receptora. A correlação do sinal piloto recebido com uma réplica local do sinal piloto habilita a unidade receptora a avaliar a resposta impulso complexa do canal e ajustar conformemente, os parâmetros do demodulador. Para a forma de onda e os parâmetros de sistema do IS-95, não é necessário ou vantajoso relatar informações sobre as condições do canal medida pela unidade receptora de volta à unidade transmissora.

Dada a procura sempre crescente pela comunicação sem fio, é desejável um sistema de comunicações sem fio de eficiente e desempenho mais elevados. Um tipo de sistema de comunicações sem fio de desempenho mais elevado é um sistema de Múltiplas Entradas/Múltiplas Saldas (MIMO -Multiple Input/Multiple Output) que emprega várias antenas transmissoras para transmitir através de um canal de propagação para várias antenas receptoras. Como nos sistemas de desempenho inferior, o canal de propagação em um sistema MIMO está sujeito aos efeitos deletérios do multipercurso, assim como à interferência de antenas adjacentes. 0 multipercurso ocorre quando um sinal transmitido chega a uma unidade receptora através de vários percursos de propagação com retardos diferentes. Quando sinais chegam de vários percursos de propagação, os componentes dos sinais podem combinar-se de maneira destrutiva, o que é denominado de "desvanecimento". Para se aperfeiçoar a eficiência e reduzir a complexidade do sistema MIMO, as informações referentes às características do canal de propagação podem ser transmitidas de volta à unidade transmissora para se pré-condicionar o sinal antes da transmissão. 0 pré-condicionamento do sinal pode ser difícil quando as características do canal de propagação se alteram rapidamente. A resposta do canal pode alterar-se com o tempo devido ao movimento da unidade receptora ou a alterações no ambiente que circunda a unidade receptora. Dado um ambiente móvel, um desempenho ótimo exige que as informações referentes às características do canal, tais como estatísticas sobre desvanecimento e interferência, sejam determinadas e transmitidas rapidamente à unidade transmissora antes que as características do canal se alterem de maneira significativa. À medida em que o retardo no processo de medição e relato aumenta, a utilidade das informações de resposta do canal diminui. Existe uma necessidade atual de técnicas eficientes que proporcionem a rápida determinação das características do canal.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a um método e um equipamento para a medição e o relato de informações de estado do canal em um sistema de comunicações de alta eficiência e alto desempenho, os quais compreendem as etapas de: gerar uma pluralidade de sinais piloto; transmitir a pluralidade de sinais piloto através de um canal de propagação entre uma unidade transmissora e uma pluralidade de unidades receptoras, em que a unidade transmissora compreende pelo menos uma antena transmissora, cada uma dentre a pluralidade de unidades receptoras compreende pelo menos uma antena receptora e o canal de propagação compreende uma pluralidade de sub-canais entre a unidade transmissora e a pluralidade de unidades receptoras; receber pelo menos um dentre a pluralidade de sinais piloto em cada uma dentre a pluralidade de unidades receptoras; determinar um conjunto de características de transmissão para pelo menos um dentre a pluralidade de sub-canais, em que a etapa de determinar o conjunto de características de transmissão emprega pelo menos iam dentre a pluralidade de sinais piloto recebidos em cada uma dentre a pluralidade de unidades receptoras; relatar um sinal de informação oriundo de cada uma dentre a pluralidade de unidades receptoras à unidade transmissora, em que o sinal de informação transporta o conjunto de características de transmissão para pelo menos um dentre e pluralidade de sub-canais; e otimizar um conjunto de parâmetros de transmissão na unidade transmissora, com base no sinal de informações.

Sob um aspecto da invenção, símbolos piloto são transmitidos em uma pluralidade de conjuntos de sub-canais OFDM separados (disjoint). Quando os símbolos piloto são transmitidos em sub-canais OFDM separados, as características do canal de propagação podem ser determinadas através de um conjunto de K sub-canais que transmitem os símbolos piloto, em que K é menor que o número de sub-canais OFDM no sistema. Além de transmitir símbolos piloto em sub-canais separados, o sistema pode transmitir uma seqüência piloto no domínio de tempo que pode ser empregada na determinação das características do canal de propagação. Juntamente com a geração e a transmissão de símbolos piloto, um aspecto da invenção é a compressão da quantidade de informações necessárias para reconstruir as características do canal de propagação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características, a natureza e as vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes com a descrição detalhada apresentada a seguir, quando tomadas em conjunto com os desenhos, nos quais as mesmas referências indicam as mesmas partes, e nos quais: Figura IA é um diagrama de um sistema de comunicações por múltiplas entradas e múltiplas saldas (MIMO);

Figura 1B é um diagrama de sistema MIMO baseado em OFDM com Feedback (realimentação) de informações de estado do canal;

Figura 1C é um diagrama de uma estrutura de sinal piloto OFDM exemplar que pode ser empregada na avaliação das informações de estado do canal;

Figura 2 é um diagrama que ilustra graficamente um exemplo especifico de uma transmissão de uma antena transmissora em uma unidade transmissora;

Figura 3 é um diagrama de blocos de um processador de dados e de um modulador do sistema de comunicações mostrado na figura IA;

Figuras 4A e 4B são diagramas de blocos de duas versões de um processador de dados de canal que pode ser empregado no processamento de um fluxo de dados de canal, tal como, dados de controle, de broadcast, de voz ou de tráfego;

Figuras de 5A a 5C são diagramas de blocos das unidades de processamento que podem ser empregadas para gerar o sinal de transmissão mostrado na figura 2;

Figura 6 é um diagrama de blocos de uma unidade receptora, que tem várias antenas receptoras, que podem ser empregadas na recepção de um ou mais fluxos de dados de canal; e Figura 7 mostra gráficos que ilustram a eficiência espectral obtenível com alguns dos modos de operação de um sistema de comunicações de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ESPECÍFICAS A figura IA é um diagrama de um sistema de comunicações por Múltiplas Entradas/Múltiplas Saídas (MIMO) 100, capaz de implementar algumas modalidades da invenção. O sistema de comunicações 100 pode ser operante para proporcionar uma combinação de diversidades de antena, de freqüência e temporal, de modo a se aumentar a eficiência espectral, aperfeiçoar o desempenho e obter maior flexibilidade. Uma maior eficiência espectral é caracterizada pela capacidade de transmitir mais bits por segundo por Hertz (bps/Hz) quando e onde possível, de modo a se utilizar melhor a largura de banda disponível do sistema. Técnicas para se obter maior eficiência espectral estão descritas mais detalhadamente a seguir. Um desempenho melhorado pode ser quantificado, por exemplo, por uma taxa de erro de bit (BER - Bit Error Rate) ou taxa de erro de frame (FER - Frame Error Rate) mais baixa para uma dada relação portadora/ ruído mais interferência (C/I) do link. Uma maior flexibilidade, por sua vez, é caracterizada pela habilidade de acomodar vários usuários que tenham exigências diferentes e tipicamente discrepantes. Estes objetivos podem ser alcançados, em parte, pelo emprego de modulação por multi-portadoras, multiplexação por divisão no tempo (TDM - Time Division Multiplexing), várias antenas transmissoras e/ou receptoras e outras técnicas. As características, aspectos e vantagens da invenção estão descritos mais detalhadamente a seguir.

Conforme mostrado na figura IA, o sistema de comunicações 100 inclui um primeiro sistema 110, em comunicação com um segundo sistema 120. O sistema 110 inclui um processador de dados (transmissão) 112, que (1) recebe ou gera dados, (2) processa os dados de modo a fornecer diversidade de antena, de freqüência ou temporal, ou uma combinação delas, e (3) fornece símbolos de modulação processados para um número de moduladores (MOD), de 114a a 114t. Cada modulador 114 processa também os símbolos de modulação e gera um sinal de RF modulado adequado para transmissão. Os sinais de RF modulados oriundos dos moduladores de 114a a 114t são em seguida transmitidos a partir de respectivas antenas, de 116a a 116t, através dos links de comunicações 118 com para o sistema 120.

Na figura IA, o sistema 120 inclui um número de antenas receptoras, de 112a a 122r, que recebem os sinais transmitidos e fornecem os sinais recebidos aos respectivos demoduladores (DEMOD), de 124a a 124r. Conforme mostrado na figura IA, cada antena receptora 122 pode receber sinais de uma ou mais antenas transmissoras 116, dependendo de um número de fatores, tais por exemplo, o modo de operação empregado no sistema 110, a diretividade das antenas transmissoras e receptoras, as características dos links de comunicações e outros. Cada demodulador 124 demodula o respectivo sinal recebido por meio de um esquema de demodulação que é complementar ao esquema de modulação empregado no transmissor. Os símbolos demodulados oriundos dos demoduladores de 124a a 124r são, em seguida, fornecidos a um processador de dados (recepção), 126, que processa também os símbolos de modo a fornecer os dados de saída. O processamento de dados nas unidades transmissoras e receptoras está descrito mais detalhadamente a seguir. A figura IA mostra apenas a transmissão no link de emissão do sistema 110 para o sistema 120. Esta configuração pode ser empregada no broadcast (difusão) de dados e demais aplicações de transmissão de dados unidirecional. Em um sistema de comunicações bidirecionais, um link reverso do sistema 120 com o sistema 110 é também fornecido, embora não mostrado na figura IA por razões de simplificação. Para o sistema de comunicações bidirecionais, cada um dos sistemas 110 e 120 pode operar como uma unidade transmissora ou uma unidade receptora, ou ambas concomitantemente, dependendo de os dados serem transmitidos da, ou recebidos na, unidade.

Por razões de simplificação, o sistema de comunicações 100 é mostrado incluindo uma unidade transmissora (isto é, o sistema 110) e uma unidade receptora (isto é, o sistema 120). No entanto, em geral, várias antenas transmissoras e várias antenas receptoras estão presentes em cada unidade transmissora e em cada unidade receptora. 0 sistema de comunicações da invenção pode incluir qualquer número de unidades transmissora e de unidades receptoras.

Cada unidade transmissora pode incluir uma única antena transmissora ou um número de antenas transmissoras, tal como, a mostrada na figura IA . De maneira semelhante, cada unidade receptora pode incluir uma única antena receptora ou um número de antenas receptoras, mais uma vez como a mostrada na figura IA. Por exemplo, o sistema de comunicações pode incluir um sistema central (isto é, semelhante a uma estação base no sistema CDMA IS-95) que possuindo um número de antenas que transmitem dados para, e recebem dados de, um número de sistemas remotos (isto é, unidades de assinante, semelhantes às estações remotas no sistema CDMA), dos quais alguns podem incluir uma antena e outros podem incluir várias antenas.

Conforme empregado aqui relatório, uma antena refere-se a uma reunião de um ou mais elementos de antena que são distribuídos no espaço. Os elementos de antena podem estar fisicamente posicionados em um único local ou distribuídos através de vários locais. Os elementos de antena fisicamente co-posicionados em um único local podem ser operados como um arranjo de antenas (por exemplo, para uma estação base CDMA) . Uma rede de antenas consiste em uma reunião de arranjos ou elementos de antena que estão fisicamente separados (por exemplo, muitas estações base CDMA) . Um arranjo de antenas ou uma rede de antenas pode ser projetada para ter a capacidade de formar feixes e de transmitir vários feixes do arranjo ou da rede de antenas. Por exemplo, uma estação base CDMA pode ser projetada com a capacidade de transmitir até três feixes a três seções diferentes de uma área de cobertura (ou setores) a partir do mesmo arranjo de antenas. Deste modo, os três feixes podem ser vistos como três transmissões a partir de três antenas. 0 sistema de comunicações da invenção pode ser projetado para fornecer um esquema de comunicações de acesso múltiplo, de vários usuários, capaz de suportar unidades de assinante que possuindo diferentes exigências, assim como capacidades. 0 esquema permite que a largura de banda operacional total do sistema, W, (por exemplo, de 1,2288 MHz) seja partilhada de maneira eficiência entre diferentes tipos de serviços que podem ter exigências de taxa de dados, retardo e qualidade de serviço (QOS - Quality of Service) altamente discrepantes.

Exemplos de tais tipos discrepantes de serviços incluem serviços de voz e serviços de dados. Os serviços de voz são tipicamente caracterizados por uma baixa taxa de dados (por exemplo, de 8 kbps a 32 kbps) , curto retardo no processamento (por exemplo, de 3 mseg (ms) a 100 mseg de retardo unidirecional total) e uso sustentado de um canal de comunicações por um período prolongado de tempo. As exigências de retardo curto impostas pelos serviços de voz exigem, tipicamente, que uma pequena fração dos recursos do sistema seja dedicada a cada chamada de voz pela duração da chamada. Em contraste, os serviços de dados são caracterizados por tráfegos "em rajadas", nos quais quantidades variáveis de dados são enviadas em momentos esporádicos. A quantidade de dados pode variar de maneira significativa de rajada para rajada e de usuário para usuário. Para se obter uma alta eficiência, o sistema de comunicações da invenção pode ser projetado com a capacidade de alocar uma parte dos recursos disponíveis para serviços de voz, conforme requerido, e os recursos restantes para serviços de dados. Uma fração dos recursos de sistema disponíveis pode ser também dedicada para determinados serviços de dados ou determinados tipos de serviços de dados. A distribuição de taxas de dados alcançáveis por cada unidade de assinante pode variar amplamente entre alguns valores mínimos e máximos instantâneos (por exemplo, de 200 kbps até mais de 20 Mbps) . A taxa de dados alcançável para uma unidade de assinante específica a qualquer dado momento pode ser influenciada por um número fatores, tais como a quantidade de potência de transmissão disponível, a qualidade do link de comunicações (isto é, a C/I), o esquema de codificação e outros. A exigência de taxa de dados de cada unidade de assinante pode também variar amplamente entre um valor mínimo (por exemplo, 8kbps para uma chamada de voz) direto até a taxa de pico máxima instantânea sustentada (por exemplo, 20 Mbps para serviços de dados rajadas). A porcentagem de tráfego de voz e dados é tipicamente uma variável aleatória que se altera com o tempo. De acordo com determinados aspectos da invenção, de modo a suportar com eficiência ambos os tipos de serviços concomitantemente, o sistema de comunicações da invenção é projetado para ter a capacidade de alocar dinamicamente os recursos disponíveis com base na quantidade de tráfego de voz e dados. Um esquema para alocar dinamicamente recursos está descrito a seguir. Outro esquema para alocar os recursos está descrito no pedido de patente norte-americano No. de série 08/963 386, previamente mencionado. O sistema de comunicações da invenção fornece as características e vantagens acima descritas, e é capaz de suportar diferentes tipos de serviços possuindo exigências discrepantes. As características são obtidas pelo emprego de diversidade de antena, de frequência ou temporal, ou uma combinação delas. A diversidade de antena, de freqüência ou temporal pode ser obtida de maneira independente e dinamicamente selecionada.

