BRPI0209636B1

BRPI0209636B1 - método e equipamento para alocar recursos em um sistema de comunicação por múltiplas-entradas e múltiplas-saídas (mimo)

Info

Publication number: BRPI0209636B1
Application number: BRPI0209636A
Authority: BR
Inventors: Jay R Walton; Mark Wallace; Steven J Howard
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2015-12-01
Also published as: ATE365405T1; EP1388231B1; US8489107B2; CA2446877C; US20080013638A1; US20030087673A1; KR20030096405A; EP1388231A1; MXPA03010414A; EP1830509A3; US6662024B2; TW545074B; US20110261899A1; CN1522512A; EP1830509A2; DE60220783T2; AU2002309974B2; BR0209636A; JP4537004B2; HK1065665A1

Abstract

"método e equipamento para alocar recursos em um sistema de comunicação de múltiplas entradas e múltiplas saídas (mimo)". são descritas técnicas para programar transmissão de dados de downlink a diversos terminais em um sistema de comunicação sem fio. em um método, um ou mais conjuntos de terminais são formados para possível transmissão de dados, com cada conjunto incluindo uma única combinação de um ou mais terminais e correspondendo a uma hipótese a ser avaliada. podem ser formadas adicionalmente uma ou mais sub-hipóteses para cada hipótese, com cada sub-hipótese correspondendo a designações específicas de diversas antenas transmissoras para o um ou mais terminais na hipótese. o desempenho de cada sub-hipótese é a seguir avaliado e uma das sub-hipóteses avaliadas é selecionada com base em seu desempenho. os terminais na sub-hipótese selecionada são a seguir programados para transmissão de dados e os dados são a seguir codificados, modulados e transmitidos a cada terminal programado a partir de uma ou mais antenas transmissoras designadas para o terminal.

Description

"MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA ALOCAR RECURSOS EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO POR MÚLTIPLAS-ENTRADAS E MÚLTIPLAS-SAÍ DAS (MIMO) " FUNDAMENTO

Campo A presente invenção refere-se de modo geral a comunicação de dados e mais especificamente a técnicas para alocar recursos de downlink em um sistema de comunicação por múltiplas-entradas e múltiplas-saidas (MIMO). Fundamentos Os sistemas de comunicação sem fio estão amplamente desenvolvidos para prover diversos tipos de comunicação tal como voz, dados e assim por diante, para diversos usuários. Estes sistemas podem estar baseados no acesso múltiplo por divisão de código (CDMA), no acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA), acesso múltiplo por divisão de freqüência (FDMA) ou algumas outras técnicas de acesso múltiplo.

Um sistema de comunicação por múltiplas-entradas e múltiplas-saidas (MIMO) emprega múltiplas antenas transmissoras (NT) e múltiplas antenas receptoras (NR) para transmissão de múltiplos fluxos de dados independentes. Em uma implementação de sistema MIMO comum, os fluxos de dados são transmitidos a um único terminal a qualquer dado momento. Porém, um sistema de comunicação de acesso múltiplo que possui uma estação base com múltiplas antenas também pode comunicar-se concomitantemente com diversos terminais. Neste caso, a estação base emprega várias antenas e cada terminal emprega NR antenas para receber um ou mais dos múltiplos fluxos de dados. A conexão entre uma estação base de múltiplas antenas e um único terminal de múltiplas antenas é chamado um canal MIMO. Um canal MIMO formado por estas antenas transmissoras NT e receptoras NR pode ser decomposto em Nc canais independentes, com Nc < min {NT, NR} . Cada um dos canais independentes Nc também é denominado como um subcanal espacial do canal MIMO e corresponde a uma dimensão. 0 sistema MIMO pode fornecer desempenho aperfeiçoado (por exemplo, capacidade de transmissão aumentada) caso as dimensões adicionais destes subcanais criadas pelas múltiplas antenas transmissoras e receptoras forem utilizadas.

Cada canal MIMO entre a estação base e um terminal experimenta tipicamente características de link diferentes e é associado à capacidade de transmissão diferente, assim os subcanais espaciais disponíveis para cada terminal possuem capacidades efetivas diferentes. A utilização eficiente dos recursos de downlink disponíveis (e capacidade de transmissão (throughput) mais alta) pode ser atingida caso os Nc subcanais espaciais disponíveis forem alocados efetivamente de modo que aqueles dados sejam transmitidos nestes subcanais a um conjunto "adequado" de terminais no sistema MIMO. Há, portanto, uma demanda na arte por técnicas para alocar recursos de downlink em um sistema MIMO para prover desempenho do sistema aperfeiçoado.

SUMÁRIO

Aspectos da invenção proveem técnicas para aumentar o desempenho de downlink de um sistema de comunicação sem fio. Em um aspecto, dados podem ser transmitidos a partir de uma estação base para um ou mais terminais utilizando um dos diversos modos de operação diferentes. Em um modo MIMO, todos os fluxos de dados de downlink disponíveis são alocados em um único terminal que emprega múltiplas antenas (isto é, um terminal MIMO). Em um modo N-SIMO, um único fluxo de dados é alocado a cada um dos diversos terminais distintos, com cada terminal empregando múltiplas antenas (isto é, terminais SIMO). E, em um modo misturado, os recursos de downlink podem ser alocados a uma combinação de terminais SIMO e MIMO, com ambos os tipos de terminais sendo suportados simultaneamente. Ao transmitir dados simultaneamente para múltiplos terminais SIMO, um ou mais terminais MIMO, ou uma combinação dos mesmos, a capacidade de transmissão do sistema é aumentada.

Em outro aspecto, a programação de esquemas é provida para programar transmissões de dados a terminais ativos. Um programador seleciona o melhor modo de operação a utilizar com base em diversos fatores tais como, por exemplo, os serviços que são solicitados pelos terminais. Além disso, o programador pode executar um nível adicional de otimização mediante seleção de um conjunto específico de terminais para transmissão de dados simultânea e designar as antenas transmissoras disponíveis aos terminais selecionados de modo que sejam atingidos desempenho de sistema elevado e outras exigências. São providos diversos esquemas de programação e esquemas de designação de antena como descrito abaixo.

Uma modalidade específica da invenção provê um método para programar transmissão de dados no downlink a diversos terminais em um sistema de comunicação sem fio. De acordo com o método, um ou mais conjuntos de terminais são formados para possível transmissão de dados, com cada conjunto compreendendo uma única combinação de um ou mais terminais e correspondendo a uma hipótese a ser avaliada. Podem ser formadas adicionalmente uma ou mais sub-hipóteses para cada hipótese, com cada sub-hipótese correspondendo a designações específicas de diversas antenas transmissoras para um ou mais terminais na hipótese. 0 desempenho de cada sub-hipótese é a seguir avaliado e uma das sub-hipóteses avaliadas é selecionada com base em seu desempenho. 0(s) terminal(is) na sub-hipótese selecionada é(são) a seguir programados para transmissão de dados e os dados são por conseguinte transmitidos a cada terminal programado a partir de uma ou mais antenas transmissoras designadas ao terminal.

Cada antena transmissora pode ser utilizada para transmitir um fluxo de dados independente. Para atingir desempenho elevado, cada fluxo de dados pode ser codificado (coded) e modulado com base em um esquema selecionado, por exemplo, com base em uma estimativa de sinal/ruído-mais-interferência (SNR) para a antena utilizada para transmitir o fluxo de dados.

Os terminais que desejam a transmissão de dados (isto é, terminais "ativos") podem ser priorizados com base em várias medidas e fatores. A prioridade dos terminais ativos pode ser utilizada para selecionar quais terminais devem ser considerados para programação e/ou para designação das antenas transmissoras disponíveis para os terminais selecionados. A invenção provê adicionalmente métodos, sistemas e equipamentos que implementam diversos aspectos, modalidades e características da invenção, como descrito em maiores detalhes abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características, natureza e vantagens da presente invenção ficarão mais aparentes diante da descrição detalhada abaixo quando tomada em conjunto com os desenhos nos quais referências similares identificam caracteres correspondentes pelo todo e em que: A Figura 1 é um diagrama de um sistema de comunicação por múltiplas-entradas e múltiplas-saídas (MIMO) que pode ser projetado e operado para implementar diversos aspectos e modalidades da invenção; A Figura 2 é um fluxograma de um processo para programar terminais para transmissão de dados, de acordo com uma modalidade da invenção; A Figura 3 é um fluxograma de um processo para designar antenas transmissoras para antenas receptoras utilizando um critério "máx-máx", de acordo com uma modalidade da invenção; A Figura 4 é um fluxograma para um esquema de programação com base em prioridade por meio do qual um conjunto de um ou mais terminais com prioridade mais alta é considerado para programação, de acordo com uma modalidade da invenção; A Figura 5 é um diagrama de blocos de uma estação base e diversos terminais no sistema comunicação MIMO; A Figura 6 é um diagrama de blocos de uma modalidade da parte transmissora de uma estação base capaz de processar dados para transmissão aos terminais com base nas CSI disponíveis; A Figura 7 é um diagrama de blocos de uma modalidade da parte receptora de um terminal;

As Figuras 8A e 8B são diagramas de blocos de uma modalidade de um processador de dados/MIMO de canal e um cancelador de interferência, respectivamente, de um processador de dados/MIMO de recepção (RX) no terminal; e A Figura 9 mostra a capacidade de transmissão média para um sistema de comunicação MIMO com quatro antenas transmissoras (isto é, NT = 4) e quatro antenas receptoras em cada terminal (isto é, NR = 4) para dois modos de operação diferentes.

