BR112013010116B1

BR112013010116B1 - Método, dispositivo de comunicações, e, sistema de comunicações para comunicar um sinal

Info

Publication number: BR112013010116B1
Application number: BR112013010116-4A
Authority: BR
Inventors: Bengt Lindoff; Thomas Olsson; Leif Wilhelmsson
Original assignee: Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ)
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2021-09-28
Also published as: CN103270706B; WO2012055778A1; EP2445120B1; BR112013010116A2; EP2445120A1; CN103270706A; US20140072066A1; US9100073B2; KR20140007341A; KR101989200B1

Abstract

método e sistema de comunicação sem fio trata-se de um método para comunicar um sinal digital por meio de um canal de comunicações sem fio entre um transmissor e um receptor, sendo que pelo menos um dentre o transmissor e o receptor compreender uma pluralidade de transdutores para transformar um sinal entre um sinal elétrico e um sinal fio. as modalidades do método compreendem determinar (s302; s602) uma propriedades do canal de comunicações; com base pelo menos na propriedade determinada, selecionar (s303, s305) um número de transdutores dentro da pluralidade de transdutores; e comunicar (s304) um sinal digital do transmissor para o receptor com o uso do número selecionado de transdutores.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] São revelados no presente documento um método, sistema e aparelho de comunicações para comunicar dados por meio de um canal de comunicações sem fio.

ANTECEDENTES

[002] A necessidade de transmissão de dados muito alta, na ordem de 1 Gbit/s por distâncias curtas, na ordem de poucos metros, é um dos incentivadores por trás do desenvolvimento de equipamentos de transmissão para uso em banda de frequência de 60 GHz. Devido ao fato de que há cerca de 7 GHz disponíveis em cerca de 60 GHz, isso significa que taxas de dados muito grandes podem ser suportadas ainda tendo-se requisitos bem relaxados sobre eficácia de espectro.

[003] A aplicação típica em que esse tipo de equipamento pode ser previsto é para modelos de alta velocidade de WLAN, para Interface de Multimídia de Alta Definição (HDMI), etc.

[004] Embora haja bastante largura de banda disponível, há uma desvantagem inerente ao se operar em 60 GHz, ou seja, a atenuação de propagação é significativamente aumentada já que a atenuação é proporcional à frequência quadrada de portadora. Essa é a razão pela qual apenas distâncias curtas podem ser suportadas com potência de transmissão razoável. No entanto, a atenuação de grande propagação também tem uma vantagem pelo fato de que a interferência de outros transmissores que usam a mesma banda decairá rapidamente abaixo do limite inferior de ruído térmico de modo que esse não tenha qualquer impacto notável.

[005] Como uma das aplicações previstas de transmissão de dados muito alta é para componentes eletrônicos de consumidor e normalmente como substituição de cabo, pode-se esperar que seja desejável que o transmissor e receptor sejam o menos complexo possível a fim de permitir um custo de implantação menor, assim como menos consumo de energia.

[006] À medida que a taxa de dados aumenta, a duração de bit, Tb, diminuirá de modo correspondente, o que significa que o espalhamento por atraso devido à propagação por múltiplos trajetos será mais que um problema e será normalmente necessária uma equalização de canal. Um princípio básico é que um equalizador é necessário no caso em que o espalhamento por atraso de valor médio quadrático excede 10% de Tb.

[007] Para uma taxa de dados de 1 Gb/s, a Tb é 1 ns, de modo que o espalhamento por atraso não deve exceder 0,1 ns de acordo com o princípio básico acima, a fim de evitar a necessidade de um equalizador no receptor.

[008] Um espalhamento por atraso tão pequeno na prática corresponde ao fato de que apenas um único trajeto de transmissão existe entre o transmissor e o receptor. Devido à atenuação de grande propagação mencionada acima, o espalhamento por atraso para um canal medido a 60 GHz será consideravelmente menor do que se o canal fosse medido a, por exemplo, 2,4 GHz. Embora o espalhamento por atraso de fato tenha sido considerado relativamente pequeno, diversos componentes no perfil de múltiplos trajetos são tipicamente experimentados. Para reduzir ainda mais o espalhamento por atraso e, algumas vezes, também reduzir efetivamente o canal de múltiplos trajetos a um único trajeto, múltiplas antenas no transmissor e receptor podem ser usadas. A ideia é essencialmente usar formação de feixe para suprimir adicionalmente todos menos o componente mais forte no canal de múltiplos trajetos.

[009] Seong-Gu Lee et. al. "Performance Analysis of Beamforming Techniques in Ad-hoc Communication between Moving Vehicles", em Proceedings of Asia-Pacific Conference on Communications, 2007 revelou que o espalhamento por atraso de rms pode ser significantemente reduzido com o uso de técnicas de formação de feixe.

[0010] O documento WO 2010/085722 refere-se a um sistema de comunicação MIMO, MISO ou SIMO. Particularmente, o documento revela um esquema para selecionar uma configuração de uma antena de múltiplos elementos, em que uma configuração de antena é selecionada com base nas informações tais como SNR ou espalhamento por atraso.

[0011] US 2006/105724 revela um método para configurar uma taxa de dados em um sistema de comunicações. Nesse sistema, como parte da configuração do processamento de sinal de arranjo adaptativo, um primeiro aparelho de rádio recebe sinais de treinamento de um segundo aparelho de rádio e seleciona a antena com base na intensidade dos sinais de treinamento recebidos.

[0012] O documento US 1.830.487 revela um sistema de comunicações MIMO em que uma combinação de antenas usadas para a comunicação MIMO é selecionada com base, entre outros, no espalhamento por atraso.

[0013] No entanto, particularmente no contexto de produtos de consumidor, permanece desejável fornecer um sistema menos complexo que possa operar em taxas de dados altas enquanto ao mesmo tempo reduz o consumo de energia.