Conforme empregado aqui, diversidade de antena refere-se à transmissão e/ou recepção de dados através de mais de uma antena, diversidade de freqüência refere-se à transmissão de dados através de mais de uma sub-banda e diversidade temporal refere-se à transmissão de dados através de mais de um período de tempo. Diversidade de antena, de freqüência e temporal pode incluir subcategorias. Por exemplo, diversidade de transmissão refere-se ao emprego de mais de uma antena transmissora de maneira a se aperfeiçoar a confiabilidade do link de comunicações, diversidade de recepção refere-se ao emprego de mais de uma antena receptora de modo a se aperfeiçoar a confiabilidade do link de comunicações, e diversidade espacial refere-se ao emprego de várias antenas transmissoras e receptoras para se aperfeiçoar a confiabilidade e/ou aumentar a capacidade do link de comunicações. Diversidade de transmissão e recepção podem também ser empregados em combinação para aperfeiçoar a segurança do link de comunicações sem aumentar a capacidade do link. Diversas combinações de diversidade de antena, de freqüência e temporal podem ser assim obtidas e estão dentro do escopo da presente invenção. A diversidade de freqüência pode ser obtida pelo emprego de um esquema de modulação por multi-portadoras, tal como, a multiplexação por divisão em ortogonal freqüência (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplex), que proporciona a transmissão de dados através de diversas sub-bandas da largura de banda operacional. A diversidade temporal é obtida pela transmissão de dados através de tempos diferentes, o que pode ser conseguido mais facilmente com o emprego da multiplexação por divisão no tempo (TDM). Estes diversos aspectos do sistema de comunicações da invenção estão descritos mais detalhadamente a seguir.

De acordo com um aspecto da invenção, a diversidade de antena é obtida pelo emprego de um número de antenas transmissoras (NT) na unidade transmissora ou de um número de antenas receptoras (NR) na unidade receptora, ou de várias antenas tanto na unidade transmissora quanto na unidade receptora. Em um sistema de comunicações terrestre (por exemplo, um sistema celular, um sistema de broadcast, um sistema MMDS e outros) , um sinal de RF modulado oriundo de uma unidade transmissora pode alcançar a unidade receptora por meio de um número de trajetória de transmissão. As características das trajetórias de transmissão variam tipicamente com o tempo com base em um número de fatores. Caso mais de uma antena transmissora ou receptora sejam empregadas, e caso as trajetórias de transmissão entre as antenas transmissoras e receptoras sejam independentes (isto é, não correlacionadas), o que é geralmente verdadeiro até pelo menos certo ponto, então a probabilidade de se receber corretamente o sinal transmitido aumenta à medida em que se aumenta o número de antenas. Geralmente, à medida em que o número de antenas transmissoras e receptoras aumenta, a diversidade aumenta e o desempenho melhora. A diversidade de antena é fornecida dinamicamente com base nas características do link de comunicações, de modo a se fornecer o desempenho requerido. Por exemplo, um grau mais elevado de diversidade de antena pode ser fornecido para alguns tipos de comunicação (por exemplo, sinalização), para alguns tipos de serviços (por exemplo, de voz), para algumas características do link de comunicações (por exemplo, baixa C/I), ou para algumas outras condições ou considerações.

Conforme empregado aqui, diversidade de antena inclui diversidade de transmissão e diversidade de recepção. Para diversidade de transmissão, os dados são transmitidos através de várias antenas transmissoras. Tipicamente, o processamento adicional é efetuado nos dados transmitidos das antenas transmissoras de modo a se alcançar a diversidade desejada. Por exemplo, os dados transmitidos de antenas transmissoras diferentes podem ser retardados ou reordenados no tempo, ou codificados e intercalados através das antenas transmissoras disponíveis. Além disto, a diversidade de freqüência e a temporal podem ser empregadas em conjunto com as diferentes antenas transmissoras. Para diversidade de recepção, sinais modulados são recebidos em várias antenas receptoras, e a diversidade é obtida pela simples recepção dos sinais vai diferentes trajetórias de transmissão.

De acordo com outro aspecto da invenção, a diversidade de freqüência pode ser obtida pelo emprego de um esquema de modulação por multi-portadoras. Um de tal esquema, que possui numerosas vantagens, é a OFDM. Com a modulação OFDM, o canal de transmissão total é essencialmente dividido em um número de (L) sub-canais que são empregados na transmissão dos mesmos dados ou de dados diferentes. 0 canal de transmissão total ocupa a largura de banda operacional total de W, e cada um dos sub-canais ocupa uma sub-banda que tem uma largura de banda de W/L e centralizada a uma freqüência central diferente. Cada sub-canal tem uma largura de banda que é uma parte da largura de banda operacional total. Cada um dos sub-canais pode ser também considerado um canal de transmissão de dados independente que pode ser associado com um esquema de processamento, codificação e modulação especifico (e possivelmente único), conforme descrito a seguir.

Os dados podem ser divididos e transmitidos através de qualquer conjunto definido de duas ou mais sub-bandas, para se fornecer diversidade de freqüência. Por exemplo, a transmissão para uma unidade de assinante especifica pode ocorrer através do sub-canal 1 no time slot 1, do sub-canal 5 no time slot 2, do sub-canal 2 no time slot 3 e assim por diante. Como outro exemplo, dados para uma unidade de assinante especifica podem ser transmitidos através dos sub-canais 1 e 2 no time slot 1 (por exemplo, com os mesmos dados sendo transmitidos em ambos os sub-canais) , dos sub-canais 4 e 6 no time slot 2, somente através do sub-canal 2 no time slot 3, e assim por diante. A transmissão de dados através de diferentes sub-canais ao longo do tempo pode aperfeiçoar o desempenho de um sistema de comunicações que experimenta desvanecimento seletivo em freqüência e distorção de canal. Outros benefícios da modulação OFDM estão descritos a seguir.

De acordo com ainda outro aspecto da invenção, a diversidade temporal é alcançada pela transmissão de dados em momentos diferentes, o que pode ser executado de forma mais fácil, por meio da multiplexação por divisão no tempo (TDM). Para serviços de dados (e possivelmente para serviços de voz), a transmissão de dados ocorre através de time slots que podem ser selecionados de modo a se obter imunidade à degradação dependente do tempo no link de comunicações. A diversidade temporal pode ser também obtida por meio de intercalação.

Por exemplo, a transmissão para uma unidade de assinante especifica pode ocorrer através dOs time slots de 1 a x, ou em um subconjunto dOs time slots possíveis de 1 a x (por exemplo, Os time slots 1, 5, 8 e assim por diante) . A quantidade de dados transmitidos em cada time slot pode ser variável ou fixa. A transmissão através de vários time slots faz aumentar a probabilidade de recepção correta de dados devido a, por exemplo, ruído e interferência de impulso. A combinação de diversidade de antena, de freqüência e temporal permite que o sistema de comunicações da invenção forneça um desempenho robusto. A diversidade de antena, de freqüência e/ou temporal faz aumentar a probabilidade de recepção correta de pelo menos alguns dos dados transmitidos, que podem ser então empregados (por exemplo, por meio da decodificação) para correção de alguns erros que possam ter ocorrido nas demais transmissões. A combinações de diversidade de antena, de freqüência e temporal permite também que o sistema de comunicações acomode concomitantemente diferentes tipos de serviços que têm exigências discrepantes de taxa de dados, de retardo de processamento e de qualidade de serviço. 0 sistema de comunicações da invenção pode ser projetado e operado em um número de modos de comunicações diferentes, com cada modo de comunicações empregando diversidade de antena, de freqüência ou temporal, ou uma combinação delas. Os modos de comunicações incluem, por exemplo, um modo de comunicações por diversidade e um modo de comunicações MIMO. Diversas combinações dos modos de comunicações por diversidade e MIMO podem ser também suportadas pelo sistema de comunicações. Além disto, outros modos de comunicações podem ser implementados e estão dentro do escopo da presente invenção. 0 modo de comunicações por diversidade emprega diversidade de transmissão e/ou recepção, de freqüência ou temporal, ou uma combinação delas, e é geralmente empregado para confiabilidade do link de comunicações. Em uma implementação do modo de comunicações por diversidade, a unidade transmissora seleciona um esquema de modulação e codificação (isto é, a configuração) a partir de um conjunto finito de configurações possíveis, que são conhecidas das unidades receptoras. Por exemplo, cada canal de overhead e comiam pode ser associado com uma configuração específica que é conhecida das unidades receptoras. Quando se emprega o modo de comunicações por diversidade para um usuário específico (por exemplo, para uma chamada de voz ou uma transmissão de dados) , o modo e/ou configuração podem ser conhecidos a priori (por exemplo, a partir de uma configuração prévia) ou negociados (por exemplo, via canal comiam) pela unidade receptora.

No modo de comunicações por diversidade, os dados são transmitidos em um ou mais sub-canais, a partir de uma ou mais antenas, e em um ou mais períodos de tempo. Os sub-canais alocados podem estar associados com a mesma antena, ou podem ser sub-canais associados com antenas diferentes. Em uma aplicação comum do modo de comunicações por diversidade, que é também denominado de modo de comunicações por diversidade "puro", os dados são transmitidos de todas as antenas transmissoras disponíveis para a unidade receptora de destino. O modo de comunicações por diversidade puro pode ser empregado em casos nos quais as exigências de taxa de dados são baixas ou quando a C/I é baixa, ou em ambos os casos. 0 modo de comunicações MIMO emprega diversidade de antena em ambas as extremidades do link de comunicações e é geralmente empregado tanto no aperfeiçoamento da confiabilidade quanto no aumento da capacidade do link de comunicações. O modo de comunicações MIMO pode empregar também diversidade de freqüência e/ou temporal em combinação com a diversidade de antena. O modo de comunicações MIMO, que pode ser também denominado aqui de modo de comunicações espacial, emprega um ou mais modos de processamento, a serem descritos a seguir. 0 modo de comunicações por diversidade tem geralmente eficiência espectral mais baixa que a do modo de comunicações MIMO, sobretudo a níveis de C/I elevados. No entanto, a valores de C/I de baixos a moderados, o modo de comunicações por diversidade alcança eficiência espectral comparável e pode ser mais simples e de implementar. Em geral, o uso do modo de comunicações MIMO fornece maior eficiência espectral quando empregado a valores de C/I de moderados a elevados. 0 modo de comunicações MIMO pode, assim, ser vantajosamente empregado quando as exigências de taxa de dados são de moderadas a elevadas. 0 sistema de comunicações pode ser projetado para suportar concomitantemente ambos os modos de comunicações, o por diversidade e o MIMO. Os modos de comunicações podem ser aplicados de diversas maneiras e, para se aumentar a flexibilidade, podem ser aplicados de maneira independente em uma base de sub-canal. 0 modo de comunicações MIMO é tipicamente aplicado a usuários específicos. Entretanto cada modo de comunicações pode ser aplicado em cada sub- canal de maneira independente, através de um subconjunto de sub-canais, através de todos os sub-canais, e em alguma outra base. Por exemplo, o emprego do modo de comunicações MIMO pode ser aplicado a um usuário especifico (por exemplo, um usuário de dados) e, concomitantemente, o emprego do modo de comunicações por diversidade pode ser aplicado a um outro usuário especifico (por exemplo, um usuário de voz) em um sub-canal diferente. 0 modo de comunicações por diversidade pode ser também aplicado, por exemplo, em sub-canais que experimentem perda de percurso maior. 0 sistema de comunicações da invenção pode ser também projetado para suportar um número de modos de processamento. Quando a unidade transmissora é dotada de informações indicativas das condições (isto é, o "estado") dos links de comunicações, um processamento adicional pode ser executado na unidade transmissora, de modo a se aperfeiçoar ainda mais o desempenho e aumentar a eficiência. Informações de estado do canal (CSI - Channel State Information) completas ou CSI parciais podem estar disponíveis para a unidade transmissora. As CSI completas incluem a caracterização suficiente da trajetória de propagação (isto é, amplitude e fase) entre todos os pares de antenas transmissoras e recepção para cada sub-banda. As CSI completas incluem também a C/I por sub-banda. As CSI completas podem ser incorporadas em um conjunto de matrizes de valores de ganho complexos que são descritivos das condições das trajetórias de transmissão das antenas transmissoras para as antenas receptoras, conforme descrito a seguir. As CSI parciais podem incluir, por exemplo, a C/I da sub-banda. Com CSI completas ou CSI parciais, a unidade transmissora pré-condiciona os dados antes da transmissão para a unidade receptora. A unidade transmissora pode pré-condicionar os sinais apresentados às antenas transmissoras de uma maneira que é singular de uma unidade receptora especifica (por exemplo, o pré-condicionamento é efetuado para cada sub-banda designada a tal unidade receptora). Contanto que o canal não se altere de maneira apreciável a partir do momento em que é avaliado pela unidade receptora e em seguida enviado de volta ao transmissor e empregado no pré-condicionamento da transmissão, a unidade receptora pretendida pode demodular a transmissão. Nesta implementação, uma comunicação MIMO baseada em CSI completas só pode ser demodulada pela unidade receptora associada com as CSI empregadas no pré-condicionamento dos sinais transmitidos.

Nos modos de processamento de CSI parciais CSI, a unidade transmissora pode empregar um esquema de modulação e codificação comum (por exemplo, em cada transmissão de canal de dados), que pode ser (na teoria) demodulado por todas as unidades receptoras. No modo de processamento de CSI parciais, uma única unidade receptora pode especificar a C/I, e a modulação empregada em todas as antenas pode ser selecionada conformemente (por exemplo, para transmissão segura) para tal unidade receptora. Outras unidades receptoras podem tentar demodular a transmissão e, caso elas tenham C/I adequada, podem ser capazes de recuperar, com sucesso, a transmissão. Um canal comum (por exemplo, de broadcast) pode empregar um modo de processamento sem CSI para alcançar a todos os usuários.