DESCRIÇÃO DETALHADA A Figura 1 é um diagrama de um sistema de comunicação por múltiplas-entradas e múltiplas-saidas (MIMO) 100 que pode ser projetado e operado para implementar diversos aspectos e modalidades da invenção. O sistema MIMO 100 emprega múltiplas antenas transmissoras (NT) e múltiplas antenas receptoras (NR) para transmissão de dados. 0 sistema MIMO 100 é formado efetivamente por um sistema de comunicação de acesso múltiplo que possui uma estação base (BS - Base Station) 104 que pode comunicar-se concomitantemente com diversos terminais (T) 106. Neste caso, a estação base 104 emprega múltiplas antenas e representa as múltiplas entradas (MI - Multiple-Input) para transmissões no downlink a partir da estação base para os terminais.

Um conjunto de um ou mais terminais 106 "comunicativos" representam coletivamente as múltiplas saídas (MO - Multiple-Output) para transmissões no downlink. Como utilizado neste relatório, um terminal comunicativo é aquele que recebe dados específicos de usuário a partir da estação base e um terminal "ativo" é aquele que deseja transmissão de dados em um intervalo de transmissão iminente ou futuro. Os terminais ativos podem incluir terminais que estão comunicando-se atualmente. O sistema MIMO 100 pode ser projetado para implementar qualquer número de padrões e projetos para CDMA, TDMA, FDMA e outras técnicas de acesso múltiplo. Os padrões CDMA incluem os padrões IS-95, cdma2000 e W-CDMA; e os padrões TDMA incluem o padrão do Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM). Estes padrões são conhecidos na técnica e estão aqui incorporados por referência. O sistema MIMO 100 pode ser operado para transmitir dados por diversos canais de transmissão. Cada terminal 106 comunica-se com a estação base 104 através de um canal MIMO. Um canal MIMO pode ser decomposto em Nc canais independentes, com Nc < min (NT, NR} . Cada um dos Nc canais independentes também é chamado como um subcanal espacial do canal MIMO. Para um sistema MIMO que não utiliza modulação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM), há tipicamente apenas um subcanal de freqüência e cada subcanal espacial pode ser designado como um "canal de transmissão". E para um sistema MIMO que utiliza OFDM, cada subcanal espacial de cada subcanal· de freqüência pode ser designado como um canal de transmissão.

Para o exemplo mostrado na Figura 1, a estação base 104 comunica-se concomitantemente com os terminais 106a a 106d (como indicado pelas linhas cheias) através de múltiplas antenas disponíveis na estação base e múltiplas antenas disponíveis em cada terminal. Os terminais 106e a 106h podem receber referências piloto e outras informações de sinalização a partir da estação base 104 (como indicado pelas linhas pontilhadas), mas não está recebendo dados específicos de usuário a partir da estação base.

Cada terminal 106 no sistema MIMO 100 emprega NR antenas para recepção de um ou mais fluxos de dados. Geralmente, o número de antenas em cada terminal é igual ao, ou maior que o, número de fluxos de dados transmitidos pela estação base. Porém, os terminais no sistema não precisam estar todos equipados com número igual de antenas receptoras.

Para o sistema MIMO 100, o número de antenas em cada um dos terminais (NR) é tipicamente maior que ou igual ao número de antenas na estação base (NT) . Neste caso, para o downlink, o número de subcanais espaciais está limitado ao número de antenas transmissoras na estação base. Cada antena transmissora pode ser utilizada para enviar um fluxo de dados independente que pode ser codificado e modulado com base em um esquema suportado pelo subcanal espacial associado ao canal MIMO entre a estação base e o terminal selecionado.

Os aspectos da invenção proveem técnicas pára aumentar o desempenho de um sistema de comunicação sem fio. Estas técnicas podem ser utilizadas vantajosamente para aumentar a capacidade de downlink de um sistema celular de acesso múltiplo. Estas técnicas também podem ser utilizadas em combinação com outras técnicas de acesso múltiplo.

Em um aspecto, dados podem ser transmitidos a partir de uma estação base para um ou mais terminais utilizando um de diversos modos de operação diferentes. Em um modo MIMO, os recursos de downlink disponíveis são alocados a um único terminal (isto é, um terminal MIMO). Em um modo N-SIMO, os recursos de downlink são alocados a diversos terminais distintos, com cada terminal demodulando um único fluxo de dados (isto é, terminais SIMO) . E em um modo misturado, os recursos de downlink podem ser alocados a uma combinação de terminais SIMO e MIMO, com ambos os tipos de terminais sendo suportados simultaneamente no mesmo canal, que pode ser uma partição de tempo (time slot), um canal de código, um subcanal de freqüência e assim por diante. Mediante transmissão de dados simultânea a múltiplos terminais SIMO, um ou mais terminais MIMO, ou uma combinação dos mesmos, a capacidade de transmissão do sistema é aumentada.

Em outro aspecto, esquemas de programação são providos para programar transmissões de dados a terminais ativos. Um programador seleciona o melhor modo de operação a utilizar com base em diversos fatores tais como, por exemplo, os serviços sendo solicitados pelos terminais. Além disso, o programador pode executar um nível adicional de otimização ao selecionar um conjunto específico de terminais para transmissão de dados simultânea e designação das antenas transmissoras disponíveis aos terminais selecionados de modo que seja atingido elevado desempenho de sistema e outras exigências. São descritos diversos esquemas de programação e esquemas de designação de antena em maiores detalhes abaixo.

Com MIMO, múltiplos fluxos de dados independentes podem ser transmitidos a partir da estação base através de múltiplas antenas transmissoras a um ou mais terminais programados. Caso o ambiente de propagação tiver disseminação suficiente, as técnicas de processamento de receptor MIMO podem ser utilizadas nos terminais para explorar eficientemente as dimensionalidades espaciais do canal MIMO para aumentar a capacidade de transmissão. As técnicas de processamento de receptor MIMO podem ser utilizadas quando a estação base estiver comunicando-se simultaneamente com múltiplos terminais. A partir da perspectiva do terminal, as mesmas técnicas de processamento de receptor MIMO podem ser utilizadas para processar NT sinais diferentes destinados para aquele terminal (por exemplo, um único terminal MIMO) ou apenas um dos NT sinais (isto é, terminais SIMO).

Como mostrado na Figura 1, os terminais podem ser distribuídos aleatoriamente na área de cobertura da estação base (ou "célula") ou podem ser co-localizados. Para um sistema de comunicação sem fio, as características de link variam tipicamente com o passar do tempo devido a diversos fatores tais como desvanecimento e multipercurso. Em um momento específico, a resposta de canal entre o arranjo da estação base de NT antenas transmissoras e NR antenas receptoras para um único terminal pode ser caracterizado por uma matriz H cujos elementos estão compostos de variáveis aleatórias Gaussianas independentes, como a seguir: em que H é a matriz de resposta de canal para o terminal e hifj é o acoplamento entre a i-ésima antena transmissora da estação base e a j-ésima antena receptora do terminal.

Como mostrado na equação (1), as estimativas de canal para cada terminal podem ser representadas com uma matriz possuindo NT x NR elementos que correspondem ao número de antenas transmissoras na estação base e ao número de antenas receptoras no terminal. Cada elemento da matriz H descreve a resposta para um par de antena transmissora-receptora respectivo entre a estação base e um terminal. Para simplicidade, a equação (1) descreve uma caracterização de canal baseada em um modelo de canal de desvanecimento plano (isto é, um valor complexo para toda a largura de banda do sistema) . Em um ambiente de operação real, o canal pode ser seletivo em freqüência (isto é, a resposta de canal varia ao longo da largura de banda do sistema) e uma caracterização de canal mais detalhada pode ser utilizada (por exemplo, cada elemento da matriz H pode incluir um conjunto de valores para subcanais de freqüência diferente ou retardos de tempo).

Os terminais ativos no sistema MIMO estimam periodicamente a resposta de canal para cada par de antena transmissora-receptora. As estimativas de canal podem ser facilitadas de diversos modos tal como, por exemplo, com a utilização de técnicas direcionadas a decisão de piloto e/ou dados conhecidas na técnica. As estimativas de canal podem compreender a estimativa de resposta de canal de valor complexo para cada par de antena transmissora-receptora, como descrito acima na equação (1) . As estimativas de canal fornecem informações sobre as características de transmissão de cada um dos subcanais espaciais, isto é, que taxa de dados é suportável em cada subcanal com um determinado conjunto de parâmetros de transmissão. As informações dadas pelas estimativas de canal podem ser refinadas em uma estimativa de relação sinal/ruído-mais-interferência (SNR) pós-processada para cada subcanal espacial (descrito abaixo), ou alguma outra estatística que permita ao transmissor selecionar os parâmetros adequados de transmissão para aquele subcanal espacial. Tipicamente, este processo de derivação da estatística essencial reduz a quantidade de dados requerida para caracterizar um canal. Em qualquer caso, estas informações representam uma forma de informações de estado de canal (CSI) que pode ser reportado à estação base. Também podem ser reportadas outras formas de CSI e estão descritas abaixo.