SUMÁRIO

[0014] É revelado no presente documento um método para comunicar um sinal por meio de um canal de comunicações sem fio entre um transmissor e um receptor, em que pelo menos um dentre o transmissor e o receptor compreende uma pluralidade de transdutores para transformar um sinal entre um sinal elétrico e um sinal sem fio, sendo que o método compreende: - determinar um espalhamento por atraso medido ou pelo menos estimado do canal de comunicações sem fio; - com base pelo menos no espalhamento por atraso determinado, selecionar um número de transdutores dentre a pluralidade de transdutores; - comunicar um sinal sem fio do transmissor para o receptor com o uso do número selecionado de transdutores.

[0015] Selecionar um número de transdutores compreende selecionar o dito número suficientemente alto para fazer com que o espalhamento por atraso seja menor que um limite predeterminado.

[0016] Em algumas modalidades, o sinal sem fio pode ser um sinal de frequência de rádio, por exemplo, na faixa de frequência acima de 1 GHz. Por exemplo, o sinal sem pode estar na faixa de frequência entre 1 GHz e 100 GHz, por exemplo, maior que 10 GHz, tal como maior que 50 GHz. Os transdutores podem ser antenas. A probabilidade de atingir um canal de trajeto único aumenta à medida que o número de elementos de antena no transmissor e/ou no receptor é aumentado.

[0017] Portanto, adaptando-se o número de transdutores usados no transmissor e/ou no receptor com base nas condições de canal determinadas, o sistema de comunicações pode garantir que a qualidade do sinal recebido seja suficientemente alta para ser processável por um receptor de baixa complexidade. Em algumas modalidades, o método pode selecionar o dito número de transdutores suficientemente alto para permitir o processamento do sinal sem fio comunicado pelo receptor sem um equalizador, permitindo, assim, o uso de um receptor sem equalizador. Nos casos em que não é possível ou desejável atingir um link de transmissão em que um equalizador pode ser evitado, a complexidade necessária pode ser reduzida por adaptação do número de antenas às condições de canal detectadas. Ao mesmo tempo, os recursos de processamento de sinal e consumo de energia necessários do transmissor e/ou receptor são mantidos baixos como apenas o subconjunto selecionado das antenas disponíveis e os trajetos de sinal correspondentes são usados, reduzindo, assim o consumo de energia necessário e os recursos de processamento de sinal necessários.

[0018] A propriedade determinada pode ser um espalhamento por atraso medido ou pelo menos estimado do sinal recebido, por exemplo, o espalhamento por atraso de valor médio quadrático (rms) Trms. Alternativamente, a propriedade determinada pode ser outra medida direta ou indireta indicativa do espalhamento por atraso, por exemplo, uma medida indicativa do número de trajetos de propagação distintos em um canal de transmissão de múltiplos trajetos. A propriedade pode ser determinada por meio de uma ou mais medições e/ou estimada com base em uma ou mais medições. Em algumas modalidades, determinar compreende comunicar um sinal de teste, por exemplo, que compreende uma sequência predeterminada de símbolos conhecidos pelo receptor, do transmissor para o receptor com o uso de ao menos um subconjunto da dita pluralidade de transdutores e estimar a dita propriedade a partir do sinal de teste recebido pelo receptor.

[0019] Algumas modalidades do método revelado no presente documento podem, assim, compreender comparar a propriedade determinada com um valor limite predeterminado, por exemplo, o método pode compreender comparar o espalhamento por atraso de rms com uma fração predeterminada da duração de bit, por exemplo, 10% da duração de bit, isto é, uma fração predeterminada do tempo necessário para transmitir um bit de informações. Selecionar pode assim compreender selecionar o dito número suficientemente alto, por exemplo, como sendo o menor número que é suficientemente alto, para fazer com que a propriedade determinada seja menor que um valor limite predeterminado. Deve-se verificar que, dependendo da definição da propriedade e do limite, o dito número pode ser selecionado suficientemente alto para fazer com que a propriedade determinada seja maior que um valor limite predeterminado ao invés disso. Portanto, em algumas modalidades do método descrito no presente documento, a troca mais adequada entre complexidade na formação de feixe e a complexidade na demodulação no receptor é obtida. Um caso especial é garantir que a recepção possa ser realizada sem a necessidade de um equalizador de canal. Já que a necessidade de um equalizador pode ser evitada dado < k*Tb, para uma constante K predeterminada, por exemplo, k=0,1, as modalidades da invenção garantem que essa condição é cumprida da forma mais eficaz.

[0020] O sinal comunicado pode compreende dados não codificados ou dados encodificados. As modalidades da presente invenção são apreciáveis em qualquer caso de sinal comunicado. Em algumas modalidades, fornecer um arranjo de antena suficientemente grande a partir do qual um número suficientemente grande de antenas pode ser selecionado em todas as situações com base nas condições de canal detectadas pode nem sempre ser desejável ou possível devido ao tamanho de arranjo necessário. Portanto, em algumas modalidades, o método compreende, com base na propriedade determinada, selecionar o dito número de transdutores e uma taxa de bits; e em que comunicar compreende comunicar dados na taxa de bits selecionada. Portanto, algumas modalidades podem assim permitir que a transmissão não precise de um equalizador no receptor de uma flexível e menos complexa e mesmo com um número limitado de antenas. Isso pode ser atingido adaptando-se as taxas de bit assim como o número de antenas usadas no transmissor e/ou no receptor de modo que o requisito em que um equalizador não é necessário seja cumprido.

[0021] A taxa de bits pode ser adaptada mudando-se o esquema de modulação, mudando, assim, o número de bits comunicados por símbolo comunicado e/ou por mudança da taxa de símbolos, isto é, mudando-se o número de símbolos transmitidos por segundo. Em algumas modalidades, um esquema de modulação simples, por exemplo, um esquema de modulação por deslocamento de fase binária (BPSK), pode ser usado em combinação com uma taxa de símbolos variável que é adaptável responsiva às condições de canal, fornecendo, assim um esquema de comunicação eficaz e menos complexo para fornecer taxas de dados altas em frequências de transmissão altas.