Como um exemplo, presuma-se que o modo de comunicações MIMO é aplicado a um fluxo de dados de canal que é transmitido em um sub-canal especifico a partir de quatro antenas transmissoras. 0 fluxo de dados de canal é demultiplexado em quatro sub-fluxos de dados, um sub-fluxo de dados para cada antena transmissora. Cada sub-fluxo de dados é, em seguida, modulado por meio de um esquema de modulação especifico (por exemplo, M-PSK, M-QAM, ou outro) selecionado com base nas CSI para tal sub-banda e para tal antena transmissora. Quatro sub-fluxos de modulação são assim gerados para os quatro sub-fluxos de dados, com cada sub-fluxo de modulação incluindo um fluxo de símbolos de modulação. Os quatro sub-fluxos de modulação são em seguida pré-condicionados por meio da matriz de vetor próprio, conforme expresso abaixo na equação (1), de modo a se gerarem símbolos de modulação pré-condicionados. Os quatro fluxos de símbolos de modulação pré-condicionados são respectivamente fornecidos aos quatro combinadores das quatro antenas transmissoras. Cada combinador combina os símbolos de modulação pré-condicionados recebidos com os símbolos de modulação para os demais sub-canais, de modo a se gerar um fluxo vetorial de símbolos de modulação para a antena transmissora associada. 0 processamento baseado em CSI completas é tipicamente empregado no modo de comunicações MIMO, no qual fluxos de dados paralelos são transmitidos a um usuário específico em cada um dos modos próprios de canal para cada um dos sub-canais alocados. Pode ser efetuado um processamento semelhante baseado em CSI completas, no qual a transmissão em apenas um subconjunto dos modos próprios disponíveis é acomodado em cada um dos sub-canais alocados (por exemplo, para se implementar a direção de feixes). Por causa do custo associado com o processamento de CSI completas (por exemplo, maior complexidade nas unidades transmissora e receptora, maior overhead para a transmissão das CSI da unidade receptora para a unidade transmissora, e assim por diante) , o processamento de CSI completas pode ser aplicado, em determinados casos, no modo de comunicações MIMO, no qual o aumento adicional no desempenho e na eficiência é justificado.

Nos casos em que as CSI completas não estejam disponíveis, informações menos descritivas sobre a trajetória de transmissão (ou CSI parciais) podem estar disponíveis e podem ser empregadas no pré-condicionamento dos dados antes da transmissão. Por exemplo, a C/I de cada um dos sub-canais pode estar disponivel. As informações de C/I podem ser então empregadas no controle da transmissão a partir de diversas antenas transmissoras, para se obter o desempenho exigido nos sub-canais de interesse e aumentar a capacidade do sistema.

Conforme empregado aqui, os modos de processamento baseados em CSI completas denotam modos de processamento que empregam CSI completas, e os modos de processamento baseados em CSI parciais denotam modos de processamento que empregam CSI parciais. Os modos de processamento baseados em CSI completas incluem, por exemplo, o modo MIMO de CSI completas que emprega processamento baseado em CSI completas no modo de comunicações MIMO. Os modos baseados em CSI parciais incluem, por exemplo, o modo MIMO de CSI parciais que emprega processamento baseado em CSI parciais no modo de comunicações MIMO.

Nos casos em que processamento de CSI completas ou CSI parciais é empregado para permitir que a unidade transmissora pré-condicione os dados por meio das informações de estado do canal disponíveis (por exemplo, os modos próprios ou a C/I), são exigidas informações de feedback oriundas da unidade receptora, que emprega uma parte da capacidade de link reverso. Portanto, há um custo relacionado com os modos de processamento baseados em CSI completas e em CSI parciais. 0 custo deve ser decomposto em fatores na escolha de qual modo de processamento empregar. 0 modo de processamento baseado em CSI parciais exige menos overhead e pode ser mais eficiente em alguns casos. 0 modo de processamento baseado sem CSI não exige overhead e pode ser também mais eficiente que o modo de processamento baseado em CSI totais ou o modo de processamento baseado em CSI parciais em algumas outras circunstâncias. A figura 2 é um diagrama que ilustra graficamente pelo menos alguns dos aspectos do sistema de comunicações da invenção. A figura 2 mostra um exemplo especifico de uma transmissão oriunda de uma das NT antenas transmissoras em uma unidade transmissora. Na figura 2, o eixo horizontal é o tempo e o eixo vertical é a freqüência. Neste exemplo, o canal de transmissão inclui 16 sub-canais e é empregado para transmitir uma seqüência de símbolos OFDM, com cada símbolo OFDM cobrindo todos os 16 sub-canais (um símbolo OFDM é indicado no topo da figura 2 e inclui todas as 16 sub-bandas). É ilustrada também uma estrutura TDM, na qual a transmissão de dados é dividida em time slots, com cada time slot possuindo, por exemplo, o comprimento de um símbolo de modulação (isto é, cada símbolo de modulação é empregado como o intervalo TDM).

Os sub-canais disponíveis podem ser empregados na transmissão de dados de sinalização, de voz e de tráfego, além de outros. No exemplo mostrado na figura 2, o símbolo de modulação no time slot 1 corresponde a dados piloto, que são periodicamente transmitidos para ajudar as unidades receptoras a sincronizarem e efetuarem a avaliação de canal. Outras técnicas para distribuir dados piloto ao longo do tempo e da freqüência podem ser também empregadas e estão dentro do escopo da presente invenção. Além disto, pode ser vantajoso empregar um esquema de modulação específico durante o intervalo piloto caso todos os sub-canais sejam empregados (por exemplo, um código PN com uma duração de chip de aproximadamente 1/W). A transmissão do símbolo de modulação piloto ocorre tipicamente a uma taxa de frame específica, que é usualmente selecionada de modo a ser rápida o bastante para permitir o rastreamento preciso de variações no link de comunicações.

Os time slots não empregados em transmissão piloto podem ser então empregados na transmissão de diversos tipos de dados. Por exemplo, os sub-canais 1 e 2 podem ser reservados para a transmissão de dados de controle e de broadcast às unidades receptoras. Os dados nestes sub-canais são geralmente destinados a ser recebidos por todas as unidades receptoras. Todavia, algumas das mensagens no canal de controle podem ser específicas do usuário, e podem ser codificadas conformemente.

Dados de voz e dados de tráfego podem ser transmitidos nos sub-canais restantes. Para o exemplo mostrado na figura 2, o sub-canal 3 nos time slots de 2 a 9 é empregado para a chamada de voz 1, o sub-canal 4 nos time slots de 2 a 9 é empregado para a chamada de voz 2, o sub-canal 5 nos time slots de 5 a 9 é empregado para a chamada de voz 3 e o sub-canal 6 nos time slots de 7 a 9 é empregado para a chamada de voz 5.

Os sub-canais e os time slots restantes disponíveis podem ser empregados em transmissões de dados de tráfego. No exemplo mostrado na figura 2, a transmissão de dados 1 emprega os sub-canais de 5 a 16 no time slot 2 e os sub-canais de 7 a 16 no time slot 7, a transmissão de dados 2 emprega os sub-canais de 5 a 16 nos time slots 3 e 4 e os sub-canais de 6 a 16 no time slot 5, a transmissão de dados 3 emprega os sub-canais de 6 a 16 no time slot 6, a transmissão de dados 4 emprega os sub-canais de 7 a 16 no time slot 8, a transmissão de dados 5 emprega os sub-canais de 7 a 11 no time slot 9 e a transmissão de dados 6 emprega os sub-canais de 12 a 16 no time slot 9. As transmissões dos dados de 1 a 6 podem representar transmissões de dados de tráfego para uma ou mais unidades receptoras. 0 sistema de comunicações da invenção suporta de maneira flexível as transmissões de dados de tráfego. Conforme mostrado na figura 2, uma transmissão de dados específica (por exemplo, dados 2) pode ocorrer através de vários sub-canais e/ou váriOs time slotss, e várias transmissões de dados (por exemplo, dados 5 e 6) podem ocorrer em um time slot. Uma transmissão de dados (por exemplo, dados 1) pode ocorrer também através de time slot não contíguo. 0 sistema pode ser também projetado para suportar várias transmissões de dados em um sub-canal. Por exemplo, dados de voz podem ser multiplexados com dados de tráfego e transmitidos em um único sub-canal. A multiplexação das transmissões de dados pode alterar-se potencialmente de símbolo OFDM para símbolo. Além do mais, o modo de comunicações pode ser diferente de usuário para usuário (por exemplo, de uma transmissão de voz ou de dados para outra) . Por exemplo, os usuários de voz podem empregar o modo de comunicações por diversidade, e os usuários de dados podem empregar o modo de comunicações MIMO. Este conceito pode ser estendido ao nível de sub-canais. Por exemplo, um usuário de dados pode empregar o modo de comunicações MIMO em sub-canais que tenham C/I suficiente e o modo de comunicações por diversidade nos sub-canais restantes. A diversidade de antena, freqüência e temporal pode ser respectivamente obtida pela transmissão de dados a partir de várias antenas, em vários sub-canais em diferentes sub-bandas, e através de váriOs time slotss. Por exemplo, a diversidade de antena para uma transmissão especifica (por exemplo, chamada de voz 1) pode ser alcançada pela transmissão de dados (voz) em um sub-canal especifico (por exemplo, sub-canal 1) através de duas ou mais antenas. A diversidade de freqüência para uma transmissão especifica (por exemplo, chamada de voz 1) pode ser obtida pela transmissão dos dados em dois ou mais sub-canais em diferentes sub-bandas (por exemplo, os sub-canais 1 e 2) . Uma combinação de diversidade de antena e de freqüência pode ser obtida pela transmissão de dados a partir de duas ou mais antenas e em dois ou mais sub-canais. A diversidade temporal pode ser obtida pela transmissão de dados através de váriOs time slots. Por exemplo, conforme mostrado na figura 2, a transmissão de dados 1 no time slot 7 é uma parte (nova ou repetida, por exemplo) da transmissão de dados 1 no time slot 2.

Os mesmos dados ou dados diferentes podem ser transmitidos a partir de várias antenas e/ou em várias sub-bandas, de modo a se obter a diversidade desejada. Por exemplo, os dados podem ser transmitidos em: (1) um sub- canal a partir de uma antena, (2) um sub-canal (por exemplo, sub-canal 1) a partir de várias antenas, (3) um sub-canal a partir de todas as NT antenas, (4) um conjunto de sub-canais (por exemplo, sub-canais 1 e 2) a partir de uma antena, (5) um conjunto de sub-canais a partir de várias antenas, (6) um conjunto de sub-canais a partir de todas as NT antenas, ou (7) um conjunto de canais a partir de um conjunto de antenas (por exemplo, sub-canal 1 a partir das antenas 1 e 2 em um time slot, os sub-canais 1 e 2 a partir de antena 2 em outro time slot e assim por diante). Deste modo, qualquer combinação de sub-canais e antenas pode ser empregada de modo a se fornecer diversidade de antena e de freqüência.

De acordo com determinadas modalidades da invenção que apresentam flexibilidade máxima e são capazes de alcançar alto desempenho e alta eficiência, cada sub-canal em cada time Slot para cada antena transmissora pode ser visto como uma unidade transmissora independente (isto é, um símbolo de modulação) que pode ser empregada na transmissão de qualquer tipo de dados, tais como dados piloto, de sinalização, de broadcast, de voz, de tráfego e outros, ou uma combinação deles (por exemplo, dados de voz e tráfego multiplexados). Em tal projeto, uma chamada de voz pode ser designada dinamicamente a diferentes sub-canais ao longo do tempo.

Flexibilidade, desempenho e eficiência são também obtidas proporcionando-se independência entre os símbolos de modulação, conforme descrito a seguir. Por exemplo, cada símbolo de modulação pode ser gerado a partir de um esquema de modulação (por exemplo, M-PSK, M-QAM e outros) que resulte no melhor uso do recurso nesses tempo, freqüência e espaço específicos.

Um número de restrições pode ser feito para simplificar o projeto e a implementação das unidades transmissoras e receptoras. Por exemplo, uma chamada de voz pode ser designada a um sub-canal específico pela duração da chamada, ou até o momento em que uma redesignação de sub-canal seja efetuada. Além disto, dados de sinalização e/ou de broadcast podem ser designados para alguns sub-canais fixos (por exemplo, sub-canal 1 para dados de controle e sub-canal 2 para dados de broadcast, conforme mostrado na figura 2), de modo que as unidades receptoras saibam, a priori, quais sub-canais demodular para receber os dados.

Além disso, cada canal ou sub-canal de transmissão de dados pode ser restringido a um esquema de modulação específico (por exemplo, M-PSK, M-QAM) pela duração da transmissão ou até o momento em que um novo esquema de modulação seja designado. Por exemplo, na figura 2, a chamada de voz 1 no sub-canal 3 pode empregar QPSK, a chamada de voz 2 no sub-canal 4 pode empregar 16-QAM, a transmissão de dados 1 no time slot 2 pode empregar 8-PSK, a transmissão de dados 2 nos time slots de 3 a 5 pode empregar 16-QAM, e assim por diante. 0 emprego da TDM proporciona maior flexibilidade na transmissão de dados de voz e dados de tráfego, e diversas designações de recursos podem ser consideradas. Por exemplo, a um usuário pode ser designado um sub-canal para cada time Slot ou, de maneira equivalente, quatro sub-canais cada quarto time slot, ou outras alocações. A TDM permite que dados sejam agregados e transmitidos em time slot(s) designados para se obter maior eficiência.

Caso a atividade de voz seja implementada no transmissor, em seguida nos intervalos nos quais não haja transmissão de voz, o transmissor pode designar outros usuários ao sub-canal, de modo que a eficiência de sub-canal seja maximizada. No caso de nenhum dado estar disponível para transmissão durante os períodos de voz inativos, o transmissor pode diminuir (ou desligar) a potência transmitida no sub-canal, reduzindo-se os níveis de interferência apresentados a outros usuários no sistema que estejam empregando o mesmo sub-canal em outra célula na rede. 0 mesmo recurso pode ser também estendido aos canais de overhead, de controle, de dados e outros. A alocação de uma pequena parte dos recursos disponíveis através de um período de tempo contínuo resulta tipicamente em retardos mais baixos, e pode ser melhor adequada para serviços sensíveis a retardo. Uma transmissão que emprega a TDM pode fornecer maior eficiência, ao custo de possíveis retardos adicionais. 0 sistema de comunicações da invenção pode alocar recursos para satisfazer as exigências dos usuários e alcançar alta eficiência e desempenho.