As CSI agregadas recebidas da coleção de terminais que podem ser utilizadas para (1) selecionar um "melhor" conjunto de um ou mais terminais para transmissão de dados, (2) designar as antenas transmissoras disponíveis aos terminais selecionados no conjunto e (3) selecionar o esquema de codificação e de modulação apropriado para cada antena transmissora. Com as CSI disponíveis, podem ser projetados diversos esquemas de programação para maximizar o desempenho de downlink mediante avaliação de qual combinação específica de terminais e designações de antena provêem o melhor desempenho de sistema (por exemplo, a maior capacidade de transmissão) sujeita a qualquer restrição e exigências do sistema. Ao explorar as "assinaturas" espaciais (e possivelmente freqüência) dos terminais ativos individuais (isto é, suas estimativas de canal), a capacidade de transmissão no downlink média pode ser aumentada.

Os terminais podem ser programados para transmissão de dados com base em diversos fatores. Um conjunto de fatores pode estar relacionado a restrições e exigências do sistema tal como a qualidade de serviço (QoS) desejada, latência máxima, taxa de dados média e assim por diante. Alguns ou todos estes fatores podem precisar ser satisfeitos em uma base por terminal (isto é, para cada terminal) em um sistema de comunicação de acesso múltiplo. Outro conjunto de fatores pode relacionar-se ao desempenho do sistema, que pode ser quantizado por uma taxa de capacidade de transmissão de sistema média ou algumas outras indicações de desempenho. Estes diversos fatores são descritos em maiores detalhes abaixo.

Os esquemas de programação podem ser projetados para selecionar os melhores conjuntos de terminais para transmissão de dados simultânea nos canais de transmissão disponíveis de modo que o desempenho do sistema seja maximizado enquanto conforma-se às restrições e exigências do sistema. Para maior simplicidade, diversos aspectos da invenção são descritos abaixo para um sistema MIMO sem OFDM no qual um fluxo de dados independente pode ser transmitido pela estação base a partir de cada antena transmissora. Neste caso, (até) NT fluxos de dados independentes podem ser transmitidos simultaneamente pela estação base a partir de NT antenas transmissoras e destinadas a um ou mais terminais, cada um equipado com NR antenas receptoras (isto é, MIMO de NT x Nr), em que NR > NT.

Para simplicidade, o número de antenas receptoras é assumido como igual ao número de antenas transmissoras (isto é, Nr = NT) para a maior parte da descrição abaixo. Esta não é uma condição necessária uma vez que todas as análises se aplicam para o caso em que NR> NT. A programação de transmissão de dados no downlink compreende duas partes: (1) seleção de um ou mais conjuntos de terminais para avaliação; e (2) designação das antenas transmissoras disponíveis aos terminais em cada conjunto. Todos os, ou apenas um subconjunto dos, terminais ativos podem ser considerados para programação e estes terminais podem ser combinados para formar um ou mais conjuntos (isto é, hipóteses) a serem avaliadas. Para cada hipótese, as antenas transmissoras disponíveis podem ser designadas aos terminais na hipótese com base em qualquer um de diversos esquemas de designação de antena. Os terminais na melhor hipótese podem ser programados para transmissão de dados em um intervalo futuro. A flexibilidade na seleção do melhor conjunto de terminais para transmissão de dados e a designação das antenas transmitidas aos terminais selecionados permite ao programador otimizar o desempenho mediante exploração de ambiente de diversidade multiusuário.

Para determinar a transmissão "ótima" a um conjunto de terminais, as SNRs ou algumas outras estatísticas suficientes são providas para cada terminal e cada subcanal espacial. Caso a estatística seja a SNR, para cada conjunto de terminais a ser avaliado para transmissão de dados em um intervalo de transmissão futuro, uma matriz de hipótese Γ de SNRs "pós-processadas" (definidas abaixo) para este conjunto terminal pode ser expresso como: em que yífj é a SNR pós-processada para um fluxo de dados transmitido (hipoteticamente) a partir da i-ésima antena transmissora ao J-ésimo terminal.

No modo N-SIMO, as NT linhas na matriz de hipótese Γ correspondem aos NT vetores de SNRs a partir de NT terminais diferentes. Neste modo, cada coluna na matriz de hipótese Γ dá a SNR de cada fluxo de dados de transmissão para um terminal. E no modo misturado, para um terminal MIMO específico designado para receber dois ou mais fluxos de dados, o vetor daquele terminal de SNRs pode ser reproduzido de modo que o vetor apareça em tantas linhas quanto o número de fluxos de dados a serem transmitidos para o terminal (isto é, uma linha por fluxo de dados). Alternativamente, uma linha na matriz de hipótese Γ pode ser utilizada para cada terminal SIMO ou MIMO e o programador pode ser projetado para marcar e avaliar estes tipos diferentes de terminais adequadamente. A cada terminal no conjunto a ser avaliado, os NT fluxos de dados transmitidos (hipoteticamente) são recebidos pelas NR antenas receptoras do terminal e os NR sinais recebidos podem ser processados utilizando equalização espacial ou espaço-temporal (space-time) para separar os NT fluxos de dados transmitidos, como descrito abaixo. A SNR de um fluxo de dados pós-processado (isto é, depois da equalização) pode ser estimada e compreende a SNR pós-processada para aquele fluxo de dados. Para cada terminal, um conjunto de NT SNRs pós-processadas pode ser provido para os NT fluxos de dados, que podem ser recebidos por aquele terminal.

Caso uma técnica de processamento de receptor de equalização e cancelamento de interferência (ou "cancelamento sucessivo") sucessivos seja utilizada em um terminal para processar os sinais recebidos, a SNR pós-processada atingida no terminal para cada fluxo de dados transmitido depende da ordem na qual os fluxos de dados transmitidos são detectados (isto é, demodulados e decodificados) para recuperar os dados transmitidos, como descrito abaixo. Neste caso, diversos conjuntos de SNRs podem ser providos para cada terminal para várias ordenações de detecção possíveis. Podem ser formadas matrizes de múltiplas hipóteses e avaliadas para determinar qual combinação especifica de terminais e ordenação de detecção provê o melhor desempenho de sistema.

Em qualquer caso, cada matriz de hipótese Γ inclui as SNRs pós-processadas para um conjunto específico de terminais (isto é, hipóteses) a ser avaliado. Estas SNRs pós-processadas representam as SNRs alcançáveis pelos terminais e são utilizados para avaliar a hipótese. A Figura 2 é um fluxograma de um processo 200 para programar terminais para transmissão de dados, de acordo com uma modalidade da invenção. Para maior clareza, todo o processo é primeiro descrito e os detalhes para algumas das etapas no processo são descritos subseqüentemente.

Inicialmente, as medidas a serem utilizadas para selecionar o melhor conjunto de terminais para transmissão de dados é inicializado, na etapa 212. Várias medidas de desempenho podem ser utilizadas para avaliar os conjuntos terminais e alguns destes são descritos em detalhe adicional abaixo. Como exemplo, uma métrica de desempenho que maximiza a capacidade de transmissão no sistema pode ser utilizada.

Um conjunto (novo) de um ou mais terminais ativos é a seguir selecionado dentre todos os terminais ativos considerados para programação, na etapa 214. Este conjunto de terminais formam uma hipótese a ser avaliada. Podem ser utilizadas várias técnicas para limitar o número de terminais ativos a serem considerados para programação, que reduz o número de hipóteses a serem avaliadas, como descrito abaixo. Para cada terminal na hipótese, o vetor de SNR (por exemplo, γ, = [ χ, ·,χ2 γ .]) é recuperado, na etapa 216. Os vetores SNR para todos os terminais na hipótese formam a matriz de hipótese Γ mostrada na equação (2) .

Para cada matriz de hipótese Γ de NT antenas transmissoras e NT terminais, há NT combinações fatoriais possíveis de designações de antenas transmissoras para terminais (isto é, NT! sub-hipóteses). Assim, uma combinação específica (nova) de designações de antena/terminal é selecionada para avaliação, na etapa 218. Esta combinação específica de designações de antena/terminal forma uma sub-hipótese a ser avaliada. A sub-hipótese é a seguir avaliada e a métrica de desempenho (por exemplo, a capacidade de transmissão do sistema) correspondendo a esta sub-hipótese é determinada (por exemplo, com base nas SNRs para a sub-hipótese) , na etapa 220. Esta métrica de desempenho é a seguir utilizada para atualizar a métrica de desempenho que corresponde a melhor sub-hipótese atual, na etapa 222. Especificamente, caso a métrica de desempenho para esta sub-hipótese seja melhor que aquela da melhor sub-hipótese atual, esta sub-hipótese torna-se a nova melhor sub-hipótese; e a métrica de desempenho e outras medidas de terminal correspondentes a esta sub-hipótese são salvas. As medidas de desempenho e de terminal são descritas abaixo.