[0022] Em um sistema de comunicações, múltiplos transdutores podem ser fornecidos no transmissor e/ou no lado do receptor. Em algumas modalidades, comunicar compreende realizar uma operação de processamento de sinal de formação de feixe por pelo menos um dentre o transmissor e o receptor para comunicação de sinal direcional com o uso do número selecionado de transdutores. A formação de feixe com o uso de uma pluralidade de transdutores mostrou reduzir drasticamente o espalhamento por atraso de rms (consulte, por exemplo, Seong-Gu Lee et. al.: "Performance Analysis of Beamforming Techniques in Adhoc Communication between Moving Vehicles", em Proceedings of Asia-Pacific Conference on Communications, 2007).

[0023] Em algumas modalidades, o transmissor compreende uma primeira pluralidade de transdutores de transmissão e o receptor compreende uma segunda pluralidade de transdutores de recebimento; selecionar compreende selecionar um primeiro número de dados transdutores de transmissão e um segundo número dos ditos transdutores de recebimento; e comunicar compreende o sinal digital com o uso do primeiro número de transdutores de transmissão e segundo número de transdutores de recebimento. Portanto, o método permite otimizar o consumo de energia do transmissor e/ou do receptor, por exemplo, dependendo dos recursos disponíveis no transmissor e/ou no receptor. Consequentemente, flexibilidade aumentada é fornecida permitindo uma redução da complexidade do sistema.

[0024] A presente invenção refere-se a diferentes aspectos incluindo o método descrito acima e, a seguir, produtos, sistemas e aparelhos correspondentes, sendo que cada um rende um ou mais benefícios e vantagens descritos em conexão com os métodos mencionados acima e sendo que cada um tem uma ou mais modalidades correspondentes às modalidades descritas em conexão com os métodos mencionados acima.

[0025] Mais especificamente, de acordo com outro aspecto, um dispositivo de comunicações para comunicar um sinal por meio de um canal de comunicações sem fio pode compreender: - uma pluralidade de transdutores para transformar um sinal entre um sinal elétrico e um sinal sem fio, em que o dispositivo de comunicações é adaptado para: - determinar uma propriedade do canal de comunicações sem fio indicativa de um espalhamento por atraso do canal de comunicações sem fio; - com base pelo menos na propriedade determinada, selecionar um número de transdutores dentre a pluralidade de transdutores; - comunicar um sinal sem fio com o uso do número selecionado de transdutores. Dessa forma, as modalidades do dispositivo de comunicações compreendem uma unidade de processamento de sinal para realizar uma operação de formação de feixe do sinal elétrico. Algumas modalidades compreende um conjunto de circuitos para determinar um espalhamento por atraso de rms. Algumas modalidades compreendem um circuito comparador para comparar o espalhamento por atraso determinado com um limite predeterminado. Algumas modalidades compreendem um circuito de controle para controlar a unidade de processamento de sinal para realizar a operação de formação de feixe com o uso de apenas um subconjunto selecionado da pluralidade de transdutores. Em algumas modalidades a unidade de processamento de sinal é adaptada para comunicar seletivamente dados em uma pluralidade de taxas de bit diferentes; e o circuito de controle é adaptado para controlar a unidade de processamento de sinal para comunicar os dados em uma taxa selecionada.

[0026] Um sistema de comunicações pode compreender: um dispositivo transmissor e um dispositivo receptor adaptados para se comunicarem entre si por meio de um canal de comunicações sem fio, sendo que pelo menos um dentre o dispositivo transmissor e o dispositivo receptor compreende uma pluralidade de transdutores para transformar um sinal entre um sinal elétrico e um sinal sem fio, em que o sistema é adaptado para: - determinar uma propriedade do canal de comunicações sem fio indicativa de um espalhamento por atraso do canal de comunicações sem fio; - com base pelo menos na propriedade determinada, selecionar um número de transdutores dentre a pluralidade de transdutores; - comunicar um sinal sem fio do dispositivo transmissor para o dispositivo receptor com o uso do número selecionado de transdutores.

[0027] O termo dispositivo de comunicações se destina a compreender equipamento de comunicações de rádio estacionário e portátil. O termo equipamento de comunicações de rádio portátil inclui todos os equipamentos tais como telefones móveis, pagers, comunicadores, organizadores eletrônicos, telefones inteligentes, assistentes digitais pessoais (PDAs), computadores de mão, computadores portáteis ou similares. O termo dispositivo de comunicações compreende ainda equipamentos de comunicações para uso como parte de uma rede de comunicações, por exemplo, pontos de acesso sem fio, interfaces e cartões de rede sem fio, etc. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0028] Os aspectos acima e outros serão aparentes e elucidados a partir das modalidades descritas a seguir em referência aos desenhos em que:

[0029] A Figura 1 mostra um diagrama de blocos esquemático de um sistema de comunicações.

[0030] A Figura 2 mostra um diagrama de blocos esquemático de um sistema de comunicações.

[0031] A Figura 3 mostra um fluxograma de um processo de comunicação em um sistema de comunicação.

[0032] A Figura 4 mostra um diagrama de blocos esquemático de um sistema de comunicações.

[0033] A Figura 5 mostra ainda outro exemplo de um sistema de comunicações.

[0034] A Figura 6 mostra um fluxograma de um processo de comunicação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0035] As seguintes modalidades são descritas no contexto de um receptor em que um equalizador pode ser evitado. No entanto, será verificado que as modalidades do método e sistema descritas no presente documento podem ser também aplicadas para atingir uma troca mais geral entre a complexidade na formação de feixe e a complexidade no equalizador de canal.