Avaliando e Relatando Informações sobre a Condição do Canal em um Sistema MIMO

Dada a complexidade de um sistema que emprega várias antenas transmissoras e várias antenas receptoras, com os efeitos de espalhamento de canal afins, a técnica de modulação preferida é a OFDM, que efetivamente decompõe o canal em um conjunto de canais ou sub-cana is de banda estreita não interferentes. Com o projeto de sinal OFDM adequado, um sinal transmitido em um sub-canal vê um "desvanecimento suave" (Fiat fading), isto é, a resposta do canal é efetivamente constante através da largura de banda do sub-canal. As informações de estado do canal, ou CSI, incluem uma caracterização suficiente da trajetória de propagação (isto é, amplitude e fase) entre todos os pares de antenas transmissoras e receptoras para cada sub-canal. As CSI incluem também as informações referentes aos níveis relativos de interferência e ruído em cada sub-canal, que são conhecidas como informações de a C/I. As CSI podem ser incluídas em um conjunto de matrizes de valores de ganho complexo que descrevem as condições das trajetórias de transmissão das antenas transmissoras para as antenas receptoras, conforme descrito a seguir. Com as CSI, a unidade transmissora pré-condiciona os dados antes da transmissão para a unidade receptora. 0 processamento das CSI está descrito de maneira resumida a seguir. Quando as CSI estão disponíveis na unidade transmissora, uma abordagem simples consiste em decompor o canal de múltiplas entradas/múltiplas saídas em um conjunto de canais independentes. Dada a função de transferência do canal nos transmissores, os vetores próprios esquerdos podem ser empregados na transmissão de diferentes fluxos de dados. 0 alfabeto de modulação empregado com cada vetor próprio é determinado pela C/I disponível desse modo, dada pelos valores próprios. Caso H seja a matriz NR x NT que dá a resposta de canal para os elementos de NT antenas transmissora e para os elementos de Nr antenas receptora em um momento específico, e x seja o vetor de entradas para o canal, então o sinal recebido pode ser expresso como: onde n é um vetor que representa ruído mais interferência. A decomposição de vetor próprio da matriz Hermitiana formada pelo produto da matriz de canal com sua transposta conjugada pode ser expressa como: onde o símbolo * denota transposta conjugada, E é a matriz de vetor próprio, e Ê é uma matriz diagonal de valores próprios, ambas de dimensão 0 transmissor converte um conjunto de NT símbolos de modulação, b, por meio da matriz de vetor próprio E. Os símbolos de modulação transmitidos das NT antenas transmissoras podem ser assim expressos: Para todas as antenas, o pré-condicionamento pode ser assim obtido por uma operação de multiplicação de matrizes expressa como: onde bi, b2, ... e bN são respectivamente os símbolos de modulação para um sub-canal específico nas antenas transmissoras 1,2. ..., NT, onde cada símbolo de modulação pode ser gerado por meio de, por exemplo, M-PSK, M-QAM e assim por diante, conforme descrito a seguir; E = é a matriz de vetor próprio relacionada com a perda de transmissão das antenas transmissoras para as antenas receptoras; e Xi, x2, ... são os símbolos de modulação pré- condicionados, que podem ser expressos como: Uma vez que H*H é Hermetiana, a matriz de vetor próprio é unitária. Deste modo, caso os elementos de b tenham potência igual, os elementos de x têm também potência igual. O sinal recebido pode então ser expresso como: 0 receptor executa uma operação de filtro casado com canal, seguida pela multiplicação pelos vetores próprios direitos. 0 resultado da operação de filtro casado com canal é o vetor z, que pode ser expresso como: onde o novo termo de ruído tem uma covariância que pode ser expressa como: isto é, os elementos de ruído são independentes, com a variância dada pelos valores próprios. A C/I da i-ésima componente de z é λι, a i-ésima componente diagonal de Ê. A unidade transmissora pode assim selecionar um alfabeto de modulação (isto é, uma constelação de sinais) para cada um dos vetores próprios com base na C/I que é dada pelo valor próprio. Contanto que as condições do canal não se alterem apreciavelmente no intervalo entre o momento em que as CSI são medidas no receptor e relatadas e empregadas no pré-condicionamento da transmissão no transmissor, o desempenho do sistema de comunicações será equivalente ao de um conjunto de canais AWGN independentes com C/Is conhecidas.

Tal sistema é ilustrado na figura 1B. Na etapa 141, a unidade transmissora 140 converte os dados em vários sub-canais de dados. Diferentes constelações QAM são empregadas, dependendo da SNR do modo e do sub-canal. Os dados para cada sub-canal são pré-condicionados pela matriz de modo próprio para tal sub-canal. Na etapa 142, os dados pré-condicionados para uma antena específica passam por uma operação de Transformada Rápida Inversa de Fourier (IFFT -Inverse Fast Fourier Transform) de modo a se produzir um sinal no domínio de tempo. Na etapa 143, uma extensão cíclica ou um prefixo cíclico é inserida ao sinal de domínio no tempo de modo a se manter a ortogonalidade entre os sub-canais OFDM na presença da dispersão temporal no canal de propagação. Um valor de símbolo estendido é gerado para cada sub-canal OFDM e será referido daqui por diante como um símbolo OFDM. Na etapa 144, os símbolos OFDM são transmitidos das várias antenas transmissoras. Várias antenas em uma unidade receptora 145 recebem sinais na etapa 146. Na etapa 147, os sinais recebidos passam por uma operação de Transformada Discreta de Fourier (DFT - Discrete Fourier Transform) de modo a se canalizarem os sinais recebidos. Na etapa 148, os dados oriundos de cada sub-canal através de todas as antenas receptoras são processados. Nesta etapa de processamento, as informações referentes às características do canal são extraídas dos dados e convertidas em um formato mais comprimido. Uma técnica de compressão é o emprego da resposta de canal conjugada e da matriz de modo próprio de modo a se reduzir a quantidade de informações necessárias para descrever as características do canal. Na etapa 149, uma mensagem que contém as informações de estado do canal comprimidas é transmitida da unidade receptora 145 para a unidade transmissora 140, que será então empregada no pré-condicionamento de outras transmissões.

Para se facilitar a derivação das CSI, a forma de onda de transmissão é constituída por símbolos piloto conhecidos para um preâmbulo inicial. As formas de onda piloto para diferentes antenas transmissoras compreendem conjuntos separados de sub-canais OFDM, conforme ilustrado para o caso em que Nt = 4 na figura 1C.

Com a modulação OFDM, o canal de propagação é dividido em L sub-canais paralelos. De modo a se determinarem as CSI rapidamente, é transmitido um preâmbulo inicial que consiste inteiramente em símbolos conhecidos. De modo a se distinguirem eficientemente as respostas de canal diferentes dos diferentes padrões de antena transmissora-receptora, aos sinais piloto são atribuídos subconjuntos separados de sub-canais. A figura 1C é um diagrama de uma estrutura piloto OFDM exemplar composta de subconjuntos de sub-canais separados. Um conjunto de sub-canais composto de sub-canais {0,1,2,..., 2n-l} é decomposto em quatro subconjuntos de sub-canais separados A = {0,4,8,..., 2n-4}, B = {1,5,9, .. .,2n-3}, C= (2,6,10,..., 2n-2} e D = (3,7,11,..., 2n-l}. O subconjunto de sub-canais A 150 é transmitido na antena transmissora Txl 151, o subconjunto de sub-canal B 152 é transmitido na antena transmissora Tx2 153, o subconjunto de sub-canal C 154 é transmitido na antena transmissora Tx3 155 e o subconjunto de sub-canal D 156 é transmitido na antena transmissora Tx4 157. Geralmente, cada antena transmissora transmite em cada n-ésimo sub-canal através do canal, de modo que todos os sub-canais sejam separados entre as antenas transmissoras. Símbolos piloto conhecidos podem ser transmitidos em todos os sub-canais em vim subconjunto de sub-canais. 0 afastamento mínimo entre os sub-canais empregados por uma antena transmissora específica é uma função dos parâmetros de canal. Caso a resposta do canal tenha um espalhamento por retardo grande, então um afastamento apertado pode ser necessário. Caso o número de antenas seja grande o bastante para que o afastamento exigido não seja obtido para todos os usuários com um único símbolo OFDM, então um número de símbolos OFDM consecutivos pode ser empregado, com cada antena designada a um subconjunto separado de sub-canais em um ou mais dos vários símbolos piloto. A partir de cada antena transmissora em uma unidade transmissora, a unidade receptora recebe símbolos piloto em sub-canais separados e faz determinações quanto às características do canal dos sub-canais separados. Conforme abordado anteriormente, a unidade receptora pode ter uma ou mais antenas receptoras. Suponha-se que x = {xi, i = 1, . .., K} são os valores de símbolo piloto que serão transmitidos em K sub-canais piloto para uma única antena transmissora. A unidade receptora receberá os valores yij = hijXi + nij, em que hij é a resposta de canal complexa para o i-ésimo sub-canal piloto recebido na j-ésima antena receptora e nij é o ruído. A partir desta relação, a unidade receptora pode determinar estimativas de ruído da resposta do canal de K sub-canais de uma única antena transmissora. Estas estimativas de ruído podem ser empregadas para obter avaliações para todos os sub-canais do canal de propagação através de um número de métodos diferentes, tal como, simples interpolação para uma avaliação mais complexa por meio de informações a priori sobre a dispersão de canal e nível de ruído. As avaliações podem ser aperfeiçoadas pela transmissão de símbolos piloto através de símbolos OFDM consecutivos e em seguida pela média das avaliações para cada símbolo OFDM consecutivo.

As avaliações são geradas em cada antena receptora para cada antena transmissora que difunde símbolos piloto. As CSI para o canal de propagação completo podem ser representadas pelo conjunto de matrizes de resposta de canal {Hi, i = 1,2, ..., 2n}, onde a matriz Hi está associada com o i-ésimo sub-canal, e os elementos de cada matriz Hi são {hijlc, j = 1, ..., Nr, k = 1, ..., Nt}, os valores de resposta de canal complexos para cada uma das Nt antenas transmissoras e Nr antenas receptoras. 0 emprego de subconjuntos de sub-canais separados pode ser também aplicado em um sistema no qual vários links, por exemplo, um canal de propagação de uma unidade transmissora para uma ou mais unidades receptoras, são localizados em proximidade íntima. Em um sistema no qual uma estação base transmite sinais de acordo com setores, a área de transmissão de um setor pode sobrepor-se à área de transmissão de outro setor. Em uma estação base ideal, as antenas transmissoras em cada setor transmitem sinais em uma direção que é completamente separada das direções designadas às antenas transmissoras dos demais setores. Infelizmente, áreas sobrepostas existem na maioria das estações base setorizadas. Com o emprego desta modalidade da invenção, todas as antenas transmissoras de uma estação base são designadas a subconjuntos separados de sub-canais, de modo a se evitar a interferência entre os setores de tal estação base. De modo semelhante, estações base vizinhas podem ser também a causa de interferência significativa, e conjuntos separados de sub-canais podem ser designados entre as estações base.

Em geral, a computação da resposta de canal pode ser feita para todo link ao qual é atribuído um subconjunto separado de sub-canais, da mesma maneira pela qual a resposta é computada para o link principal. No entanto, uma quantidade reduzida de CSI oriundas destes links interferentes (interferidores) pode ser relatada à unidade transmissora. Por exemplo, informações referentes ao nível de interferência total médio de links vizinhos podem ser transmitidas e empregadas para se determinar a taxa de dados suportável do link principal. Caso vários links interferentes dominem o nível de interferência total médio, então as informações sobre interferência destes links podem ser relatadas individualmente ao sistema de modo a se determinar um agrupamento mais eficiente de sub-canais em cada subconjunto de sub-canais separados.

Outras informações CSI que podem ser transmitidas à unidade transmissora referem-se à potência medida total em sub-canais não designados ao link principal. A potência medida total dos sub-canais designados a links vizinhos dá uma estimativa da potência de interferência mais ruído total. Caso vários símbolos OFDM sejam empregados como o símbolo piloto, então a resposta de canal avaliada média e os valores reais do sinal recebido podem ser empregados para se fazer uma avaliação direta do ruído total em um dado sub-canal.

Em geral, a designação de sub-canais para uma rede de estações de base deve seguir um padrão de "reuso de freqüência", em que os mesmos sub-canais são empregados somente quando os links estão suficientemente separados pela distância. Caso um número grande de links estejam interferindo uns com os outros, então o número de sub-canais OFDM pode ser inadequado para se permitir a designação de sub-canais para todo símbolo OFDM piloto. Nesta circunstância, as antenas transmissoras podem ser designadas sub-canais para todo P-ésimo símbolo piloto, onde P é um valor de número inteiro maior que um (1).

Em outra modalidade da invenção, o esquema OFDM é projetado para criar valores de símbolo OFDM que minimizem ou eliminem a interferência entre as antenas transmissoras que empregam ou sub-canais idênticos ou sub-canais separados. Um código ortogonal, tal como codificação Walsh, pode ser empregado para transformar sinais piloto Q em Q sinais ortogonais representativos dos sinais piloto. No caso de um código Walsh ser empregado, o número de sinais piloto seria uma potência de dois. 0 uso de códigos ortogonais pode ser empregado juntamente com os subconjuntos de sub-canais separados abordados anteriormente, de modo a se reduzir a interferência de links vizinhos. Por exemplo, em um sistema MIMO de 4x4 com uma largura de banda de sistema de aproximadamente 1 MHz, presuma-se que 256 sub-canais OFDM serão empregados. Caso o multipercurso seja limitado a dez microssegundos, os sub- canais separados que portam símbolos piloto devem ficar afastados aproximadamente 50 kHz, ou mais próximos, entre si. Cada sub-canal é de aproximadamente 4 kHz de largura, de modo que um afastamento de doze sub-canais seja de 48 kHz de largura. Caso os sub-canais OFDM sejam divididos em doze conjuntos de vinte sub-canais cada um, dezesseis são deixados não utilizados. Dois símbolos OFDM consecutivos são empregados como um sinal piloto, e uma codificação ortogonal é empregada nestes dois símbolos. Então existem vinte e quatro designações piloto ortogonais diferentes. Estes sinais piloto ortogonais são designados diferentes a antenas transmissoras e links diferentes de modo a se minimizar ao mínimo a interferência.

Em outra modalidade da invenção, um grande número de símbolos OFDM periódicos podem ser empregados como dados piloto. 0 número de símbolos OFDM deve ser grande o bastante para que possam ser feitas medições precisas dos níveis de interferência de um grande número de diferentes antenas transmissoras. Estes níveis de interferência médios seriam empregados para estabelecer restrições com abrangência de sistema em transmissões simultâneas a partir de diversas estações, isto é, um esquema de supressão adaptativa para permitir a todos os usuários um desempenho quase equivalente.