Uma determinação é a seguir realizada se todas as sub-hipóteses para a hipótese atual tiverem sido ou não avaliadas, na etapa 224. Caso todas as sub-hipóteses não tenham sido avaliadas, o processo volta para a etapa 218 e uma combinação diferente e ainda não avaliada de designações de antena/terminal é selecionada para avaliação. As etapas 218 a 224 são repetidas para cada sub-hipótese a ser avaliada.

Caso todas as sub-hipóteses para uma hipótese especifica tenham sido avaliadas, na etapa 224, é então feita uma determinação de se todas as hipóteses foram consideradas, na etapa 226. Caso todas as hipóteses não tenham sido consideradas, o processo volta para a etapa 214 e um conjunto de terminais diferentes e ainda não considerado é selecionado para avaliação. As etapas 214 a 226 são repetidas para cada hipótese a ser considerada.

Caso todas as hipóteses tenham sido consideradas na etapa 226, então o conjunto especifico de terminais programado para transmitir dados. no intervalo de transmissão futuro e suas antenas transmissoras designadas são conhecidas. As SNRs pós-processadas que correspondem a este conjunto de designações de terminais e antena pode ser utilizado para selecionar os esquemas de codificação e de modulação apropriados para os fluxos de dados a serem transmitidos aos terminais. 0 intervalo de transmissão programado, as designações de antena, os esquemas de codificação e de modulação, outras informações, ou qualquer combinação dos mesmos, pode ser conduzido aos terminais programados (por exemplo, através de um canal de controle), na etapa 228. Alternativamente, os terminais podem executar detecção "cega" e tentar detectar todos os fluxos de dados transmitidos para determinar quais fluxos de dados, caso existir algum, são destinados a eles.

Caso o esquema de programação exigir outras medidas de sistema e de terminal (por exemplo, a taxa de dados média ao longo dos últimos K intervalos de transmissão, a latência para transmissão de dados e assim por diante), estas medidas são atualizadas, na etapa 230. As medidas de terminal podem ser utilizadas para avaliar o desempenho dos terminais individuais e são descritas abaixo. A programação é executada tipicamente para cada intervalo de transmissão.

Para uma determinada matriz de hipótese Γ, o programador avalia várias combinações de casamentos de antena transmissora e terminal (isto é, sub-hipóteses) para determinar as melhores designações para a hipótese. Podem ser utilizados diversos esquemas de designação para designar antenas transmissoras aos terminais para atingir várias metas de sistema tais como eqüidade, maximização de desempenho, e assim por diante.

Em um esquema de designação de antena, todas as sub-hipóteses possíveis são avaliadas com base em uma métrica de desempenho específica e a sub-hipótese com a melhor métrica de desempenho é selecionada. Para cada matriz de hipótese Γ, há NT sub-hipóteses fatoriais (isto é, NT!) possíveis que podem ser avaliadas. Cada sub- hipótese corresponde a uma designação especifica de cada antena transmissora a um terminal respectivo. Cada sub-hipótese pode então ser representada com um vetor de SNRs pós-processadas a qual pode ser expressa como: em que Yifj é a SNR pós-processada para a i-ésima antena transmissora ao j-ésimo terminal e os índices {a, b, ... e r} identificam os terminais específicos nos casamentos de antena transmissora/terminal para a sub-hipótese.

Cada sub-hipótese é adicionalmente associada a uma métrica de desempenho, RSub-hip, a qual pode ser uma função de diversos fatores. Como exemplo, uma métrica de desempenho com base nas SNRs pós-processadas pode ser expressa como: em que /(·) é uma função real positiva específica do argumento (s) dentro dos parênteses.

Podem ser utilizadas várias funções para formular a métrica de desempenho. Em uma modalidade, uma função da capacidade de transmissão alcançável para todas as NT antenas transmissoras para a sub-hipótese pode ser utilizada, a qual pode ser expressa como: Eq. (3) em que r± é a capacidade de transmissão associada à i-ésima antena transmissora na sub-hipótese e pode ser expressa como: Eq. (4) em que c± é uma constante positiva que reflete a fração da capacidade teórica atingida pelo esquema de codificação e de modulação selecionado para o fluxo de dados transmitido na i-ésima antena transmissora e γι é a SNR pós-processada para o i-ésimo fluxo de dados. 0 primeiro esquema de designação de antena mostrado na Figura 2 e descrito acima representa um esquema especifico que avalia todas as combinações possíveis de designações de antenas transmissoras aos terminais. 0 número total de sub-hipóteses potenciais a ser avaliado pelo programador para cada hipótese é NT!, que pode ser grande considerando que um grande número de hipóteses pode precisar ser avaliado. 0 primeiro esquema de programação executa uma busca exaustiva para determinar a sub-hipótese que provê o desempenho de sistema "ideal", como quantificado pela métrica de desempenho utilizada para selecionar a melhor sub-hipótese. Várias técnicas podem ser utilizadas para reduzir a complexidade do processamento para designar antenas transmissoras. Uma destas técnicas é descrita abaixo, e outras também podem ser implementadas e estão dentro do escopo da invenção. Estas técnicas também podem prover elevado desempenho de sistema enquanto reduz a quantidade de processamento requerida para designar antenas transmissoras a terminais.

Em um segundo esquema de designação de antena, um critério máximo-máximo ("máx-máx") é utilizado para designar antenas transmissoras aos terminais na hipótese a ser avaliada. Utilizando este critério máx-máx, cada antena transmissora é designada a um terminal específico que atinge a melhor SNR para a antena transmissora. A designação de antena é executada para uma antena transmissora de cada vez. A Figura 3 é um fluxograma de um processo 300 para designar antenas transmissoras a terminais que utilizam o critério máx-máx, de acordo com uma modalidade da invenção. O processamento mostrado na Figura 3 é executado para uma hipótese específica, que corresponde a um conjunto especifico de um ou mais terminais. Inicialmente, a SNR pós-processada máxima na matriz de hipótese Γ é determinada, na etapa 312. Esta SNR máxima corresponde a um casamento antena transmissora/terminal específico e a antena transmissora é designada a este terminal, na etapa 314. Esta antena transmissora e terminal são a seguir removidos da matriz Γ e a matriz é reduzida para a dimensão (NT-1) x (NT-1) mediante remoção de ambas as colunas que correspondem à antena transmissora e à linha que corresponde ao terminal recém-designado, na etapa 316.

Na etapa 318, uma determinação é realizada se todas as antenas transmissoras na hipótese forem ou não designadas. Caso todas as antenas transmissoras tenham sido designadas, as designações de antena são providas, na etapa 320 e o processo termina. Caso contrário, o processo volta à etapa 312 e outra antena transmissora é designada de modo semelhante.

Uma vez que as designações de antena tenham sido realizadas para uma determinada matriz de hipótese Γ, a métrica de desempenho (por exemplo, a capacidade de transmissão do sistema) que corresponde a esta hipótese pode ser determinada (por exemplo, com base nas SNRs que correspondem às designações de antena), como mostrado nas equações (3) e (4). Esta métrica de desempenho é atualizada para cada hipótese. Quando todas as hipóteses forem avaliadas, o melhor conjunto de terminais e designações de antena é selecionado para transmissão de dados no intervalo de transmissão futuro. A Tabela 1 mostra uma matriz exemplar Γ de SNRs pós-processadas derivadas através de terminais em um sistema MIMO 4x4 no qual a estação base inclui quatro antenas transmissoras e cada terminal inclui quatro antenas receptoras. Para o esquema de designação de antena com base no critério máx-máx, a melhor SNR (16 dB) na matriz original é atingida pela antena transmissora 3 e é designada ao terminal 1, como indicado pela célula sombreada na terceira linha da quarta coluna na tabela. A antena transmissora 3 e o terminal 1 são a seguir removidos da matriz. A melhor SNR (14 dB) na matriz reduzida 3x3 é atingida por ambas as antenas transmissoras 1 e 4, as quais são designadas respectivamente aos terminais 3 e 2. A antena transmissora 2 restante é a seguir designada ao terminal 4.

Tabela 1 A Tabela 2 mostra as designações de antena utilizando o critério máx-máx para a matriz exemplar Γ mostrada na Tabela 1. Para o terminal 1, a melhor SNR (16 dB) é atingida quando do processamento do sinal transmitido a partir da antena transmissora 3. As melhores antenas transmissoras para os outros terminais são também indicadas na Tabela 2. 0 programador pode utilizar estas informações para selecionar o esquema de codificação e modulação adequado para empregar transmissão de dados.

Tabela 2 O esquema de programação descrito nas Figuras 2 e 3 representa um esquema especifico que avalia várias hipóteses que correspondem a diversos conjuntos possíveis de terminais ativos que desejam transmissão de dados no intervalo de transmissão futuro. 0 número total de hipóteses a serem avaliadas pelo programador pode ser bastante grande, até mesmo para um número pequeno de terminais ativos. Na realidade, o número total de hipóteses, NhiP, pode ser expresso como: Eq. (5) em que Nu é o número de terminais ativos a ser considerado para programação. Como exemplo, caso N0 = 8 e NT = 4, então Nhip = 70. Uma busca exaustiva pode ser utilizada para determinar a hipótese específica (e as designações de antena específicas) que provê o desempenho de sistema ideal, como quantificado pela métrica de desempenho utilizada para selecionar as melhores hipótese e designações de antena.