[0036] A Figura 1 mostra um diagrama de blocos esquemático de um sistema de comunicações que compreende um transmissor 100 e um receptor 101. O transmissor 100 compreende uma antena 104 e uma unidade de processamento de sinal 105 conectadas à antena. O receptor 101 compreende um arranjo de antenas 106 que compreende uma pluralidade de antenas e uma unidade de processamento de sinal 107 conectada ao arranjo de antenas. No exemplo da Figura 1, o arranjo de antenas é mostrado compreendendo 4 antenas. No entanto, será verificado que o arranjo pode compreender um número diferente de antenas. A unidade de processamento de sinal 105 pode compreender um ou mais dos seguintes componentes: um amplificador, conjunto de circuitos para conversão de D/A do sinal digital a ser transmitido e um modulador para modular o sinal a ser transmitido. A unidade de processamento de sinal 107 pode compreender um ou mais dos seguintes componentes: um amplificador, conjunto de circuitos para conversão de A/D do sinal recebido, um circuito de formação de feixe e um demodulador para demodular o sinal recebido. O circuito de formação de feixe recebe sinais de todas ou um subconjunto selecionado das antenas do arranjo de antenas e realiza uma operação de formação de feixe para receber sinais de uma direção desejada e atenuar sinais de direções não desejadas. Isso pode ser eito por controle da amplitude e da fase dos sinais recebidos em cada uma das antenas selecionadas. A operação de formação de feixe resulta em uma diminuição de interferência de sinais de múltiplos trajetos de direções indesejadas e aumenta a potência do sinal recebido da direção desejada. O circuito de formação de feixe pode implantar qualquer técnica de formação de feixe adequada conhecida como tal na técnica, por exemplo, o Estimador de Variância Mínima para formação de feixe. Em geral, a formação de feixe é uma técnica de processamento de sinal usada em arranjos de transdutores (antenas) para transmissão ou recepção de sinal direcional. Uma seletividade espacial é atingida com o uso de padrões de feixe de recebimento/transmissão fixados. Por exemplo, no receptor, a mesma pode ser usada por combinação das antenas receptoras de modo que um padrão de feixe de antena adequado seja formado para desempenho de recepção aprimorado. O aprimoramento comparado com uma recepção/transmissão onidirecional é conhecido como o ganho ou perda de recebimento/transmissão.

[0037] Em geral, apesar de a presente descrição se referir a um transmissor e a um receptor, será verificado que em algumas modalidades o transmissor e o receptor podem ser componentes de dispositivos respectivos em que cada um compreende tanto transmissores quanto receptores permitindo, assim, comunicação de duas vias. O receptor da Figura 1 compreende ainda o conjunto de circuitos 108 para determinar o espalhamento por atraso do sinal recebido. O circuito de determinação de espalhamento por atraso 108 pode compreender um filtro correlacionado e o circuito 108 recebe o sinal demodulado da unidade de processamento de sinal 107. O circuito 108 é adaptado para determinar o espalhamento por atraso de rms e alimentar o espalhamento por atraso determinado em um circuito de controle 110 para selecionar o número de antenas. O circuito pode determinar o espalhamento por atraso com o uso de qualquer método adequado conhecido como tal na técnica. Tal método pode ser baseado em primeiro estimar a resposta de impulso do canal e baseado nessa determinar o espalhamento por atraso, ou pode ser baseado em primeiro estimar em qual frequência seletiva o canal está, por, por exemplo, cálculo do número de imersões por MHz na função de amplitude do canal. Por exemplo, o circuito de controle 110 pode compreender um comparador adaptado para comparar o espalhamento por atraso de rms determinado com a duração de bit do sinal recebido multiplicado por uma constante predeterminada.

[0038] Com base nessa comparação, o circuito de controle 110 é adaptado para determinar se o número atualmente selecionado de antenas é apropriado ou se o número deve ser alterado. Por exemplo, se o espalhamento por atraso de rms determinado for maior que a duração de bit multiplicada pela constante predeterminada, o circuito de controle pode determinar que o número de antenas deve ser aumentado até o espalhamento por atraso de rms ser menor que a duração de bit multiplicada pela constante predeterminada ou até todas as antenas do arranjo estarem em uso. Será verificado que o circuito de controle pode ser também configurado para diminuir o número de antenas, por exemplo, quando a razão entre o espalhamento por atraso e a duração de bit é menor que um certo limite predeterminado. Alternativa ou adicionalmente, o circuito de controle pode estimar o número real de antenas a ser usado e/ou um acréscimo/decréscimo estimado pelo qual o número deve ser alterado. A estimativa pode ser, por exemplo, baseada em um modelo adequado que descreve quanto o espalhamento por atraso varia com o número de antenas, por exemplo, que o espalhamento por atraso é inversamente proporcional ao número de antenas. O circuito de controle é ainda adaptado para alimentar um sinal de controle 109 para a unidade de processamento de sinal 107 para controlar a unidade de processamento de sinal para realizar o processamento do sinal recebido com base no número selecionado de antenas.

[0039] A Figura 2 mostra um diagrama de blocos esquemático de um sistema de comunicações que compreende um transmissor 200 e um receptor 201. O transmissor 200 compreende um arranjo de antenas 204 e uma unidade de processamento de sinal 205 conectadas ao arranjo de antenas. O receptor 201 compreende uma antena 206 e uma unidade de processamento de sinal 207 conectadas à antena. Por exemplo, a unidade de processamento de sinal 207 pode compreender um ou mais dos seguintes componentes: um amplificador, conjunto de circuitos para conversão de A/D do sinal recebido e um demodulador para demodular o sinal recebido. A unidade de processamento de sinal 205 pode compreender um ou mais dos seguintes componentes: um amplificador, conjunto de circuitos para conversão de D/A do sinal digital a ser transmitido, um modulador para modular o sinal a ser transmitido e um circuito de formação de feixe. O circuito de formação de feixe pode ser adaptado para realizar uma operação de formação de feixe para transmitir os sinais predominantemente em uma direção desejada. Isso pode ser feito por controle da amplitude e da fase de sinais transmitida por cada uma das antenas selecionadas do arranjo 204.