Em uma modalidade alternativa da invenção, as CSI de um canal de propagação MIMO podem ser determinadas e transmitidas para um sistema MIMO que não utilize símbolos OFDM como sinais piloto. Ao invés, uma seqüência de Registrador de Deslocamentos de Comprimento Máximo (seqüência m) pode ser empregada para fazer soar o canal de propagação. Uma seqüência m é a saída de um registrador de deslocamentos com realimentação (feedback). As seqüências m têm propriedades de auto-correlação desejáveis, inclusive a propriedade de que a correlação através de um período completo da seqüência com qualquer deslocamento circular não zero da seqüência leva à obtenção do valor -í, em que os valores da seqüência são + / -1. Então a correlação ao deslocamento zero é R, em que R é o comprimento da seqüência. De modo a se manterem propriedades desejáveis, tais como correlação na presença de multipercurso, uma parte da seqüência igual ao espalhamento por retardo do canal deve ser repetida.

Por exemplo, sabe-se que o multipercurso de canal é limitado a algum tempo xm e o comprimento da seqüência piloto é pelo menos Rxm, então R deslocamentos diferentes da mesma seqüência m podem ser empregados com interferência mútua mínima apenas. Estes R deslocamentos diferentes são designados a diferentes antenas transmissoras de uma estação base e a outras estações base que são a causa da interferência principal.

Aos links no sistema MIMO que são separados pela distância podem ser designadas diferentes seqüências m. As propriedades de correlação cruzada das diferentes seqüências m não apresentam as propriedades de correlação mínima de uma única seqüência e seus deslocamentos, mas diferentes seqüências m se comportam mais ou menos como seqüências aleatórias e fornecem um nível de correlação médio de onde R é o comprimento da seqüência. Este nível de correlação médio é geralmente adequado para uso em um sistema MIMO, por causa da separação entre os links.

Um registrador de deslocamentos com realimentação gera todas as seqüências m possíveis, de modo que as seqüências sejam meramente versões deslocadas de uma única palavra de código de comprimento onde m é um valor inteiro positivo. Consequentemente, existe um número limitado de diferentes seqüências m binárias. De modo a se evitar a reutilização da mesma seqüência m em uma área onde pode ocorrer interferência significativa, podem ser empregadas versões filtradas de seqüências m mais longas. Uma versão filtrada de uma seqüência m já não é mais binária, mas ainda assim apresentará as mesmas propriedades de correlação básicas.

Por exemplo, suponha-se que a seqüência piloto venha a ser transmitida a uma taxa de 1 MHz, e que o multipercurso seja limitado a dez microssegundos. Presuma-se que uma estação base tenha três setores, em que quatro antenas transmissoras são designadas a cada setor para um total de doze antenas transmissoras por estação. Como uma seqüência m de comprimento 127 seja empregada, então doze deslocamentos diferentes da seqüência podem ser designados às antenas de uma única estação base, com deslocamentos relativos de dez amostras cada. O comprimento total do sinal piloto transmitido é então de 137 microssegundos, que é um período completo da seqüência mais dez amostras adicionais para se acomodar o espalhamento de multipercurso. Então, a diferentes estações base podem ser designadas diferentes seqüências m, com seqüências m repetidas em um padrão de reuso de código destinado a minimizar os efeitos da interferência da mesma seqüência m.

As modalidades da invenção abordadas aqui foram direcionadas ao projeto e à transmissão de sinais piloto que permitirão a um especialista na técnica obter características do canal de propagação e relatar tais características à estação transmissora. No entanto, as CSI completas são uma grande quantidade de informações e também altamente redundante. Existem muitos métodos disponíveis para comprimir a quantidade de informações CSI a serem transmitidas. Um método abordado anteriormente é o emprego da matriz Hermitiana H*H, em que H é a resposta de canal conforme determinada na unidade receptora- A matriz Hermitiana H*H pode ser relatada à unidade transmissora e empregada no pré-condicionamento de transmissões- Devido às propriedades das matrizes Hermitianas, só metade dos elementos da matriz precisa ser transmitida, tal como a parte triangular inferior complexa da matriz H*H e a diagonal com valor real. Eficiências adicionais são obtidas caso o número de antenas receptoras seja maior que o número de antenas transmissoras. Outro método para reduzir a quantidade de informações transmitidas à unidade transmissora no link recurso consiste em relatar apenas um subconjunto das matrizes de resposta de canal Hi à unidade transmissora, a partir da qual as matrizes de resposta de canal não relatadas podem ser determinadas por meio de esquemas de interpolação. Em outro método, uma representação funcional da resposta de canal através dos sub-canais pode ser obtida para cada par de antenas transmissoras/receptoras, podendo ser gerada, por exemplo, iima função polinomial representativa da resposta de canal. Os coeficientes da função polinomial são, então, transmitidos à unidade transmissora.

Como uma alternativa a estes métodos para comprimir informações CSI, uma modalidade da invenção é direcionada a transmissão de uma representação, no domínio de tempo, da resposta de canal, que é a resposta impulso do canal. Caso uma representação, no domínio de tempo, da resposta de canal seja simples, como nos casos em que só há dois ou três componentes de multipercurso, uma FFT inversa pode ser efetuada no conjunto de respostas de freqüência do canal. Esta operação FFT inversa pode ser executada para cada link entre um par de antenas transmissoras/receptoras. As respostas impulso de canal resultantes são em seguida traduzidas em um conjunto de amplitudes e retardos que são relatados ao transmissor.

Conforme abordado anteriormente, há um custo relacionado com a transmissão de CSI no link reverso, que é reduzido quando as modalidades acima da invenção são implementadas no sistema MIMO. Outro método para reduzir o custo consiste em selecionar os usuários de acordo com a média de curto prazo de suas exigências de CSI. As exigências de CSI se alteram à medida em que o canal se desvanece, de modo que a eficiência aperfeiçoada no link reverso é obtida caso os usuários estimem a quantidade de CSI exigida, e informem a estação base em intervalos que podem ser periódicos ou aperiódicos, dependendo da taxa de alteração do canal de propagação observada pelo usuário. A estação base pode então incluir este fator ao programar o uso dos links de emissão e reverso. A programação pode ser feita de modo que os usuários associados com canais de propagação que se alteram lentamente relatem com menos freqüência que os usuários associados com canais de propagação que se alteram rapidamente. A estação base pode também fazer a programação de modo a levar em conta fatores tais como o número de usuários do sistema e equidade.

Sob outro aspecto desta modalidade da invenção, um intervalo de tempo pode ser designado de modo que as atualizações das CSI em um período de transmissão longo possam ser ajustadas de acordo com as alterações efetivas no canal de propagação. As alterações no canal de propagação podem ser monitoradas na estação receptora de uma dentre um número de maneiras possíveis. Por exemplo, a diferença entre a decisão suave (soft decision) nos símbolos e o valor da constelação QAM mais próximo pode ser determinada e usada como um critério, ou os tamanhos relativos das medidas (metrics) de decodificador podem ser também usados. Quando a qualidade de um dado critério cai abaixo de um limiar predeterminado, uma atualização nas CSI é relatada à unidade transmissora. 0 perfil de potência-retardo total do multipercurso de um link altera-se muito lentamente, uma vez que a potência média observada a vários retardos permanece constante, embora o desvanecimento de canal possa ocorrer com freqüência. Consequentemente, a quantidade de CSI exigida para se caracterizar um link pode variar substancialmente de link para link. De modo a se otimizar o desempenho, a codificação das CSI é feita sob medida para as exigências de link especificas. Caso as CSI sejam enviadas na forma do domínio de freqüência, isto é, um conjunto de matrizes de resposta de canal que serão interpoladas, então links com pouco multipercurso exigirão apenas um pequeno conjunto de matrizes de resposta de canal.

Componentes Estruturais de um Sistema de comunicações de Àlta Eficiência e Alto Desempenho A figura 3 é um diagrama de blocos de um processador de dados 112, e de um modulador, 114, do sistema 110 mostrado na figura 1 A . O fluxo de dados de entrada agregado, que inclui todos os dados a serem transmitidos pelo sistema 110, é fornecido para um demultiplexador (DEMUX), 310, dentro do processador de dados 112. O demultiplexador 310 demultiplexa o fluxo de dados de entrada em um número de (K) fluxos de dados de canal, de Si a S*. Cada fluxo de dados de canal pode corresponder a, por exemplo, um canal de sinalização, um canal de broadcast, uma chamada de voz ou uma transmissão de dados de tráfego. Cada fluxo de dados de canal é fornecido para um respectivo codificador 312, que codifica os dados por meio de um esquema de codificação específico. A codificação pode incluir codificação por correção de erros ou codificação por detecção de erros, ou ambas, empregadas para aumentar a confiabilidade do link. Mais especificamente, tal codificação pode incluir, por exemplo, intercalação, codificação trancadas, codificação Turbo, codificação em treliças, codificação em blocos (por exemplo, codificação de Reed-Solomon), codificação por verificação de redundância cíclica (CRC - Cyclic Redundancy Check), e outras. A codificação Turbo está descrita mais detalhadamente no pedido de patente norte-americano No. de série 09/205 511, depositado em 4 de dezembro de 1998, intitulado "Turbo Code Interleaver Using Linear Congruential Sequences" e em um documento intitulado "The cdma2000 ITU-R RTT Candidate Submission", daqui por diante referido como padrão IS-2000, ambos estão incorporados aqui por referência. A codificação pode ser efetuada em uma base por canal, isto é, em cada fluxo de dados de canal, conforme mostrado na figura 3. Todavia, a codificação pode ser também efetuada no fluxo de dados de entrada agregado, em um número de fluxos de dados de canal, em uma parte de um fluxo de dados de canal, através de um conjunto de antenas, através de um conjunto de sub-canais através de um conjunto de sub-canais e antenas, através de cada sub-canal, em cada símbolo de modulação, ou em alguma outra unidade de tempo, espaço e freqüência. Os dados codificados oriundos dos codificadores de 312a a 312k são em seguida fornecidos a um processador de dados, 320, que processa os dados de modo a se gerarem símbolos de modulação.

Em uma implementação, o processador de dados 320 designa cada fluxo de dados de canal a um ou mais sub-canais, em um ou mais time slots e em uma ou mais antenas. Por exemplo, para um fluxo de dados de canal que corresponde a uma chamada de voz, o processador de dados 320 pode designar um sub-canal em uma antena (caso a diversidade de transmissão não seja usada) ou várias antenas (caso a diversidade de transmissão seja usada) para quantos time slots forem necessários para tal chamada. Para um fluxo de dados de canal que corresponde a um canal de sinalização ou de broadcast, o processador de dados 320 pode designar o(s) sub-canal(ais) especificado(s) em uma ou mais antenas, mais uma vez dependendo de a diversidade de transmissão ser ou não empregada. O processador de dados 320 em seguida designa os recursos disponíveis restantes para fluxos de dados de canal que correspondem a transmissões de dados. Por causa da natureza em rajadas das transmissões da dados e da maior tolerância a retardos, o processador de dados 320 pode designar os recursos disponíveis de modo que os objetivos de alto desempenho e alta eficiência do sistema sejam atingidos. As transmissões de dados são assim "programadas" de modo a se atingirem os objetivos do sistema.

Após a designação de cada fluxo de dados de canal ao(s) seu(s) respectivo(s) time slot(s), sub-canal(ais) e antena(s), os dados no fluxo de dados de canal são modulados por meio da modulação por multi-portadoras. A modulação OFDM é empregada de modo a fornecer várias vantagens. Em uma implementação da modulação OFDM, os dados em cada fluxo de dados de canal são agrupados em blocos, com cada bloco possuindo um número específico de bits de dados. Os bits de dados, em cada bloco, são então designados a um ou mais sub-canais associados com esse fluxo de dados de canal.

Os bits em cada bloco são em seguida demultiplexados em sub-canais distintos, com cada um dos sub-canais transmitindo um número potencialmente diferente de bits (isto é, com base na C/I do sub-canal e em ser o processamento MIMO empregado ou não) . Para cada um destes sub-canais, os bits são agrupados em símbolos de modulação por meio de um esquema de modulação específico (por exemplo, M-PSK ou M-QAM) associado com esse sub-canal. Por exemplo, com 16-QAM, a constelação de sinais é composta de 16 pontos em um plano complexo (isto é, a + j*b), com cada ponto no plano complexo transmitindo 4 bits de informação. No modo de processamento MIMO, cada símbolo de modulação no sub-canal representa uma combinação linear de símbolos de modulação, cada um dos quais pode ser selecionado a partir de uma constelação diferente. A reunião de L símbolos de modulação forma um vetor de símbolo de modulação V de dimensionalidade L. Cada elemento do vetor de símbolo de modulação V está associado com um sub-canal específico que tem uma freqüência ou tom singular, no qual os símbolos de modulação são transmitidos. A reunião destes L símbolos de modulação são todos ortogonais um com relação aos outros. Em cada time slot e para cada antena, os L símbolos de modulação correspondentes L aos sub-canais são combinados em um símbolo OFDM por meio de uma transformada rápida inversa de Fourier (IFFT). Cada símbolo OFDM inclui dados designados dos fluxos de dados de canal atribuídos aos L sub-canais. A modulação OFDM está descrita mais detalhadamente em um trabalho intitulado "Multicarrier Modulation for Data Transmission: An Idea Whose Time Has Come", da autoria de John A.C. Bingham, IEEE Communications Magazine, maio de 1990, o qual aqui por referência. O processador de dados 320 recebe e processa, assim, os dados codificados que correspondem aos fluxos de dados de canal, de modo a se obterem NT vetores de símbolo de modulação, de Vi a VNT, um vetor de símbolo de modulação para cada antena transmissora. Em algumas implementações, alguns dos vetores de símbolo de modulação podem ter informações duplicadas sobre sub-canais específicos destinados para diferentes antenas transmissoras. Os vetores de símbolo de modulação de Vi a VNT são fornecidos para os moduladores de 114a a 114t, respectivamente.