Outros esquemas de programação que possuem complexidade reduzida também podem ser implementados e estão dentro do escopo da invenção. Um tal esquema de programação é descrito abaixo. Estes esquemas também podem prover elevado desempenho de sistema enquanto reduzem a quantidade de processamento requerida para programar terminais para transmissão de dados.

Em outro esquema de programação, os terminais ativos são programados para transmissão de dados com base em suas prioridades. A prioridade de cada terminal pode ser derivada com base em uma ou mais medidas (por exemplo, capacidade de transmissão média), restrições e exigências de sistema (por exemplo, latência máxima), outros fatores, ou uma combinação das mesmas, como descrito abaixo. Uma lista pode ser mantida para todos os terminais ativos que desejam transmissão de dados em um intervalo de transmissão futuro (a qual também pode ser referido como um "quadro" ("trame")). Quando um terminal deseja transmissão de dados, ele é acrescentado à lista e suas medidas são inicializadas (por exemplo, em zero) . As medidas de cada terminal na lista são a seguir atualizadas em cada quadro. Uma vez que um terminal já não deseja transmissão de dados, ele é removido da lista.

Para cada quadro, todos ou um subconjunto dos terminais na lista pode ser considerado para programação. 0 número especifico de terminais a ser considerado pode estar baseado em diversos fatores. Em uma modalidade, apenas os NT terminais de maior prioridade são selecionados para transmissão de dados. Em outra modalidade, os Nx terminais de maior prioridade na lista são considerados para programação, em que Nx > NT. A Figura 4 é um fluxograma de um esquema de programação baseado em prioridade 400 por meio do qual um conjunto de NT terminais de maior prioridade é considerado para programação, de acordo com uma modalidade da invenção. A cada intervalo de quadro, o programador examina a prioridade para todos os terminais ativos na lista e seleciona o conjunto de NT terminais de maior prioridade, na etapa 412. Os terminais restantes na lista não são considerados para programação. As estimativas de canal para cada terminal selecionado são a seguir recuperadas, na etapa 414. Como exemplo, as SNRs pós-processadas para os terminais selecionados podem ser recuperadas e utilizadas para formar a matriz de hipótese Γ.

As NT antenas transmissoras são a seguir designadas aos terminais selecionados com base nas estimativas de canal e utilizando qualquer um de diversos esquemas de designação de antena, na etapa 416. Como exemplo, as designações de antena podem estar baseadas em uma busca exaustiva ou no critério máx-máx descrito acima. Em outro esquema de designação de antena, as antenas transmissoras são designadas aos terminais de modo que as suas prioridades sejam normalizadas tão perto quanto possível, depois que as medidas de terminal forem atualizadas.

As taxas de dados e os esquemas de codificação e modulação para os terminais são a seguir determinados com base nas designações de antena, na etapa 418. 0 intervalo de transmissão programado e as taxas de dados podem ser informadas aos terminais programados. As medidas de terminais programados (e não-programados) na lista são atualizadas para refletir a transmissão (e não-transmissão) de dados programada e as medidas de sistema também são atualizadas, na etapa 420. Várias medidas e fatores podem ser utilizados para determinar a prioridade dos terminais ativos. Em uma modalidade, uma "pontuação" pode ser mantida para cada terminal na lista e para cada medida a ser utilizada para programação. Em uma modalidade, uma pontuação indicativa de uma capacidade de transmissão média através de um intervalo de tempo médio específico é mantido para cada terminal ativo. Em uma implementação, a pontuação </>n{k) para o terminal n no quadro k é computado como uma capacidade de transmissão média linear atingida através de algum intervalo de tempo e pode ser expresso como: Eq. (6) em que rn(i) é a taxa de dados obtida (em unidade de bits/quadro) para o terminal n no quadro i e pode ser computado como mostrado na equação (4). Tipicamente, rn{i) é limitada por uma taxa de dados máxima alcançável, rmáX, e uma taxa de dados mínima específica (por exemplo, zero). Em outra implementação, a pontuação tj)n{k) para o terminal n no quadro k é uma capacidade de transmissão média exponencial atingida em algum intervalo de tempo e pode ser expresso como: Eq. (7) em que α é uma constante de tempo para o cálculo de média exponencial, em que um valor maior para α corresponde a um intervalo de tempo de cálculo de média mais longo.

Quando um terminal deseja transmissão de dados, ele é acrescentado à lista e sua pontuação é inicializada em zero. A pontuação para cada terminal na lista é subseqüentemente atualizada em cada quadro. Sempre que um terminal não for programado para transmissão em um quadro, sua taxa de dados para o quadro é ajustada para zero (isto é, rn{k) = 0) e sua pontuação é atualizada de acordo. Caso um quadro seja recebido com erro por um terminal, a taxa de dados efetiva do terminal para aquele quadro pode ser ajustada para zero. 0 erro de quadro pode não ser conhecido imediatamente (por exemplo, devido ao retardo de ida e volta de um esquema de confirmação/confirmação negativa (Ack/Nak) utilizado para a transmissão de dados) mas a pontuação pode ser ajustada de acordo uma vez estas informações estão disponíveis. A prioridade para os terminais ativos também pode ser determinada com base, em parte, em restrições e exigências de sistema. Por exemplo, caso a latência máxima para um terminal específico exceda um valor limite, o terminal pode ser elevado a uma prioridade alta.

Outros fatores também podem ser considerados na determinação da prioridade dos terminais ativos. Um tal fator pode estar relacionado ao tipo de dados a ser transmitido aos terminais. Dados sensíveis a retardo podem ser associados à prioridade mais alta e insensíveis a retardo podem ser associados à prioridade mais baixa. Os dados retransmitidos devido aos erros de decodificação para uma transmissão anterior também podem ser associados à prioridade mais alta desde que outros processos possam estar esperando os dados retransmitidos. Outro fator pode estar relacionado ao tipo de serviço de dados sendo provido aos terminais. Outros fatores também podem ser considerados na determinação de prioridade e estão dentro do escopo da invenção.

Assim a prioridade de um terminal pode ser uma função de qualquer combinação de (1) a pontuação mantida para o terminal para cada medida a ser considerada, (2) outros valores de parâmetro mantidos para restrições e exigências de sistema e (3) outros fatores. Em uma modalidade, as restrições e exigências de sistema representam valores "hard" (isto é, prioridade alta ou baixa, dependendo de se as restrições e exigências foram ou não violadas) e as pontuações representam valores "soft". Para esta modalidade, os terminais para os quais as restrições e exigências de sistema não foram atendidas são considerados imediatamente, junto com outros terminais com base nas suas pontuações.

Um esquema de programação baseado em prioridade pode ser projetado para atingir capacidade de transmissão média igual (isto é, QoS igual) para todos os terminais na lista. Neste caso, os terminais ativos são priorizados com base em suas capacidades de transmissão médias atingidas que podem ser determinadas como mostrado nas equações (6) ou (7). Neste esquema de programação baseado em prioridade, o programador utiliza as pontuações para priorizar terminais para designação para as antenas transmissoras disponíveis. As pontuações dos terminais são atualizadas com base em suas designações ou não-designações para as antenas transmissoras. Os terminais ativos na lista podem ser priorizados de modo que ao terminal com a pontuação mais baixa seja dada a prioridade mais alta; e ao terminal com a pontuação mais alta seja dada, reciprocamente, a prioridade mais baixa. Também podem ser utilizados outros métodos para classificar terminais. A priorização também pode designar fatores de ponderação não-uniformes às pontuações terminais.

Para um esquema de programação no qual terminais são selecionados e programados para transmissão de dados com base em sua prioridade, é possível que agrupamentos terminais pobres aconteçam ocasionalmente. Um conjunto terminal "pobre" é aquele que resulta em matrizes de resposta de canal semelhantes H* que faz com que as SNRs semelhantes e pobres para todos os terminais em todos os fluxos de dados de transmissão como dado na matriz de hipótese Γ. Isto resulta em baixa capacidade de transmissão total para cada terminal no conjunto. Quando isto acontece, as prioridades dos terminais não podem mudar substancialmente ao longo de vários quadros. Deste modo, o programador pode ficar preso a este conjunto terminal especifico até que as prioridades mudem o suficiente para causar uma mudança dos membros no conjunto.

Para evitar o efeito de "agrupamento" (clustering) descrito acima, o programador pode ser projetado para reconhecer esta condição antes de designar terminais para as antenas transmissoras disponíveis e/ou detectar a condição uma vez que tenha ocorrido. Várias técnicas diferentes podem ser utilizadas para determinar o grau de dependência linear nas matrizes de resposta de canal H*. Um método simples de detecção é aplicar um limite específico na matriz de hipótese Γ. Caso todas as SNRs estejam abaixo deste limite, a condição de agrupamento está presente. Caso a condição de agrupamento seja detectada, o programador pode reordenar os terminais (por exemplo, de uma maneira aleatória) em uma tentativa de reduzir a dependência linear na matriz de hipótese. Um esquema de mistura também pode ser desenvolvido para forçar o programador a selecionar conjuntos terminais que resultam em matrizes de hipótese "boas" (isto é, aquelas que possuem quantidade mínima de dependência linear).