[0040] O receptor da Figura 2 compreende ainda o conjunto de circuitos 208 para determinar o espalhamento por atraso do sinal recebido. O circuito de determinação de espalhamento por atraso 208 pode compreender um filtro correlacionado e o circuito 208 recebe o sinal demodulado da unidade de processamento de sinal 207. O circuito 208 é adaptado para determinar o espalhamento por atraso de rms. O receptor 201 compreende ainda um circuito de controle 210 adaptado para receber o espalhamento por atraso determinado e determinar se o número de antenas de transmissão deve ser alterado conforme descrito em conexão com a Figura 1. O circuito de controle é ainda adaptado para sinalizar um sinal de controle 209 ao transmissor 200, por exemplo, por meio de um trajeto de sinal de transmissão e um circuito transmissor adequado do receptor 201 (não explicitamente mostrado). Por exemplo, o sinal de controle pode indicar ao transmissor que altere, por exemplo, aumente, o número de antenas. O sinal de controle pode ainda indicar o número necessário de antenas.

[0041] O transmissor 200 é adaptado para receber o sinal de controle, por exemplo, por meio de um trajeto de sinal de recebimento e um circuito receptor adequado do transmissor 200 (não explicitamente mostrado) e alimentar o sinal de controle recebido para a unidade de processamento de sinal 205 de modo a fazer com que a unidade de processamento de sinal transmita um sinal formado em feixe com o uso de um número diferente de antenas conforme indicado pelo sinal de controle recebido.

[0042] A Figura 3 mostra um fluxograma de um processo de comunicação em um sistema de comunicação, por exemplo, o sistema mostrado na Figura 2, em que mais de uma antena é usada no transmissor e em que o sistema é configurado como um sistema de mestre-escravo em que o receptor opera como uma unidade mestre e o transmissor opera como uma unidade escrava.

[0043] Em algumas modalidades, o número mínimo de antenas que é necessário a fim de reduzir efetivamente o espalhamento por atraso de modo que a relação mencionada acima entre o espalhamento por atraso de rms e a taxa de bits seja cumprida é determinado e então usado na comunicação real. A razão pela qual é desejável usar o número mínimo de antenas é que esse gera a menor complexidade assim como o consumo de energia mais baixo. Por exemplo, o número mínimo pode ser determinado iterativamente conforme será agora descrito em referência à Figura 3.

[0044] O número mínimo de antenas que é grande o suficiente para causar uma relação predeterminada entre o espalhamento por atraso de rms e a duração de bit pretendida pode ser determinada iniciando-se com apenas uma antena no transmissor TX e, então, aumentando-se o número de antenas até o espalhamento por atraso de rms ser suficientemente reduzido. Por exemplo, a relação predeterminada pode ser Trms < k* Tb em que Tb é a duração de bit, isto é, o inverso da taxa de bits, Trms é o espalhamento por atraso de rms e k é uma constante predeterminada, por exemplo, k=0,1. Será verificado, no entanto, que tal processo iterativo também pode iniciar com o uso de todas as antenas e sucessivamente diminuir o número de antenas o quanto possível, ou iniciar em um número intermediário e então aumentar ou diminuir o número dependendo do espalhamento por atraso de rms medido.

[0045] Na modalidade da Figura 3, primariamente um esquema de transmissão TDD é usado, já que as medições de canal do mestre para o escravo também fornecem, então, informações precisas sobre o canal entre o escravo e o mestre. No entanto, será verificado que as modalidades do método e sistema descritos no presente documento podem ser também implantadas em combinação com outros esquemas de transmissão.

[0046] Inicialmente, uma etapa de sincronização inicial S301 é realizada, que pode ser realizada com o uso de técnicas de sincronização bem conhecidas como tais na técnica. Durante a etapa inicial S301, a unidade mestre informa ainda a unidade escrava a transmitir um sinal de sondagem com o menor número possível de antenas de transmissão. Durante uma etapa de sondagem subsequente S302, o mestre pode solicitar à unidade escrava que transmita uma sequência de símbolos (conhecida) ao mestre para estimar o canal. Na etapa S303, com base no sinal de sondagem recebido, a unidade mestre determina as condições de canal e determina se o sinal pode ser formado em feixe (por exemplo, por pré-codificação digital dos símbolos) de modo que o requisito de espalhamento por atraso desejado seja cumprido. Se nesse caso, a transmissão real for iniciada na etapa S304 com o uso do número selecionado de antenas. A transmissão atual pode ser realizada com o uso de qualquer protocolo de comunicações adequado. De outro modo, isto é, se o requisito acima não for cumprido, a unidade mestre informa a unidade escrava para aumentar o número de antenas (S305), e o processo retorna para a etapa S302.

[0047] Na modalidade da Figura 3, apenas o número de antenas de transmissão é selecionado. No entanto, será verificado que alternativa ou adicionalmente, o número de antenas de recepção pode ser adaptado. Em uma modalidade, em que apenas o número de antenas no mestre é alterado, por exemplo, na modalidade da Figura 1, quando o receptor opera como a unidade mestre, o mestre não precisa informar ao escravo para aumentar/diminuir o número de antenas de transmissão.

[0048] Em algumas modalidades, quando tanto o transmissor quanto o receptor compreendem um arranjo de antenas a partir do qual um subconjunto de antenas pode ser seletivamente usado e que é operado como um sistema de mestre-escravo, o mestre pode inicialmente aumentar o número de antenas no mestre, a fim de permitir o uso do menor número possível de antenas na unidade escrava. Tal estratégia de seleção pode ser desejável em certas modalidades, por exemplo, a fim de economizar a energia de bateria na unidade mestre ou escrava, conforme pode ser o caso. Nesse caso, a configuração de antena pode ser selecionada como um resultado de um esquema de negociação adequado entre a unidade mestre e escrava. Isso pode implicar iniciar o aumento no número de elementos de antena tanto do mestre quanto do escravo e aumentando o número de elementos na outra unidade apenas quando a primeira unidade tem configuração de antena completa. Uma situação em que isso é particularmente útil é quando um dos dispositivos é energizado por bateria enquanto o outro dispositivo é conectado a uma saída de energia.