Na figura 3, cada modulador 114 inclui uma IFFT, 330, o gerador de prefixos cíclicos 332 e um upconverter (conversor para transmissão) 334. A IFFT 330 converte os vetores de símbolos de modulação recebidos em suas representações no dominio de tempo chamadas símbolos OFDM. A IFFT 330 pode ser projetada de modo a efetuar a IFFT em qualquer número de sub-canais (por exemplo, 8, 16, 32 e assim por diante) . Alternativamente, para cada vetor de símbolo de modulação convertido em um símbolo OFDM, o gerador de prefixos cíclicos 332 repete uma parte da representação no domínio de tempo do símbolo OFDM, de modo a se formar o símbolo de transmissão para a antena específica. O prefixo cíclico assegura que o símbolo de transmissão retenha suas propriedades ortogonais na presença de espalhamento por retardo multipercurso, deste modo aperfeiçoando-se o desempenho contra os efeitos deletérios de percurso, conforme descrito a seguir. A implementação da IFFT 330 e do gerador de prefixos cíclicos 332 é conhecida na técnica e não é descrita detalhadamente aqui.

As representações de domínio de tempo oriundas de cada gerador de prefixo cíclico 332 (isto é, os símbolos de transmissão para cada antena) são em seguida processadas pelo upconverter 332, convertidas em um sinal analógico, moduladas até uma freqüência RF e condicionadas (por exemplo, amplificadas e filtradas) de modo a se gerar um sinal de RF modulado que é então transmitido da respectiva antena 116. A figura 3 mostra também um diagrama de blocos de um processador de dados, 320. Os dados codificados para cada fluxo de dados de canal (isto é, o fluxo de dados codificados X) são fornecidos para um respectivo processador de dados de canal 332. Caso o fluxo de dados de canal seja para ser transmitido através de vários sub-canais e/ou várias antenas (sem duplicação em pelo menos algumas das transmissões), o processador de dados de canal 332 demultiplexa o fluxo de dados de canal em um número de sub-fluxos de dados. Cada sub-fluxo de dados corresponde a uma transmissão em um sub-canal especifico em uma antena especifica. Em implementações típicas, o número de sub-fluxos de dados é menor que uma vez que alguns dos sub-canais são empregados para dados de sinalização, de voz e outros tipos de dados. Os sub-fluxos de dados são em seguida processados de modo a se gerarem sub-fluxos correspondentes para cada um dos sub-canais designados, que são então fornecidos para os combinadores 334. Os combinadores 334 combinam os símbolos de modulação designados para cada antena em vetores de símbolos de modulação que são então apresentados como um fluxo vetorial de símbolo de modulação. Os NT fluxos vetoriais de símbolo de modulação para NT as antenas são em seguida fornecidos para os blocos de processamento subsequentes (isto é, os moduladores 114) .

Em um formato que apresente a máxima flexibilidade, o melhor desempenho e a mais alta eficiência, o símbolo de modulação a ser transmitido em cada time slot, em cada sub-canal, pode ser selecionado de maneira individual e independente. Esta característica proporciona o melhor emprego dos recursos disponíveis através de três dimensões - tempo, freqüência e espaço. O número de bits de dados transmitidos por cada símbolo de modulação pode assim diferir. A figura 4 A é um diagrama de blocos de um processador de dados de canal 400, que pode ser empregado no processamento de um fluxo de dados de canal. O processador de dados de canal 400 pode ser empregado na implementação de um processador de dados de canal 332, da figura 3. A transmissão de um fluxo de dados de canal pode ocorrer em vários sub-canais (por exemplo, no que se refere aos dados 1 na figura 2) e pode ocorrer também a partir de várias antenas. A transmissão em cada sub-canal e a partir de cada antena pode representar dados não duplicados.

Dentro do processador de dados de canal 400, um demultiplexador 420 recebe e demultiplexa o fluxo de dados codificados, Xi, em número de fluxos de dados de sub-canal, de Xi,i a Xi,M, um fluxo de dados de sub-canal para cada sub-canal sendo usado para transmitir dados. A demultiplexação de dados pode ser uniforme ou não uniforme. Por exemplo, caso algumas informações sobre as trajetórias de transmissão sejam conhecidas (isto é, CSI completas ou CSI parciais sejam conhecidas), o demultiplexador 420 pode direcionar mais bits de dados para os sub-canais capazes de transmitir mais bps/Hz. No entanto, caso nenhuma CSI seja conhecida, o demultiplexador 420 pode direcionar de modo uniforme, aproximadamente, números iguais de bits para cada um dos sub-canais alocados.

Cada fluxo de dados de sub-canal é então fornecido para um respectivo processador de divisões espaciais, 430. Cada processador de divisão espacial 430 pode também demultiplexar o fluxo de dados de sub-canal recebido em número de (até NT) sub-fluxos de dados, um sub-fluxo de dados para cada antena empregada na transmissão de dados. Deste modo, após o demultiplexador 420 e do processador de divisão espacial 430, o fluxo de dados codificado Xi pode ser demultiplexado em até L*NT sub-fluxos de dados a serem transmitidos em até L sub-canais a partir de até NT antenas.

Em qualquer time slot especifico, até NT símbolos de modulação podem ser gerados por cada processador de divisão espacial 430 e fornecido para NT combinadores, de 400a a 440t. Por exemplo, o processador de divisão espacial 430a designado ao sub-canal 1 pode gerar até NT símbolos de modulação para o sub-canal 1 das antenas de 1 a NT. De modo semelhante, o processador de divisão espacial 430k designado ao sub-canal k pode gerar até NT símbolos para o sub-canal k das antenas de 1 a NT. Cada combinador 440 recebe os símbolos de modulação para os L sub-canais, combina os símbolos para cada time slot em um vetor de símbolo de modulação, e fornece os vetores de símbolo de modulação como um fluxo vetorial de símbolo de modulação, V, para o estágio de processamento seguinte (por exemplo, o modulador 114). O processador de dados de canal 400 pode ser também projetado para fornecer o necessário processamento de modo a implementar os modos de processamento de CSI completas ou CSI parciais descritos acima. O processamento de CSI pode ser executado com base nas informações de CSI disponíveis e em selecionados fluxos de dados de canal, sub-canais, antenas, etc. O processamento de CSI pode ser também ativado e desativado de maneira seletiva e dinâmica. Por exemplo, o processamento de CSI pode ser ativado para uma transmissão específica e desativado para algumas outras transmissões. O processamento de CSI pode ser ativado em determinadas condições, por exemplo, quando o link de transmissão tiver C/I adequada. 0 processador de dados de canal 400 figura 4A apresenta um alto nível de flexibilidade. Todavia, tal flexibilidade não é tipicamente necessária para todos os fluxos de dados de canal. Por exemplo, os dados para uma chamada de voz são tipicamente transmitidos através de um sub-canal pela duração da chamada, ou até o momento em que o sub-canal seja redesignado. 0 projeto do processador de dados de canal pode ser consideravelmente simplificado para estes fluxos de dados de canal. A figura 4B é um diagrama de blocos do processamento que pode ser empregado para um fluxo de dados de canal, tal como dados de overhead, de sinalização, de voz ou de tráfego. Um processador de divisão espacial 450, pode ser empregado para implementar um processador de dados de canal 332, na figura 3 e pode ser empregado para suportar um fluxo de dados de canal tal como, uma chamada de voz. Uma chamada de voz é tipicamente designada a um sub-canal para vários time slots (por exemplo, voz 1 na figura 2) e pode ser transmitida de várias antenas. O fluxo de dados codificados, Xj, é fornecido ao processador de divisão espacial 450, que agrupa os dados em blocos, com cada bloco possuindo um número específico de bits que são usados para gerar um símbolo de modulação. Os símbolos de modulação oriundos do processador de divisão espacial 450 são em seguida fornecidos a um ou mais combinadores 440 associados com a ou as antenas empregadas na transmissão do fluxo de dados de canal.

Uma implementação específica de uma unidade transmissora capaz de gerar o sinal de transmissão na figura 2 é agora descrita para se ter um melhor entendimento da invenção. No time slot 2 da figura 2, dados de controle são transmitidos no sub-canal 1, dados de broadcast são transmitidos no sub-canal 2, chamadas de voz 1 e 2 são designadas aos sub-canais 3 e 4, respectivamente, e dados de tráfego são transmitidos nos sub-canais de 5 a 16. Neste exemplo, presume-se que a unidade transmissora inclui quatro antenas transmissoras (isto é, NT = 4), e quatro sinais de transmissão (isto é, quatro sinais de RF modulados) são gerados para as quatro antenas. A figura 5A é um diagrama de blocos de uma parte das unidades de processamento que pode ser usada para gerar o sinal de transmissão para time slot 2 da figura 2. 0 fluxo de dados de entrada é fornecido a um demultiplexador (DEMUX) 510, que demultiplexa o fluxo em cinco fluxos de dados de canal, de Si a S5, correspondentes a controle, broadcast, voz 1, voz 2 e dados 1 na figura 2. Cada fluxo de dados de canal é fornecido a um respectivo codificador 512, que codifica os dados por meio de um esquema de codificação selecionado para tal fluxo.

Neste exemplo, os fluxos de dados de canal de Si a S3 são transmitidos usando-se diversidade de transmissão. Deste modo, cada um dos fluxos de dados codificados de Xi a X3 é fornecido a um respectivo processador de dados de canal, 532, que gera os símbolos de modulação para tal fluxo. Os símbolos de modulação oriundos de cada um dos processadores de dados de canal de 532a a 532c são então fornecidos a todos os quatro combinadores, de 540a a 54Od. Cada combinador 540 recebe os símbolos de modulação para todos os 16 sub-canais designados para a antena associada com o combinador, combina os símbolos em cada sub-canal em cada time slot de modo a se gerar um vetor de símbolo de modulação, V, para um modulador, 114, associado. Conforme indicado na figura 5A , o fluxo de dados de canal Si é transmitido no sub-canal 1 a partir de todas as quatro antenas, o fluxo de dados de canal S2 é transmitido no sub-canal 2 a partir de todas as quatro antenas e o fluxo de dados de canal S3 é transmitido no sub-canal 3 a partir de todas as quatro antenas. A figura 5B é um diagrama de blocos de uma parte das unidades de processamento usada no processamento dos dados codificados para o fluxo de dados de canal S4 Neste exemplo, o fluxo de dados de canal S4 é transmitido usando-se diversidade espacial (e não a diversidade de transmissão conforme usada para os fluxos de dados de canal de Si a S3). Com a diversidade espacial, os dados são demultiplexados e transmitidos (concomitantemente em cada um dos sub-canais designados ou através de diferentes time slot) através de várias antenas. 0 fluxo de dados codificados X4 é fornecido para um processador de dados de canal 532d, que gera os símbolos de modulação para tal fluxo. Os símbolos de modulação, neste caso, são combinações lineares de símbolos de modulação selecionados a partir de alfabetos de símbolos que correspondem a cada um dos modos próprios do canal. Neste exemplo, há quatro modos próprios distintos, cada um dos quais é capaz de transmitir uma quantidade diferente de informações. Como exemplo, suponha-se que o modo próprio 1 tem uma C/I que permita 64 QAM (6 bits) sejam transmitidos de maneira confiável, que o modo próprio 2 permita 16-QAM (4 bits) , que o modo próprio 3 permita QPSR (2 bits) e que o modo próprio 4 permita BPSK (1 bit) seja empregado. Deste modo, a combinação de todos os quatro modos próprios permite que um total de 13 bits de informação seja transmitido simultaneamente como um símbolo de modulação efetivo em todas as quatro antenas no mesmo sub-canal. 0 símbolo de modulação efetivo para o sub-canal designado em cada antena é uma combinação linear dos símbolos individuais associados com cada modo próprio, conforme descrito pela multiplicação de matriz dada na equação (1) acima. A figura 5C é um diagrama de blocos de uma parte das unidades de processamento empregada no processamento do fluxo de dados de canal S5. O fluxo de dados codificado X5 é fornecido para um demultiplexador (DEMUX), 530, que demultiplexa o fluxo X5 em doze fluxos de dados de sub-canal, de X5,n a Xs,i6/ um fluxo de dados de sub-canal para cada um dos sub-canais de 5 a 16 alocados. Cada fluxo de dados de sub-canal é então fornecido para um respectivo processador de dados de sub-canal, 536, que gera os símbolos de modulação para o fluxo de dados de sub-canal associado. O fluxo de símbolos de sub-canal oriundo dos processadores de dados de sub-canal de 536a a 5361 é então fornecid aos demultiplexadores de 538a a 5381, respectivamente. Cada demultiplexador 538 demultiplexa o fluxo de símbolos de sub-canal recebido em quatro sub-fluxos de símbolos, com cada sub-fluxo de símbolos correspondendo a um sub-canal específico em uma antena específica. Os quatro sub-fluxos de símbolos oriundos de cada demultiplexador 538 são em seguida fornecidos para os quatro combinadores de 540a a 540d.

Na figura 5C, um fluxo de dados de sub-canal é processado de modo a se gerar um fluxo de símbolos de sub-canal, que é então demultiplexado em quatro sub-fluxos de símbolos, um sub-fluxo de símbolos para um sub-canal específico de cada antena. Esta implementação é diferente da descrita para a figura 4A . Na figura 4A, o fluxo de dados de sub-canal designado para um sub-canal específico é demultiplexado em um número de sub-fluxos de dados, um sub-fluxo de dados para cada antena, e em seguida processado de modo a se gerarem os sub-fluxos de símbolos correspondentes. A demultiplexação na figura 5C é efetuada após a modulação dos símbolos, ao passo que a demultiplexação na figura 4A é efetuada antes da modulação dos símbolos. Outras implementações podem ser também empregadas e estão dentro do escopo da presente invenção.