Alguns dos esquemas de programação descritos acima empregam técnicas para reduzir a quantidade de processamento requerida para selecionar terminais e designar antenas transmissoras aos terminais selecionados. Estas e outras técnicas também podem ser combinadas para derivar outros esquemas de programação e estão dentro do escopo da invenção. Como exemplo, os Nx terminais com prioridade mais alta podem ser considerados para programação utilizando qualquer um dos esquemas descritos acima.

Esquemas de programação mais complexos também podem ser desenvolvidos que podem ser capazes de atingir capacidade de transmissão mais próxima do ideal. Estes esquemas podem ser requeridos para avaliar um número maior de hipóteses e designações de antena para determinar o melhor conjunto de terminais e as melhores designações de antena. Outros esquemas de programação também podem ser projetados para tirar vantagem da distribuição estatística das taxas de dados atingida por cada terminal. Estas informações podem ser úteis na redução do número de hipóteses a ser avaliado. Além disso, para algumas aplicações, pode ser possível aprender quais agrupamentos terminais (isto é, hipóteses) funcionam bem mediante análise do desempenho ao longo do tempo. Estas informações podem ser a seguir armazenadas, atualizadas e utilizadas pelo programador em intervalos de programação futuros.

As técnicas descritas acima podem ser utilizadas para programar terminais para transmissão de dados utilizando o modo MIMO, o modo N-SIMO e o modo misturado. Outras considerações também podem ser aplicáveis a cada um destes modos de operação, como descrito abaixo.

Modo MIMO

No modo MIMO, (até) NT fluxos de dados independentes podem ser transmitidos simultaneamente pela estação base a partir de NT antenas transmissoras e destinadas a um único terminal MIMO com NR antenas receptoras (isto é, MIMO de NT x NR) , em que NR > NT. 0 terminal pode utilizar equalização espacial (para um canal MIMO não-dispersivo com uma resposta de canal de freqüência plana) ou equalização espaço-temporal (para um canal MIMO dispersivo com uma resposta de canal dependente de freqüência) para processar e separar os NT fluxos de dados transmitidos. A SNR de cada fluxo de dados pós-processado (isto é, depois da equalização) pode ser estimado e enviado de volta à estação base como CSI, que a seguir utiliza as informações para selecionar o esquema de codificação e modulação apropriado para utilizar em cada antena transmissora tal que o terminal meta seja capaz de detectar cada fluxo de dados transmitido no nivel desejado de desempenho.

Caso todos os fluxos de dados sejam transmitidos a um terminal como é o caso no modo MIMO, a técnica de processamento de receptor de cancelamento sucessivo pode ser utilizada no terminal para processar NR sinais recebidos para recuperar NT fluxos de dados transmitidos. Esta técnica processa sucessivamente os NR sinais recebidos várias vezes (ou iterações) para recuperar os sinais transmitidos a partir dos terminais, com um sinal transmitido sendo recuperado para cada iteração. Para cada iteração, a técnica executa processamento linear ou não-linear (isto é, equalização espacial ou espaço-temporal) nos Nr sinais recebidos para recuperar um dos sinais transmitidos e cancelar a interferência devido ao sinal recuperado proveniente dos sinais recebidos para derivar sinais "modificados" possuindo a componente de interferência removida.

Os sinais modificados são a seguir processados pela próxima iteração para recuperar outro sinal transmitido. Ao remover a interferência devido a cada sinal recuperado a partir dos sinais recebidos, a SNR melhora para os sinais transmitidos incluídos nos sinais modificados mas ainda não recuperados. Os resultados SNR melhorados no desempenho melhorado para o terminal bem como para o sistema. Na realidade, sob certas condições operacionais, o desempenho alcançável com a utilização de processamento de receptor de cancelamento sucessivo em combinação com uma equalização espacial de erro médio quadrático mínimo (MMSE) é comparável àquele com processamento CSI completo. A técnica de processamento de receptor de cancelamento sucessivo é descrita em maiores detalhes no Pedido de Patente U.S. N° de série [Registro Geral N° PD010210], intitulado "METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING DATA IN A MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT (MIMO) COMMUNICATION SYSTEM UTILIZING CHANNEL STATE INFORMATION", depositado em 11 de maio de 2001, de propriedade da depositante da presente invenção e aqui incorporado por referência.

Em uma modalidade, cada terminal MIMO no sistema estima e envia de volta NT valores SNR pós-processadas para as NT antenas transmissoras. As SNRs provenientes dos terminais ativos podem ser avaliadas pelo programador para determinar para qual terminal transmitir e quando, e o esquema de codificação e modulação apropriado para utilização em uma base por antena transmissora para cada terminal selecionado.

Os terminais MIMO podem ser selecionados para transmissão de dados com base em uma métrica de desempenho específica formulada para atingir as metas de sistema desejadas. A métrica de desempenho pode estar baseada em uma ou mais funções e qualquer número de parâmetros. Podem ser utilizadas várias funções para formular a métrica de desempenho, tal como a função da capacidade de transmissão alcançável para os terminais MIMO, que são mostrados acima nas equações (3) e (4) .

Modo N-SIMO

No modo N-SIMO, (até) NT fluxos de dados independentes podem ser transmitidos simultaneamente pela estação base a partir das NT antenas transmissoras e destinados a (até) NT terminais SIMO diferentes. Para maximizar o desempenho, o proqramador pode considerar um número grande de possíveis conjuntos terminais para transmissão de dados. 0 programador a seguir determina o melhor conjunto de NT terminais para transmitir simultaneamente em um dado canal (isto é, partição de tempo, canal de código, subcanal de freqüência, e assim por diante). Em um sistema de comunicação de acesso múltiplo, há geralmente restrições em satisfazer certas exigências em uma base por terminal, tal como latência máxima ou taxa de dados média. Neste caso, o programador pode ser projetado para selecionar o melhor conjunto de terminais sujeito a estas restrições.

Em uma implementação para o modo N-SIMO, os terminais utilizam equalização espacial linear para processar os sinais recebidos e a SNR pós-processada que corresponde a cada antena transmissora é provida à estação base. 0 programador a seguir utiliza as informações para selecionar os terminais para transmissão de dados e para designar as antenas transmissoras aos terminais selecionados.

Em outra implementação para o modo N-SIMO, os terminais utilizam processamento de receptor de cancelamento sucessivo para processar o sinal recebido para alcançar SNRs pós-processadas mais altas. Com processamento de receptor de cancelamento sucessivo, as SNRs pós-processadas para os fluxos de dados transmitidos dependem da ordem na qual os fluxos de dados são detectados (isto é, demodulados e decodificados). Em alguns casos, um terminal SIMO especifico pode não ser capaz de cancelar a interferência proveniente de um dado fluxo de dados transmitido destinado a outro terminal, uma vez que o esquema de codificação e modulação utilizado para este fluxo de dados foi selecionado com base na SNR pós-processada do outro terminal. Como exemplo, o fluxo de dados transmitido pode ser destinado ao terminal ux e codificado e modulado para detecção correta em uma SNR pós-processada (por exemplo, 10 dB) alcançável no terminal meta uxr mas outro terminal uy pode receber o mesmo fluxo de dados transmitido em uma SNR pós-processada pior e conseqüentemente não é capaz de detectar o fluxo de dados corretamente. Caso o fluxo de dados destinado a outro terminal não puder ser detectado sem erros, o cancelamento da interferência devido a este fluxo de dados não é possível. O processamento de receptor de cancelamento sucessivo é viável quando a SNR pós-processada que corresponde a um fluxo de dados transmitido permite detecção confiável.

Para que o programador tire proveito do aperfeiçoamento das SNRs pós-processadas proporcionadas pelos terminais SIMO utilizando processamento de receptor de cancelamento sucessivo, cada um destes terminais pode derivar as SNRs pós-processadas que correspondem a possíveis ordenações diferentes de detecção para os fluxos de dados transmitidos. Os NT fluxos de dados transmitidos podem ser detectados com base em NT fatorial (isto é, NT!) ordenações possíveis em um terminal SIMO, e cada ordenação é associada a NT valores SNR pós-processados. Assim, NTNT! valores SNR podem ser reportados por cada terminal ativo à estação base (por exemplo, caso NT = 4, então 96 valores SNR podem ser reportados por cada terminal SIMO). 0 programador pode a seguir utilizar as informações para selecionar terminais para transmissão de dados e para designar adicionalmente antenas transmissoras aos terminais selecionados.

Caso o processamento de receptor de cancelamento sucessivo seja utilizado nos terminais, o programador também pode considerar as possíveis ordenações de detecção para cada terminal. Porém, um grande número desta ordenação é tipicamente inválida porque um terminal específico pode não ser capaz de detectar fluxos de dados transmitidos corretamente a outros terminais devido às SNRs pós-processadas mais baixas atingidas neste terminal para os fluxos de dados não detectáveis.

Como observado acima, as antenas transmissoras podem ser designadas aos terminais selecionados com base nos diversos esquemas. Em um esquema de designação de antena, as antenas transmitidas são designadas para atingir desempenho de sistema alto e com base na prioridade dos terminais. A Tabela 3 mostra um exemplo das SNRs pós-processadas derivadas por cada terminal em uma hipótese sendo considerada. Para o terminal 1, a melhor SNR é atingida ao detectar o fluxo de dados transmitido a partir da antena transmissora 3, como indicado pela célula sombreada na linha 3, coluna 4 da tabela. As melhores antenas transmissoras para outros terminais na hipótese também são indicadas pelo sombreamento nas células.