[0049] A Figura 4 mostra um diagrama de blocos esquemático de um sistema de comunicações que compreende um transmissor 400 e um receptor 401. Nesse exemplo, tanto o receptor quanto o transmissor compreendem os respectivos arranjos de antenas 404 e 406, sendo que cada um compreende uma respectiva pluralidade de antenas. Será verificado que os arranjos de antenas 404 e 406 podem compreender o mesmo número ou números diferentes de antenas. O transmissor 400 compreende ainda uma unidade de processamento de sinal 405 conectada ao arranjo de antenas 404 e o receptor 401 compreende uma unidade de processamento de sinal 407 conectada ao arranjo de antenas 406.

[0050] O receptor da Figura 4 compreende ainda o conjunto de circuitos 408 para determinar o espalhamento por atraso do sinal recebido. O circuito de determinação de espalhamento por atraso 408 pode compreender um filtro correlacionado e o circuito 408 recebe o sinal demodulado da unidade de processamento de sinal 407. O circuito 408 é adaptado para determinar o espalhamento por atraso de rms. O receptor 401 compreende ainda um circuito de controle 410 adaptado para receber o valor de espalhamento por atraso determinado e determinar se o número de antenas de transmissão deve ser alterado, por exemplo, conforme descrito em conexão com a Figura 1. Se o número precisar ser alterado, o circuito de controle determina ainda se o número de antenas deve ser alterado no receptor ou no transmissor. Se o circuito de controle determinar que o número de antenas no transmissor deve ser alterado, o circuito de controle é adaptado para sinalizar um sinal de controle 409 ao transmissor 400, por exemplo, por meio de um trajeto de sinal de transmissão e um circuito transmissor adequado do receptor 401 (não explicitamente mostrado). Por exemplo, o sinal de controle pode indicar ao transmissor que altere, por exemplo, aumente, o número de antenas. O sinal de controle pode ainda indicar o número necessário de antenas. Por exemplo, o circuito de controle pode implantar uma função adequada, uma tabela outro mapeamento adequado que associa o espalhamento por atraso e o número de antenas. Com o uso de uma estimativa de espalhamento por atraso, o circuito de controle pode assim determinar o número de antenas necessárias. Se o circuito de controle determinar que o número de antenas no receptor deve ser alterado, o circuito de controle é adaptado para alimentar um sinal de controle correspondente 419 à unidade de processamento de sinal 407 de modo a fazer com que a unidade de processamento de sinal realize uma operação de formação de feixe no sinal recebido com base em um número diferente de antenas.

[0051] O transmissor 400 é adaptado para receber o sinal de controle, por exemplo, por meio de um trajeto de sinal de recebimento e um circuito receptor adequado do transmissor 400 (não explicitamente mostrado) e alimentar o sinal de controle recebido para a unidade de processamento de sinal 405 de modo a fazer com que a unidade de processamento de sinal transmita um sinal formado em feixe com o uso de um número diferente de antenas conforme indicado pelo sinal de controle recebido.

[0052] A Figura 5 mostra ainda outro exemplo de um sistema de comunicações que compreende um transmissor 500 e um receptor 501. O sistema da Figura 5 é similar ao sistema da Figura 4 pelo fato de que tanto o receptor quanto o transmissor compreendem os respectivos arranjos de antenas 504 e 506, sendo que cada um compreende uma respectiva pluralidade de antenas. O transmissor 500 compreende ainda uma unidade de processamento de sinal 505 conectada ao arranjo de antenas 504 e o receptor 501 compreende uma unidade de processamento de sinal 507 conectada ao arranjo de antenas 506. O receptor compreende ainda o conjunto de circuitos 508 para determinar o espalhamento por atraso do sinal recebido e um circuito de controle 510 adaptado para receber o espalhamento por atraso determinado e determinar se o número de antenas de transmissão deve ser alterado. Se o circuito de controle determinar que o número de antenas no transmissor deve ser alterado, o circuito de controle é adaptado para sinalizar um sinal de controle 509 ao transmissor 500. Se o circuito de controle determinar que o número de antenas no receptor deve ser alterado, o circuito de controle é adaptado para alimentar um sinal de controle correspondente 519 à unidade de processamento de sinal 507 de modo a fazer com que a unidade de processamento de sinal realize uma operação de formação de feixe no sinal recebido com base em um número diferente de antenas. O transmissor 500 é adaptado para receber o sinal de controle e alimentar o sinal de controle recebido para a unidade de processamento de sinal 505 de modo a fazer com que a unidade de processamento de sinal transmita um sinal formado em feixe com o uso de um número diferente de antenas conforme indicado pelo sinal de controle recebido, todos conforme descrito em conexão com a Figura 4.

[0053] Na modalidade da Figura 5, o transmissor e o receptor são adaptados para possivelmente ser operáveis em diferentes taxas de bit conforme controladas pelos respectivos sinais de controle 521 e 522 alimentados nas respectivas unidades de processamento de sinal.

[0054] A redução da taxa de bits em um link de comunicação pode ser atingida reduzindo-se a taxa de código e/ou redução do tamanho do alfabeto de modulação enquanto mantém a taxa de símbolos transmitida pelo canal constante, já que esse é tipicamente determinado pela taxa de amostragem. Alternativamente, em algumas modalidades, o sistema de comunicações reduz a taxa de bits por redução real da taxa de símbolos usada. Especificamente, em uma modalidade, uma simples modulação pode ser usada todo o tempo, por exemplo, modulação por deslocamento de fase binária (BPSK) sem nenhuma codificação de correção de erro. Tal modalidade permite comunicação e processamento de sinal a uma taxa de dados muito alta. Assim, os símbolos são binários e a taxa de bits transmitida sobre o canal podem ser reduzidos reduzindo-se da taxa de símbolos.