Cada combinação do processador de dados de sub-canal 536 e do demultiplexador 538 na figura 5C funciona de maneira semelhante à combinação do processador de dados de sub-canal 532d e do demultiplexador 534d na figura 5B. A taxa de cada sub-fluxo de símbolos de cada demultiplexador 538 é, na média, um quarto da taxa do fluxo de símbolos do processador de dados de canal 536 associado. A figura 6 é um diagrama de blocos de uma unidade receptora 600, possuindo várias antenas receptoras, que pode ser empregada para receber um ou mais fluxos de dados de canal. Um ou mais sinais transmitidos de uma ou mais antenas transmissoras podem ser recebidos por cada uma das antenas de 610a a 610r e encaminhados para um respectivo processador Front-end, 612. Por exemplo, a antena receptora 610a pode receber um número de sinais transmitidos de um número de antenas transmissoras, e a antena receptora 610r pode igualmente receber vários sinais transmitidos. Cada processador Front-end 612 condiciona (por exemplo, filtra e amplifica) o sinal recebido, converte para recepção (downconverts) o sinal condicionado em uma frequência intermediária ou banda base e amostra, e quantifica o sinal convertido para recepção. Cada processador Front-end 612 também demodula, de maneira típica, as amostras associadas com a antena específica com o sinal piloto recebido, de modo a se gerarem amostras "coerentes", que são então fornecidas a um respectivo processador FFT, 614, um para cada antena receptora. Cada processador FFT 614 gera representações transformadas das amostras recebidas e fornece um respectivo fluxo de vetores de símbolos de modulação. Os fluxos vetoriais de símbolos de modulação oriundos dos processadores FFT de 614a a 614r são em seguida fornecidos ao demultiplexador e aos combinadores 620, que canalizam o fluxo de vetores de símbolos de modulação oriundos de cada processador FFT 614 em um número de (até L) fluxos de símbolos de sub-canal. Os fluxos de símbolos de sub-canal oriundos de todos os processadores FFT 614 são então processados, com base no modo de comunicações empregado (por exemplo, por diversidade ou MIMO), antes da demodulação e da decodificação.

Para um fluxo de dados de canal transmitido usando-se o modo de comunicações por diversidade, os fluxos de símbolos de sub-canal oriundos de todas as antenas usadas na transmissão do fluxo de dados de canal são apresentados a um combinador, que combina as informações redundantes através do tempo, do espaço e da freqüência. O fluxo de símbolos de modulação combinados é então fornecido para um processador de canal (por diversidade) 630, e demodulados conformemente.

Para iam fluxo de dados de canal transmitido usando-se o modo de comunicações MIMO, todos os fluxos de símbolos de sub-canal empregados na transmissão do fluxo de dados de canal são apresentados a um processador MIMO, que ortogonaliza os símbolos de modulação recebidos em cada sub-canal nos modos próprios distintos. O processador MIMO efetua o processamento descrito pela equação (2) acima e gera um número de sub-fluxos de símbolos independentes correspondentes ao número de modos próprios empregados na unidade transmissora. Por exemplo, o processador MIMO pode efetuar a multiplicação dos símbolos de modulação recebidos com os vetores próprios à esquerda para gerar símbolos de modulação pós-condicionados, que correspondem aos símbolos de modulação antes do processador de CSI completas na unidade transmissora. Os sub-fluxos de símbolos (pós-condicionados) são então fornecidos para um processador de canal (MIMO), 630, e demodulados conformemente. Deste modo, cada processador de canal 630 recebe um fluxo de símbolos de modulação (para o modo de comunicações por diversidade) ou um número de sub-fluxos de símbolos (para o modo de comunicações MIMO). Cada fluxo ou sub-fluxo de símbolos de modulação é em seguida fornecido para um respectivo demodulador (DEMOD), que implementa um esquema de demodulação (por exemplo, M-PSK, M-QAM, ou outros) que é complementar ao esquema de modulação empregado na unidade transmissora para o sub-canal sendo processado. Para o modo de comunicações MIMO, os dados demodulados oriundos de todos os demoduladores designados podem ser então decodificados de maneira independente ou multiplexados em um fluxo de dados de canal e em seguida decodificados, dependendo do método de codificação e modulação empregado na unidade transmissora. Tanto para o modo de comunicações por diversidade quanto para o MIMO, o fluxo de dados de canal oriundo do processador de canal 630 pode ser então fornecido para um respectivo decodificador, 640, que implementa um esquema de decodificação complementar ao empregado na unidade transmissora para o fluxo de dados de canal. Os dados decodificados oriundos de cada decodificador 640 representam uma estimativa dos dados transmitidos para esse fluxo de dados de canal. A figura 6 representa uma modalidade de uma unidade receptora. Outros formatos podem ser considerados e estão dentro do escopo da presente invenção. Por exemplo, uma unidade receptora pode ser projetada com apenas uma antena receptora, ou pode ser projetada para ser capaz de processar simultaneamente vários fluxos de dados de canal (por exemplo, voz, dados).

Conforme observado acima, a modulação por multi-portadoras é empregada no sistema de comunicações da invenção. Em particular, a modulação OFDM pode ser empregada de modo a se fornecer um número de benefícios, inclusive desempenho aperfeiçoado em um ambiente de multipercurso, complexidade de implementação reduzida (em um sentido relativo, para o modo de operação MIMO) e flexibilidade. No entanto, outras variantes da modulação por multi-portadoras podem ser também empregadas e estão dentro do escopo da presente invenção. A modulação OFDM pode aperfeiçoar o desempenho do sistema devido ao espalhamento por retardo de multipercurso ou ao retardo de percurso diferencial introduzidos pelo ambiente de propagação entre a antena transmissora e a antena receptora. 0 link de comunicações (isto é, o canal de RF) tem um espalhamento por retardo que pode ser potencialmente maior que a reciproca da largura de banda operacional do sistema, W. Por causa disto, um sistema de comunicações que emprega um esquema de modulação com uma duração de símbolo de transmissão inferior ao espalhamento por retardo experimentará interferência intersimbólica (ISI - Inter-Symbol Interference). A ISI distorce o símbolo recebido e faz aumentar a probabilidade de detecção incorreta.

Com a modulação OFDM, o canal de transmissão (ou largura de banda operacional) é essencialmente dividido em um número (grande) de sub-canais (ou sub-bandas) paralelos, que são empregados para comunicar os dados. Uma vez que cada um dos sub-canais tem uma largura de banda que é tipicamente muito menor que a largura de banda de coerência do link de comunicações, a ISI devida ao espalhamento por retardo no link é reduzida de maneira significativa ou eliminada usando-se a modulação OFDM. Em contraste, a maioria dos esquemas de modulação convencionais (por exemplo, QPSK), é sensível à ISI, a menos que a taxa de símbolo de transmissão seja pequena comparada com o espalhamento por retardo do link de comunicações.

Conforme observado acima, prefixos cíclicos podem ser empregados no combate aos efeitos prejudiciais do multipercurso. Um prefixo cíclico é uma parte de um símbolo OFDM (usualmente a parte anterior, após a IFFT) que é empacotado (wrapped) em volta da parte posterior do símbolo. 0 prefixo cíclico é empregado para reter a ortogonalidade do símbolo OFDM, que é tipicamente destruído pelo multipercurso.

Como exemplo, considere-se um sistema de comunicações no qual o espalhamento por retardo do canal é inferior a 10 μseg. Cada símbolo OFDM tem inserido a ele um prefixo cíclico que assegura que o símbolo total retenha suas propriedades ortogonais na presença do espalhamento por retardo de multipercurso. Uma vez que o prefixo cíclico não transmite nenhuma informação adicional, ele é essencialmente overhead. De modo a se manter uma boa eficiência, a duração do prefixo cíclico é selecionada de modo a ser uma pequena fração da duração total do símbolo de transmissão. Para o exemplo acima, usando-se um overhead de 5% de modo a se dar conta do prefixo cíclico, uma duração de símbolo de transmissão de 200 μseg é adequada para um máximo espalhamento por retardo de canal de 10 μseg. A duração de símbolo de transmissão de 200 μseg corresponde a uma largura de banda de 5 kHz para cada uma das sub-bandas. Caso a largura de banda total do sistema seja de 1,2288 MHz, 250 sub-canais de aproximadamente 5 kHz podem ser usados. Na prática, é conveniente que o número de sub-canais seja uma potência de dois. Deste modo, caso a duração do símbolo de transmissão seja aumentada para 205 μseg e a largura de banda do sistema seja dividida em M = 256 sub-bandas, cada sub-canal terá uma largura de banda de 4,88 kHz.

Em determinadas modalidades da invenção, a modulação OFDM pode reduzir a complexidade do sistema. Quando o sistema de comunicações incorpora a tecnologia MIMO, a complexidade associada com a unidade receptora pode ser significativa, sobretudo quando há multipercurso. 0 emprego da modulação OFDM permite que cada um dos sub-canais seja tratado de maneira independente pelo processamento MIMO empregado. Deste modo, a modulação OFDM pode simplificar de maneira significativa o processamento de sinais na unidade receptora quando a tecnologia MIMO é empregada. A modulação OFDM pode propiciar também flexibilidade adicional no compartilhamento da largura de banda do sistema, W, entre vários usuários. Especificamente, o espaço de transmissão disponível pode ser compartilhado entre um grupo de usuários. Por exemplo, a usuários de voz de baixa taxa pode ser alocado um sub-canal ou uma fração de um sub-canal em um símbolo OFDM, enquanto os sub-canais restantes podem ser alocados a usuários de dados com base na demanda agregada. Além disto, dados de overhead, de broadcast e de controle podem ser transmitidos em alguns dos sub-canais disponíveis ou (possivelmente) em uma parte de um sub-canal.

Conforme descrito acima, cada sub-canal em cada time slot está associado com um símbolo de modulação que é selecionado a partir de algum alfabeto, tal como, M-PSK ou M-QAM. Em determinadas modalidades, o símbolo de modulação em cada um dos L sub-canais pode ser selecionado de modo que o uso mais eficiente seja feito desse sub-canal. Por exemplo, o sub-canal 1 pode ser gerado usando-se QPSK, o sub-canal 2 pode ser gerado usando-se BPSK, o sub-canal 3 pode ser gerado usando-se 16-QAM, e assim por diante. Deste modo, para cada time slot, até L símbolos de modulação para os L sub-canais são gerados e combinados de modo a se gerar o vetor de símbolo de modulação para tal time slot.

Um ou mais sub-canais podem ser alocados a um ou mais usuários. Por exemplo, a cada usuário de voz pode ser alocado um único sub-canal. Os sub-canais restantes podem ser alocados dinamicamente a usuários de dados. Neste caso, os sub-canais restantes podem ser alocados a um único usuário de dados ou dividido entre vários usuários de dados. Além disto, alguns sub-canais podem ser reservados para transmissão de dados de overhead, de broadcast e de controle. Em determinadas modalidades da invenção, pode ser desejável alterar a designação de sub-canal de (possivelmente) símbolo de modulação para símbolo de uma maneira pseudo-aleatória, de modo a se aumentar a diversidade e se fornecer alguma média da interferência.

Em um sistema CDMA, a potência de transmissão em cada transmissão de link reverso é controlada de modo que a taxa de erro de frame (FER - Frame Error Rate) exigida seja obtida na estação base à potência de transmissão mínima, deste modo minimizando-se a interferência para outros usuários no sistema. No link de emissão do sistema CDMA, a potência de transmissão é também ajustada de modo a se aumentar a capacidade do sistema.

No sistema de comunicações da invenção, a potência de transmissão nos links de emissão e reverso pode ser controlado de modo a se minimizar a interferência e se maximizar a capacidade do sistema. 0 controle de potência pode ser obtido de várias maneiras. 0 controle de potência pode ser feito em cada fluxo de dados de canal, em cada sub-canal, em cada antena ou em alguma outra unidade de medição. Quando se opera no modo de comunicações por diversidade, caso a perda de percurso de uma antena especifica seja grande, a transmissão a partir desta antena pode ser reduzida ou emudecida, uma vez que pouco pode ser ganho na unidade receptora. De maneira semelhante, caso a transmissão ocorra através de vários sub-canais, menos potência pode ser transmitida no(s) sub-canal(ais) que experimenta(m) a perda de percurso máxima.

Em uma implementação, o controle de potência pode ser obtido com um mecanismo de feedback semelhante ao empregado no sistema CDMA. As informações sobre controle de potência podem ser enviadas periódica ou autonomamente da unidade receptora para a unidade transmissora, de modo a se fazer com que a unidade transmissora aumente ou diminua sua potência de transmissão. Os bits de controle de potência podem ser gerados com base, por exemplo, na BER ou FER na unidade receptora. A figura 7 mostra gráficos que ilustram a eficiência espectral associada com alguns dos modos de comunicações do sistema de comunicações da invenção. Na figura 7, o número de bits por símbolo de modulação para iima dada taxa de erro de bit é dado como uma função da C/I para um número de configurações de sistema. A notação NTxNR denota a dimensionalidade da configuração, com NT = número de antenas transmissoras e NR = número de antenas receptoras. Duas configurações de diversidade, a saber 1x2 e 1x4, e quatro configurações MIMO, a saber 2x2, 2x4, 4x4 e 8x4 são simuladas e os resultados são apresentados na figura 7.

Conforme mostrado nos gráficos, o número de bits por símbolo para uma dada BER varia na faixa de menos de 1 bps/Hz até quase 20 bps/Hz. A valores baixos de C/I, a eficiência espectral do modo de comunicações por diversidade e do MIMO é semelhante, e o aperfeiçoamento na eficiência é menos notável. No entanto, a valores mais elevados de C/I, o aumento na eficiência espectral com o emprego do modo de comunicações MIMO torna-se mais acentuado. Em determinadas configurações MIMO e para determinadas condições, o aperfeiçoamento instantâneo pode atingir até 20 vezes. A partir destes gráficos, pode-se observar que a eficiência espectral aumenta geralmente à medida em que aumenta o número de antenas transmissoras e receptoras. O aperfeiçoamento é também geralmente limitado ao mais baixo de NT e Nr. Por exemplo, as configurações de diversidade, 1x2 e 1x4, ambas assintoticamente, atingem aproximadamente 6 bps/Hz.

No exame das diversas taxas de dados alcançáveis, os valores de eficiência espectral dados na figura 7 podem ser aplicados aos resultados em uma base de sub-canal de modo a se obter a faixa de taxas de dados possível para o sub-canal. Como um exemplo, para uma unidade de assinante que funciona a uma C/I de 5 dB, a eficiência espectral obtenível para esta unidade de assinante está entre 1 bps/Hz e 2,25 bps/Hz, dependendo do modo de comunicações empregado. Deste modo, em um sub-canal de 5 kHz, esta unidade de assinante pode manter taxas de dados de pico na faixa de 5 kbps até 10,5 kbps. Caso a C/I seja de 10 dB, a mesma unidade de assinante pode manter uma taxa de dados de pico na faixa de 10,5 kbps até 25 kbps por sub-canal. Com 256 sub-canais disponíveis, a taxa de dados mantida ao pico para uma unidade de assinante operando a uma C/I de 10 dB é então de 6,4 Mbps. Deste modo, dadas as exigências de taxa de dados da unidade de assinante e a C/I operacional para a unidade de assinante, o sistema pode alocar o número necessário de sub-canais de modo a atender às exigências. No caso de serviços de dados, o número de sub-canais alocados por time slot pode variar de acordo com, por exemplo, outra carga de tráfego. 0 link reverso do sistema de comunicações pode ser projetado de modo a ser semelhante em estrutura ao link de emissão. No entanto, em lugar de canais de broadcast e de controle comiam, pode haver canais de acesso aleatório definidos em sub-canais específicos ou em posições de símbolo de modulação específicas do frame, ou ambos. Estes podem ser empregados por algumas ou todas as unidades de assinante de modo a se enviarem solicitações curtas (por exemplo, registro, solicitação de recursos e assim por diante) à estação central. Nos canais de acesso comum, as unidades de assinante podem empregar modulação e codificação comuns. Os canais restantes podem ser alocados a usuários distintos, como no link de emissão. A alocação e desalocação de recursos (tanto no link de emissão quanto no link reverso) podem ser controladas pelo sistema e podem ser comunicadas no canal de controle no link de emissão.