Tabela 3 Caso cada terminal identifique uma antena transmissora diferente da qual a melhor SNR pós-processada foi detectada, as antenas transmissoras podem ser designadas aos terminais com base em suas melhores SNRs pós-processadas. Para o exemplo mostrado na Tabela 3, o terminal 1 pode ser designado para transmitir a antena 3, e o terminal 2 pode ser designado para transmitir a antena 2.

Caso mais de um terminal preferir a mesma antena transmissora, o programador pode determinar as designações de antena com base em diversos critérios (por exemplo, eqüidade, métrica de desempenho e outros). Como exemplo, a Tabela 3 indica que as melhores SNRs pós-processadas para os terminais 3 e 4 acontecem para o fluxo de dados transmitido a partir da mesma antena transmissora 1. Caso o objetivo for maximizar a capacidade de transmissão, o programador pode designar a antena transmissora 1 ao terminal 3 e antena transmissora 2 ao terminal 4. Porém, caso as antenas sejam designadas para atingir eqüidade, a antena transmissora 1 pode ser designada ao terminal 4 caso o terminal 4 possua prioridade mais alta que o terminal 3.

Modo Misturado As técnicas descritas acima podem ser generalizadas para gerenciar terminais SIMO misturado e MIMO. Como exemplo, caso quatro antenas transmissoras estejam disponíveis na estação base, quatro fluxos de dados independentes podem ser transmitidos a um único terminal MIMO 4x4, dois terminais MIMO 2x4, quatro terminais SIMO 1x4, um terminal MIMO 2x4 mais dois terminais SIMO 1x4, ou qualquer outra combinação de terminais designada para receber um total de quatro fluxos de dados. 0 programador pode ser projetado para selecionar a melhor combinação de terminais com base nas SNRs pós-processadas para vários conjuntos hipotéticos de terminais, em que cada conjunto hipotético pode incluir uma mistura de terminais MIMO e SIMO.

Sempre que tráfego de modo misturado for suportado, a utilização de processamento de receptor de cancelamento sucessivo pelos terminais (por exemplo, MIMO) traz restrições adicionais no programador devido às dependências introduzidas. Estas restrições podem resultar em mais conjuntos hipotéticos sendo avaliados, uma vez que adicionalmente à consideração de conjuntos diferentes de terminais, o programador também deve considerar a demodulação dos fluxos de dados em várias ordens por cada terminal. A designação das antenas transmissoras e a seleção dos esquemas de codificação e de modulação levariam em conta estas dependências de modo a atingir desempenho aperfeiçoado.

Antenas Transmissoras 0 conjunto de antenas transmissoras em uma estação base pode ser um conjunto fisicamente distinto de "aberturas" cada uma das quais pode ser utilizada para transmitir diretamente um fluxo de dados respectivo. Cada abertura pode ser formada por uma coleção de um ou mais elementos de antena que são distribuídos no espaço (por exemplo, localizado fisicamente em um único local ou distribuído em múltiplos locais). Alternativamente, as aberturas de antena podem ser precedidas por uma ou mais matrizes formadoras de feixe (fixas), com cada matriz sendo utilizada para sintetizar um conjunto diferente de feixes de antena do conjunto de aberturas. Neste caso, a descrição anterior para as antenas transmissoras aplica-se de modo análogo aos feixes de antena transformados. Várias matrizes formadoras de feixe fixas podem ser definidas com antecedência, e os terminais podem avaliar as SNRs pós-processadas para cada uma das matrizes possíveis (ou conjuntos de feixes de antena) e enviar vetores SNR de volta à estação base. Desempenho diferente (isto é, SNRs pós-processadas) é tipicamente atingido para conjuntos diferentes de feixes de antena transformados e isto é refletido nos vetores SNR reportados. A estação base pode a seguir executar programação e designação de antena para cada uma das matrizes formadoras de feixe possíveis (utilizando os vetores SNR reportados); e selecionar uma matriz formadora de feixe específica bem como um conjunto de terminais e suas designações de antena que atingem a melhor utilização dos recursos disponíveis. A utilização de matrizes formadoras de feixe proporciona flexibilidade adicional na programação de terminais e adicionalmente pode prover desempenho aperfeiçoado. Como exemplos, as seguintes situações adequam-se bem às transformações formadoras de feixe: • A correlação no canal MIMO é alta de modo que o melhor desempenho possa ser atingido com um número pequeno de fluxos de dados. Porém, a transmissão com apenas um subconjunto das antenas transmissoras disponíveis (e utilizando apenas seus amplificadores de transmissão associados) resulta em uma potência de transmissão total menor. Uma transformação pode ser selecionada para utilizar a maior parte ou todas as antenas transmissoras (e seus amplificadores) para os fluxos de dados a ser enviado. Neste caso, potência de transmissão mais alta é atingida para os fluxos de dados transmitidos. • Os terminais fisicamente espalhados podem ser isolados um pouco pelas suas localizações. Neste caso, os terminais podem ser servidos por uma transformação tipo FFT padrão de aberturas horizontalmente espaçadas em um conjunto de feixes orientado em azimutes diferentes.

Desempenho As técnicas descritas aqui podem ser vistas como uma forma especifica de acesso múltiplo por divisão espacial (SDMA - Spatial Division Multiple Access) em que cada antena transmissora, no arranjo de antena da estação base, é utilizada para transmitir um fluxo de dados diferente utilizando informações de estado de canal (por exemplo, SNRs ou algum outro parâmetro suficiente que determine a taxa de dados suportável) derivada pelos terminais na área de cobertura. É atingido desempenho elevado com base nas CSI, que são utilizada na programação de terminais e processamento de dados.

As técnicas aqui descritas podem prover desempenho de sistema aperfeiçoado (por exemplo, capacidade de transmissão mais alta). Foram executadas simulações para quantificar a capacidade de transmissão de sistema possível com algumas destas técnicas. Nas simulações, as matrizes de resposta de canal H* que acoplam as matrizes de antenas transmissoras e as antenas receptoras do k-ésimo terminal é suposto como composto de igual variância e variáveis aleatórias Gaussianas complexas de média zero. As simulações foram executadas para os modos MIMO e N-SIMO.

No modo MIMO, quatro terminais MIMO (cada um com quatro antenas receptoras) são considerados para cada realização (por exemplo, cada intervalo de transmissão) e o melhor terminal é selecionado e programado para transmitir dados. Ao terminal programado são transmitidos quatro fluxos de dados independentes e ele utiliza processamento de receptor de cancelamento sucessivo (com equalização MMSE) para processar os sinais recebidos e recuperar os fluxos de dados transmitidos. A capacidade de transmissão média para os terminais MIMO programados é registrada.

No modo N-SIMO, quatro terminais SIMO, cada um com quatro antenas receptoras, são consideradas para cada realização. As SNRs pós-processadas para cada terminal SIMO são determinadas utilizando equalização espacial linear MMSE (sem processamento de receptor de cancelamento sucessivo) . As antenas transmissoras são designadas aos terminais selecionados com base no critério máx-máx. Aos quatro terminais programados são transmitidos quatro fluxos de dados independentes e cada terminal emprega equalização MMSE para processar o sinal recebido e recuperar seu fluxo de dados. As capacidades de transmissão para cada terminal SIMO programado são registradas separadamente, e a capacidade de transmissão média para todos os terminais programados também é registrada. A Figura 9 mostra a capacidade de transmissão média para um sistema de comunicação MIMO com quatro antenas transmissoras (isto é, NT = 4) e quatro antenas receptoras por terminal (isto é, NR = 4) para os modos MIMO e N-SIMO. A capacidade de transmissão simulada associada a cada modo de operação é provida como uma função da SNR pós-processada média. A capacidade de transmissão média para o modo MIMO é mostrada como o gráfico 910 e a capacidade de transmissão média para o modo N-SIMO é mostrado como o gráfico 912.

Como mostrado na Figura 9, a capacidade de transmissão simulada associada ao modo N-SIMO utilizando a designação de antena de critério máx-máx mostra desempenho melhor que o atingido para o modo MIMO. No modo MIMO, os terminais MIMO se beneficiam ao utilizar processamento de receptor de cancelamento sucessivo para atingir SNRs pós-processadas mais altas. No modo SIMO, os esquemas de programação são capazes de explorar diversidade de seleção multiusuário para atingir desempenho aperfeiçoado (isto é, capacidade de transmissão maior) mesmo que cada terminal SIMO utilize equalização espacial linear. Na realidade, a diversidade multiusuário provida no modo N-SIMO resulta em uma capacidade de transmissão no downlink média que excede a capacidade de transmissão atingida ao dividir um intervalo de transmissão em quatro sub-partições de duração igual e designar cada terminal MIMO para uma sub-partiçâo respectiva.