[0055] Na modalidade da Figura 5, o circuito de controle 510 do receptor determina, com base no sinal de sondagem, se o número de antenas no receptor e/ou transmissor deve ser alterado e/ou se a taxa de bits da transmissão deve ser alterado. Uma alteração no número de antenas é controlada conforme descrito em conexão com a Figura 4. Se o circuito de controle determinar que a taxa de bits deve ser alterada, o circuito de controle sinaliza um sinal de controle 521 ao transmissor e alimenta um sinal de controle correspondente 522 à unidade de processamento de sinal do receptor.

[0056] A Figura 6 mostra um fluxograma de um processo de comunicação em um sistema de comunicação, por exemplo, o sistema da Figura 5 que é operável com um número variável de antenas e com uma taxa de bits variáveis e em que o receptor é operado como uma unidade mestre e o transmissor é operado como uma unidade escrava. O sistema pode operar com o uso de um esquema de transmissão TDD, já que as medições de canal do mestre para o escravo então também fornecem informações precisas sobre o canal entre o escravo e o mestre e vice versa. Durante uma etapa de sincronização inicial S601, o mestre informa (com o uso de uma taxa de bits suficientemente baixa) ao escravo que transmita um sinal de sondagem a uma taxa de bits inicial (por exemplo, alta) e com um número inicial de antenas, por exemplo, o menor número de antenas com o qual o mestre pode operar (por exemplo, uma única antena). A etapa de sondagem subsequente S602 pode compreender a unidade escrava transmitir (com a taxa de bits inicial e número inicial de antenas) para a unidade mestre um sinal predeterminado conhecido pelo mestre; o mestre recebe o sinal de sondagem com um número inicial de antenas de recebimento. Na etapa S603, o mestre usa o sinal de sondagem recebido para estimar as condições de canal, a fim de verificar se o sinal pode ser recebido de modo que uma relação de espalhamento por atraso predeterminada seja cumprida. Isso pode ainda implicar determinar se um equilíbrio desejado ou necessário entre a complexidade (por exemplo, em termos de números de antenas) e taxa de símbolos é cumprido. Se sim, o processo prossegue na etapa S604, em que a transmissão real inicia com o uso da taxa de símbolos e número de antenas decididos e de acordo com um protocolo de comunicação adequado. De outro modo, o processo prossegue na etapa S605, em que a unidade mestre determina uma alteração no número de antenas e/ou a taxa de símbolos, com base em um algoritmo de decisão predeterminado. Essa alteração pode incluir um aumento ou uma diminuição do número de antenas e/ou aumento ou diminuição da taxa de símbolos, dependendo de se a relação de espalhamento por atraso é cumprida e dependendo de se o equilíbrio desejado entre a taxa de símbolos e a complexidade é cumprido. Por exemplo, o mestre pode decidir aumentar inicialmente o número de antenas no receptor. Se o número máximo de antenas receptoras foi atingido e a condição de espalhamento por atraso não foi ainda cumprida, o mestre pode sinalizar o transmissor para aumentar o número de antenas de transmissão. Se um aumento ao número máximo de antenas de transmissão ainda não for suficiente para cumprir a condição de espalhamento por atraso, o mestre pode fazer com que a taxa de símbolos seja diminuída até as condições de espalhamento por atraso serem cumpridas. Será entendido também que esquemas de decisão alternativos podem ser usados ao invés disso. Em geral, as etapas acima implantam um processo para trocar a complexidade de antena por taxa de símbolos enquanto cumpre o requisito de espalhamento por atraso. Na etapa S605, se a unidade mestre decidir alterar o número de antenas no mestre, o mestre realiza essa alteração. Se o mestre decidir alterar o número de antenas no escravo e/ou alterar a taxa de bits, o mestre sinaliza essa solicitação de alteração ao escravo. Subsequentemente, o processo prossegue na etapa S602 para determinar se a alteração implantada é suficiente para cumprir a condição de espalhamento por atraso e/ou o equilíbrio desejado entre complexidade e taxa de símbolos.

[0057] Embora o método e sistema revelados no presente documento tenham sido principalmente descritos em referência ás modalidades específicas, deve-se verificar que o método e sistema revelados no presente documento podem ser também implantados em conexão com modalidades alternativas. Por exemplo, o método e sistema revelados no presente documento foram principalmente descritos em conexão com um sistema de mestre-escravo em que um dos dispositivos de comunicação opera como uma unidade mestre e o outro opera como uma unidade escrava. No entanto, deve-se verificar que o método e sistema revelados no presente documento podem ser também implantados no contexto de sistema de comunicações alternativo em que a seleção de um número de antenas dentre um subarranjo pode ser realizada por um dos dispositivos de comunicação sozinhos ou por meio de outro esquema de negociação adequado entre os dispositivos de comunicação.

[0058] Além disso, embora as modalidades do método e sistema revelados no presente documento tenham sido principalmente descritos no contexto de antenas e comunicação de radiofrequência, deve-se verificar que o método e sistema podem ser também aplicados em combinação com outras formas de transdutores e/ou sinais de comunicação.

[0059] Deve-se verificar que, em modalidades alternativas, apenas a taxa de símbolos e o número de elemento de antena ou no receptor ou no transmissor podem ser variáveis. A seleção tanto da taxa de símbolos quanto do número de antenas de transmissão e/ou recebimento permite a troca entre a taxa de símbolos e a complexidade (energia).

[0060] Em geral, em algumas modalidades, uma configuração salva de uma situação de conectividade anterior pode ser usada como ponto de partida para interativamente configurar a comunicação, assim, em muitas situações, diminuindo o tempo necessário para determinar o número apropriado de antenas ou taxa de símbolos.