Uma consideração referente a desenho para o link de emissão é o retardo de propagação diferencial máximo entre a unidade de assinante mais próxima e a unidade de assinante mais afastada. Em sistemas nos quais este retardo é pequeno com relação à duração do prefixo cíclico, pode não ser necessário efetuar a correção na unidade transmissora. No entanto, em sistemas nos quais o retardo é significativo, o prefixo cíclico pode ser estendido de modo a se dar conta do retardo incrementai. Em alguns casos, é possível fazer uma estimativa razoável do retardo de ida e volta e corrigir o tempo de transmissão de modo que o símbolo chegue à estação central no instante correto. Usualmente, há algum erro residual, de modo que o prefixo cíclico pode ser também estendido de modo a se acomodar este erro residual.

No sistema de comunicações, algumas unidades de assinante na área de cobertura podem ser capazes de receber sinais de mais de uma estação central. Caso as informações transmitidas por várias estações centrais sejam redundantes em dois ou mais sub-canais e/ou de duas ou mais antenas, os sinais recebidos podem ser combinados e demodulados pela unidade de assinante usando-se um esquema de combinação de diversidades. Caso o prefixo cíclico empregado seja suficiente para se manejar o retardo de propagação diferencial entre a chegada mais recente e a mais antiga, os sinais podem ser (otimamente) combinados no receptor e demodulados corretamente. Esta recepção por diversidade é notoriamente conhecida em aplicações de broadcast da OFDM. Quando os sub-canais são alocados a unidades de assinante específicas, é possível que as mesmas informações em um sub-canal específico sejam transmitidas de um número de estações centrais para uma unidade de assinante específica. Este conceito é semelhante ao de soft handoff empregado em sistemas CDMA.

Conforme mostrado acima, a unidade transmissora e a unidade receptora são, cada uma delas, implementadas com diversas unidades de processamento que incluem diversos tipos de processador de dados, codificadores, IFFTs, FFTs, demultiplexadores, combinadores e assim por diante. Estas unidades de processamento podem ser implementadas de diversas maneiras, tal como, um circuito integrado para aplicação específica (ASIC - Application Specific Integrated Circuits), um processador de sinais digitais, um microcontrolador, um microprocessador, ou outros circuitos eletrônicos projetados para executarem as funções descritas aqui. Além disto, as unidades de processamento podem ser implementadas com um processador de finalidades gerais ou um processador especialmente projetado operado para executar códigos de instrução que desempenham as funções descritas aqui. Deste modo, as unidades de processamento descritas aqui podem ser implementadas usando-se hardware, software, ou uma combinação deles. A descrição precedente das modalidades preferidas é apresentada de modo a habilitar qualquer pessoa que lida com a técnica a fabricar ou usar a presente invenção. Diversas modificações nestas modalidades se tornarão prontamente evidentes aos que conhecem a técnica, e os princípios genéricos definidos aqui podem ser aplicados a outras modalidades sem o emprego da faculdade de invenção. Deste modo, a presente invenção não é destinada a ser limitada às modalidades mostradas aqui, mas deve receber o mais amplo escopo de acordo com os princípios e aspectos inéditos apresentados aqui.

Claims (29)

1. Método para medir e relatar características de transmissão de um sistema de comunicação por múltiplas entradas/múltiplas saídas, caracterizado pelo fato de que compreende: designar um primeiro subconjunto de sub-canais dentre uma pluralidade de sub-canais para uma primeira antena transmissora dentre uma pluralidade de antenas transmissoras de uma primeira unidade transmissora, em que os sub=canais do primeiro subconjunto de sub-canais são não-contíguos; transmitir, pela primeira antena transmissora, um primeiro sinal piloto através dos sub-canais do primeiro subconjunto de sub-canais; receber, por uma primeira antena receptora de uma primeira unidade receptora, o primeiro símbolo piloto; determinar, a partir do primeiro símbolo piloto recebido, as características de transmissão dos sub-canais do primeiro subconjunto de sub-canais; relatar, pela primeira unidade receptora para a primeira unidade transmissora, um sinal de informação que transporta as características de transmissão determinadas para os sub-canais do primeiro subconjunto de sub-canais; e otimizar um conjunto de parâmetros de transmissão na primeira unidade transmissora, com base no sinal de informação.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de transmitir o primeiro símbolo piloto compreende: gerar uma pluralidade de subconjuntos de sub-canais multiplexados por divisão ortogonal em freqüência (OFDM), em que cada subconjunto de sub-canais OFDM compreende sub-canais que são separados dos sub-canais de todos os outros subconjuntos de sub-canais OFDM; e a etapa de transmitir o primeiro símbolo piloto através dos sub-canais do primeiro subconjunto de sub-canais compreende transmitir o primeiro símbolo piloto através de cada um dos sub-canais de um primeiro subconjunto dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canal OFDM.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de gerar a pluralidade de subconjuntos de sub-canais OFDM compreende reutilizar pelo menos um dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canais OFDM caso pelo menos uma antena transmissora esteja espacialmente distante de qualquer outra antena transmissora dentre a pluralidade de antenas transmissoras.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar as características de transmissão dos sub-canais do primeiro subconjunto de sub-canais compreende analisar o primeiro símbolo piloto recebido através de cada um dos sub-canais do primeiro subconjunto dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canais OFDM.

5. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende também: associar o primeiro subconjunto da pluralidade de subconjuntos de sub-canais OFDM a um link principal correspondente à primeira unidade receptora e â primeira unidade transmissora; e associar um segundo subconjunto dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canais OFDM a um link interferidor, o link interferidor correspondente à primeira unidade receptora e à segunda unidade transmissora.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sinal de informação transporta as características de transmissão associadas ao link principal e ao link interferidor.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende também: transmitir, pela segunda unidade transmissora, um segundo símbolo piloto através de cada um dos sub-canais do segundo subconjunto dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canais OFDM; receber, pela primeira antena receptora, o segundo símbolo piloto; determinar, a partir do segundo símbolo piloto recebido, o nível de interferência total médio do link interferidor; e relatar, pela primeira unidade receptora para a primeira unidade transmissora, o nível de interferência total médio do link interferidor.

8. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende também: transmitir, pela segunda unidade transmissora, um segundo símbolo piloto através de cada um dos sub-canais do segundo subconjunto de uma pluralidade de subconjuntos de sub-canais OFDM separados; receber, pela primeira antena receptora, o segundo símbolo piloto; determinar, a partir do segundo símbolo piloto recebido, a potência medida total do link interferidor; e relatar, pela primeira unidade receptora para a primeira unidade transmissora, a potência medida total do link interferidor.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende também codificar, ortogonalmente, o primeiro símbolo piloto.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o primeiro símbolo piloto é codificado ortogonalmente com uma seqüência de código Walsh.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que primeiro símbolo piloto compreende uma seqüência de Registrador de Deslocamentos de Comprimento Máximo (seqüência-m) deslocada.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o primeiro símbolo piloto compreende uma seqüência-m deslocada e inserida, em que a seqüência-m deslocada e inserida, inclui uma parte repetida da seqüência-m.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de relatar o sinal de informação compreende: gerar uma função polinomial representativa das características de transmissão determinadas; e transmitir um conjunto de coeficientes associados à função polinomial.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as características de transmissão determinadas compreendem as respostas de impulso de canal para o primeiro subconjunto de sub-canais.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende também: gerar uma mensagem de programação na primeira unidade transmissora; e transmitir a mensagem de programação para a primeira unidade receptora; a etapa de relatar o sinal de informação compreende relatar o sinal de informação de acordo com a mensagem de programação.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende também determinar, a partir das características de transmissão determinadas dos sub-canais do primeiro subconjunto de sub-canais, as características de transmissão dos sub-canais não inclusas no primeiro subconjunto de sub-canais.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sinal de informação transporta também as características de transmissão determinadas para os sub-canais não inclusos no primeiro subconjunto de sub-canais correspondente à primeira antena transmissora e à primeira antena receptora.

18. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende também: designar um segundo subconjunto de sub-canais dentre a pluralidade de sub-canais a uma segunda antena transmissora dentre a pluralidade de antenas transmissoras; e transmitir, pela segunda antena transmissora, um segundo sinal piloto através dos sub-canais do segundo subconjunto de sub-canais.

19. Método para medir e relatar informações de estado de canal (CSI) em um sistema de múltiplas entradas/múltiplas saídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende: designar uma pluralidade de subconjuntos de sub-canais a uma pluralidade de antenas transmissoras de pelo menos uma unidade transmissora, em que os sub-canais de cada um dos subconjuntos de sub-canais são não-contíguos; transmitir uma pluralidade de formas de onda piloto Multiplexadas por Divisão ortogonal em frequência (OFDM) a partir de pelo menos uma unidade transmissora para pelo menos uma unidade receptora, em que cada uma dentre a pluralidade de formas de onda piloto OFDM é transmitida através de um sub-canal separado dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canais; receber, pela pelo menos uma unidade receptora, a pluralidade de formas de onda piloto OFDM; demodular a pluralidade recebida de formas de onda piloto OFDM; determinar as CSI dos sub-canais correspondentes a cada um dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canais a partir da pluralidade demodulada de formas de onda piloto OFDM; transmitir as CSI determinadas para a pelo menos uma unidade transmissora; e pré-condicionar um símbolo de transmissão de acordo com as CSI determinadas.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que: a etapa de determinar as CSI dos sub-canais correspondentes a cada um dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canais compreende as CSI dentro de uma matriz reduzida; e a etapa de transmitir as CSI determinadas compreende transmitir uma representação da matriz reduzida a pelo menos uma unidade transmissora.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a matriz reduzida é um resultado de multiplicação da multiplicação de uma matriz de resposta de canal e um conjugado complexo da matriz de resposta de canal, em que a matriz de resposta de canal inclui uma pluralidade dos valores de ganho de CSI.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a representação da matriz reduzida é uma matriz de modo próprio.

23. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar as CSI dos sub-canais correspondentes a cada um dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canais compreende: determinar as respostas de freqüência de canal dos sub-canais correspondentes a cada um dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canais; e efetuar uma operação de Transformada Rápida Inversa de Fourier (IFFT) nas respostas de freqüência de canal determinadas.

24. Sistema para medir e relatar informações de estado de canal (CSI) em um sistema de comunicações por múltiplas entradas/múltiplas saídas, caracterizado pelo fato de que compreende: uma estação base compreendendo: uma pluralidade de antenas transmissoras; um primeiro processador para pré-condicionar dados de transmissão, para designar uma pluralidade de símbolos piloto para a pluralidade de antenas transmissoras, para designar uma pluralidade de subconjuntos de sub-canais para a pluralidade de antenas transmissoras, em que cada um dos subconjuntos de sub-canais designados compreende sub-canais que são não-contíguos; e uma pluralidade de moduladores, cada modulador conectado ao primeiro processador e a uma antena transmissora separada dentre a pluralidade de antenas transmissoras, para modular a pluralidade designada de símbolos piloto na respectiva pluralidade designada de subconjuntos de sub-canais; em que a pluralidade de antenas transmissoras transmite cada um dentre a pluralidade designada de símbolos piloto através dos respectivos subconjuntos de sub-canais designados; e uma unidade receptora compreendendo: pelo menos uma antena receptora para receber a pluralidade de símbolos piloto, transmitida através dos subconjuntos de sub-canais; pelo menos um demodulador, acoplado a pelo menos uma antena receptora, para demodular a pluralidade recebida de símbolos piloto; e um segundo processador, conectado ao pelo menos um demodulador, para determinar as CSI a partir da pluralidade demodulada de símbolos piloto, e para gerar uma mensagem de CSI para transmissão à estação base; em que a pelo menos uma antena receptora transmite a mensagem de CSI; em que pelo menos uma dentre a pluralidade de antenas transmissoras recebe a mensagem de CSI, pelo menos um dentre a pluralidade de moduladores modula a mensagem de CSI recebida, e o primeiro processador pré-condiciona os dados de transmissão de acordo com as CSI obtidas a partir da mensagem de CSI modulada.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o segundo processador gera a mensagem de CSI para os canais não-contínuos de um subconjunto de sub-canais dentre a pluralidade de subconjuntos de sub-canais.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de símbolos piloto compreende uma pluralidade de símbolos piloto ortogonais.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de símbolos piloto compreende uma pluralidade de símbolos OFDM periódicos.

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de símbolos piloto compreende uma pluralidade de seqüências de Registrador de Deslocamentos de Comprimento Máximo (seqüência-m) deslocada.

29. Equipamento para medir e relatar características de transmissão de um sistema de comunicações por múltiplas entradas/múltiplas saídas, caracterizado pelo fato de que compreende: dispositivo para designar um primeiro subconjunto de sub-canais de uma pluralidade de sub-canais a uma primeira antena transmissora de uma pluralidade de antenas transmissoras de uma primeira unidade transmissora, em que os sub-canais do primeiro subconjunto de sub-canais são não-contínuos; dispositivo para transmitir, pela primeira antena transmissora um primeiro símbolo piloto através de sub-canais do primeiro subconjunto de sub-canais; dispositivo para receber, por uma primeira antena receptora de uma primeira unidade receptora, o primeiro símbolo piloto; dispositivo para determinar, a partir do primeiro símbolo piloto recebido, as características de transmissão dos sub-canais do primeiro subconjunto de sub-canais; dispositivo para relatar, pela primeira unidade receptora para a primeira unidade transmissora, um sinal de informação que transporta as características de transmissão determinadas para os sub-canais do primeiro subconjunto de sub-canais; e dispositivo para otimizar um conjunto de parâmetros de transmissão na primeira unidade transmissora, com base no sinal de informação.