[0061] O método, meio de produto e dispositivo descritos no presente documento podem ser implantados por meio de hardware que compreende diversos elementos distintos e por meio de um microprocessador adequadamente programado. Nas reivindicações do dispositivo que enumeram diversos meios, diversos desses meios podem ser incorporados por um e o mesmo item de hardware, por exemplo, um microprocessador adequadamente programado, um ou mais processadores de sinal digital ou similares. O mero fato de que certas medidas são citadas em reivindicações dependentes mutuamente ou descritas em modalidades diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não possa ser usada vantajosamente.

[0062] Deve-se enfatizar que o termo "compreende/que compreende" quando usado nesse relatório descritivo é usado para especificar a presença de recursos, números inteiros, etapas ou componentes determinados, mas não exclui a presença ou adição de um ou mais recursos, números inteiros, etapas, componentes ou grupos dos mesmos.

Claims

1. Método para comunicar um sinal por meio de um canal de comunicações sem fio entre um transmissor (100, 200, 400, 500) e um receptor (101, 201, 401, 501), sendo que pelo menos um dentre o transmissor e o receptor compreende uma pluralidade de transdutores (106, 204, 404, 406, 504, 506) para transformar um sinal entre um sinal elétrico e um sinal sem fio, sendo que o método compreende: - determinar (S302; S602) um de um espalhamento por atraso medido e pelo menos estimado do canal de comunicações sem fio; - com base pelo menos no espalhamento por atraso determinado, selecionar (S303, S305) um número de transdutores dentre a pluralidade de transdutores; - comunicar (S304) um sinal sem fio do transmissor para o receptor com o uso do número selecionado de transdutores; caracterizado pelo fato de que selecionar compreende selecionar um número mínimo de transdutores para fazer com que o espalhamento por atraso determinado seja menor que um limite predeterminado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os transdutores são antenas.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espalhamento por atraso é determinado a partir de um número estimado de trajetos de propagação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que selecionar compreende selecionar o número mínimo de transdutores para permitir o processamento do sinal sem fio comunicado pelo receptor sem um equalizador.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o receptor é um receptor sem equalizador.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que selecionar compreende ainda selecionar o número mínimo de transdutores para fazer com que espalhamento por atraso de valor médio quadrático seja menor que uma fração predeterminada do tempo necessário para transmitir um bit de informações.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transmissor (400) compreende uma primeira pluralidade de transdutores de transmissão (404) e o receptor (401) compreende uma segunda pluralidade de transdutores de recebimento (406); em que selecionar compreende selecionar um primeiro número dos transdutores de transmissão e um segundo número dos transdutores de recebimento; e em que comunicar compreende comunicar o sinal sem fio com o uso do primeiro número selecionado de transdutores de transmissão e do segundo número de transdutores de recebimento.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar compreende: comunicar um sinal de teste do transmissor para o receptor com o uso de pelo menos um subconjunto da pluralidade de transdutores; e estimar o espalhamento por atraso do sinal de teste recebido pelo receptor.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que comunicar compreende realizar uma operação de processamento de sinal de formação de feixe por pelo menos um dentre o transmissor e o receptor para comunicação de sinal direcional com o uso do número selecionado de transdutores.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende, com base no espalhamento por atraso determinado, selecionar (S603, S605) o número de transdutores e uma taxa de bits, e em que comunicar compreende comunicar (S604) o sinal sem fio do transmissor para o receptor com o uso do número selecionado de transdutores e a taxa de bits selecionada.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que selecionar a taxa de bits compreende selecionar uma taxa de símbolos correspondente, e em que comunicar compreende comunicar (S604) o sinal sem fio com o uso do número selecionado de transdutores e a taxa de símbolos selecionada.

12. Dispositivo de comunicações (100, 200, 400, 500, 101, 201, 401, 501) para comunicar um sinal por meio de um canal de comunicações sem fio, em que o dispositivo de comunicações compreende: - uma pluralidade de transdutores (106, 204, 404, 406, 504, 506) configurados para transformar um sinal entre um sinal elétrico e um sinal sem fio, em que o dispositivo de comunicações é configurado para: - determinar um de um espalhamento por atraso medido ou pelo menos estimado do canal de comunicações sem fio; - com base pelo menos no espalhamento por atraso determinado, selecionar um número de transdutores da pluralidade de transdutores, caracterizado pelo fato de que o número selecionado é um número mínimo de transdutores que fazem com que o espalhamento por atraso determinado seja menor do que um limite predeterminado; e - comunicar o sinal sem fio com o uso do número selecionado de transdutores.

13. Dispositivo de comunicações, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um receptor sem equalizador.

14. Dispositivo de comunicações, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de comunicações é configurado para: selecionar um primeiro número dos transdutores de transmissão e um segundo número dos transdutores de recebimento; e comunicar o sinal sem fio com o uso do primeiro número selecionado de transdutores de transmissão e o segundo número de transdutores de recebimento.

15. Dispositivo de comunicações, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de comunicações é configurado para, com base no espalhamento por atraso determinado, selecionar o número de transdutores e uma taxa de bits; e comunicar o sinal do transmissor para o receptor com o uso do número selecionado de transdutores e a taxa de bits selecionada.

16. Sistema de comunicações para comunicar um sinal, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende: um dispositivo transmissor (100, 200, 400, 500) e um dispositivo receptor (101, 201, 401, 501) configurados para se comunicarem entre si por meio de um canal de comunicações sem fio, sendo que pelo menos um dentre o dispositivo transmissor e o dispositivo receptor compreende um dispositivo de comunicações, o dispositivo de comunicações compreendendo: uma pluralidade de transdutores para transformar um sinal entre um sinal elétrico e um sinal sem fio, o dispositivo de comunicação configurado para: - determinar um de um espalhamento por atraso medido ou pelo menos estimado do canal de comunicações sem fio; - com base pelo menos no espalhamento por atraso determinado, selecionar um número mínimo de transdutores para fazer com que o espalhamento por atraso determinado seja menor do que um valor limite predeterminado; e - comunicar o sinal sem fio com o uso do número mínimo de transdutores.