Os esquemas de programação utilizados nas simulações para ambos os modos de operação não foram projetados para prover eqüidade proporcional e alguns terminais observarão capacidade de transmissão média maior que outros. Quando um critério de eqüidade é imposto, as diferenças na capacidade de transmissão para os dois modos de operação podem diminuir. Não obstante, a habilidade de acomodar ambos os terminais MIMO e N-SIMO provê flexibilidade somada ao abastecimento de serviços de dados sem fio.

Para maior simplicidade, os diversos aspectos e modalidades da invenção foram descritos para um sistema de comunicação no qual (1) o número de antenas receptoras é igual ao número de antenas transmissoras (isto é, NR = NT) ; e (2) um fluxo de dados é transmitido a partir de cada antena na estação base. Neste caso, o número de canais de transmissão é igual ao número de subcanais espaciais disponíveis do canal MIMO. Para um sistema MIMO que utiliza OFDM, subcanais de freqüência múltipla podem ser associados a cada subcanal espacial e estes subcanais de freqüência podem ser associados a terminais com base nas técnicas acima descritas. Para um canal de dispersão, uma matriz H representaria um cubo tridimensional de estimativas de resposta de canal para cada terminal.

Cada terminal programado também pode ser equipado com mais antenas receptoras que o número total de fluxos de dados. Além disso, múltiplos terminais podem compartilhar uma determinada antena transmissora e o compartilhamento pode ser atingido através de multiplexação por divisão de tempo (por exemplo, designar frações diferentes de um intervalo de transmissão a terminais diferentes), multiplexação por divisão de freqüência (por exemplo, designar subcanais de freqüência diferente a terminais diferentes), multiplexação por divisão de código (por exemplo, designar códigos ortogonais diferentes a terminais diferentes), algum outro esquema de multiplexação, ou quaisquer combinações destes esquemas.

Os esquemas de programação aqui descritos selecionam terminais e designam antenas para transmissão de dados com base em informações de estado de canal (por exemplo, SNRs pós-processadas). As SNRs pós-processadas para os terminais são dependentes do nível de potência de transmissão específico utilizado para os fluxos de dados transmitidos a partir da estação base. Para maior simplicidade, o mesmo nível de potência de transmissão é assumido para todos os fluxos de dados (isto é, nenhum controle de potência da potência de transmissão). Porém, ao controlar a potência de transmissão para cada antena, as SNRs alcançáveis podem ser ajustadas. Como exemplo, mediante redução da potência de transmissão para uma antena transmissora específica através do controle da potência, a SNR associada a um fluxo de dados transmitido a partir desta antena é reduzida, a interferência causada por estes fluxos de dados em outros fluxos de dados também seria reduzida, e outros fluxos de dados podem ser capazes de atingir melhores SNRs. Assim, o controle de potência também pode ser utilizado em conjunto aos esquemas de programação aqui descritos, e está dentro do escopo da invenção.

A programação de terminais com base em prioridade também é descrita no Pedido de Patente U.S. N° de Série 09/675.706, intitulado "METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING AVAILABLE TRANSMIT POWER IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM", depositado em 29 de setembro de 2000. A programação de transmissão de dados para o downlink também é descrita no pedido de Patente americano de No. de série 08/798.951, intitulado "METHOD AND APPARATUS FOR FORWARD LINK RATE SCHEDULING", depositado em 17 de setembro de 1999. Estes pedidos são de propriedade da depositante da presente invenção e aqui incorporados por referência.

Os esquemas de programação aqui descritos incorporam várias características e proveem numerosas vantagens. Algumas destas características e vantagens são descritas abaixo.

Em primeiro lugar, os esquemas de programação suportam diversos modos de operação, incluindo o modo misturado por meio do qual qualquer combinação de terminais SIMO e MIMO pode ser programada para transmissão de dados no downlink. Cada terminal SIMO ou MIMO é associado a um vetor SNR (isto é, uma linha na equação (2)) . Os esquemas de programação podem avaliar qualquer número de combinações possíveis de terminais para transmissão de dados.

Em segundo lugar, os esquemas de programação provêem um horário para cada intervalo de transmissão que inclui um conjunto de terminais ''mutuamente compatíveis" (ideais ou próximos ao ideal) com base em suas assinaturas espaciais. A compatibilidade mútua pode ser considerada para significar co-existência de transmissão no mesmo canal e no mesmo momento, dadas restrições específicas relativas às exigências de taxa de dados de terminais, potência de transmissão, margem de link, capacidade entre terminais SIMO e MIMO e possivelmente outros fatores.

Em terceiro lugar, os esquemas de programação suportam adaptação de taxa de dados variável com base nas SNRs pós-processadas atingidas nos terminais. Cada terminal programado pode ser informado quando esperar transmissão de dados, as antenas transmissoras designadas e as taxas de dados para a transmissão de dados (por exemplo, em uma base por antena transmissora).

Em quarto lugar, os esquemas de programação podem ser projetados para considerar conjuntos de terminais que possuem margens de link semelhantes. Os terminais podem ser agrupados de acordo com suas propriedades de margem de link. O programador pode a seguir considerar combinações de terminais no mesmo grupo de "margem de link" ao procurar assinaturas espaciais mutuamente compatíveis. Este agrupamento de acordo com a margem de link pode melhorar a eficiência espectral global dos esquemas de programação comparada àquela atingida ao ignorar as margens de link. Além disso, ao programar terminais com margens de link semelhantes para transmitir, o controle de potência de downlink pode ser exercitado mais facilmente (por exemplo, no conjunto inteiro de terminais) para melhorar o reuso espectral global. Isto pode ser visto como uma combinação de uma programação de reuso adaptável de downlink em combinação com SDMA para SIMO/MIMO. A programação baseada em margens de link é descrita em detalhes adicionais no Pedido de Patente U.S. N° de Série 09/539.157, intitulado "METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSIONS OF A COMMUNICATIONS SYSTEM", depositado em 30 de março de 2000 e no Pedido de Patente U.S. N° de Série [Registro Geral No. PA010071], "METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING UPLINK TRANSMISSIONS OF A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM", depositado em 3 de maio de 2001, ambos de propriedade do depositante da presente invenção e aqui incorporados por referência.

Sistema de Comunicação MIMO A Figura 5 é um diagrama de blocos da estação base 104 e terminais 106 dentro do sistema de comunicação MIMO 100. Na estação base 104, uma fonte de dados 512 provê dados (isto é, bits de informações) para um processador de dados de transmissão (TX) 514. Para cada antena transmissora, o processador de dados TX 514 (1) encodifica (encodes) os dados de acordo com um esquema de codificação especifico, (2) intercala (isto é, reordena) os dados encodifiçados com base em um esquema de intercalamento especifico e (3) mapeia os bits intercalados em símbolos de modulação para um ou mais canais de transmissão selecionados para transmissão de dados. A encodificação (encoding) aumenta a confiança da transmissão de dados. 0 intercalamento provê diversidade de tempo para os bits codificados, permite que os dados sejam transmitidos com base em uma SNR média para a antena transmissora, combate o desvanecimento e adicionalmente remove a correlação entre bits codificados utilizados para formar cada símbolo de modulação. 0 intercalamento pode prover adicionalmente diversidade de freqüência caso os bits codificados sejam transmitidos através de múltiplos subcanais de freqüência. Em um aspecto, a codificação e mapeamento de símbolo podem ser executados com base em sinais de controle providos por um programador 534. A encodificação, intercalação e mapeamento de sinal podem ser atingidos com base em diversos esquemas. Alguns de tais esquemas são descritos no Pedido de Patente U.S. acima mencionado N° de Série [Registro Geral N° PA010210]; o pedido de Patente U.S. N° de Série 09/826.481, intitulado "METHOD AND APPARATUS FOR UTILIZING CHANNEL STATE INFORMATION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM", depositado em 23 de março de 2001; e o Pedido de Patente U.S. N° de série 09/776.075, intitulado "CODING SCHEME FOR A WIRELESS COMMUNICATION", depositado em 1 de fevereiro de 2001, todos de propriedade do depositante da presente invenção e aqui incorporados por referência.

Um processador MIMO TX 520 recebe e demultiplexa os símbolos de modulação a partir do processador de dados TX 514 e provê um fluxo de símbolos de modulação para cada canal de transmissão (por exemplo, cada antena transmissora), um símbolo de modulação por partição de tempo. O processador MIMO TX 520 pode pré-condicionar adicionalmente os símbolos de modulação para cada canal de transmissão selecionado caso CSI completas (por exemplo, a matriz de resposta de canal H) estejam disponíveis. 0 processamento MIMO e de CSI completas é descrito em detalhes adicionais no Pedido de Patente U.S. N° de Série 09/532.492, intitulado "HIGH EFFICIENCY, HIGH PERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIER MODULATION", depositado em 22 de março de 2000, de propriedade do depositante da presente invenção e aqui incorporado por referência.

Caso a OFDM não seja empregada, o processador MIMO TX 520 provê um fluxo de símbolos de modulação para cada antena utilizada para transmissão de dados. E caso a OFDM seja empregada, o processador MIMO TX 520 provê um fluxo de vetores de símbolo de modulação para cada antena utilizada para transmissão de dados. E caso o processamento de CSI completas for executado, o processador MIMO TX 520 provê um fluxo de símbolos de modulação pré-condicionados ou vetores de símbolos de modulação pré-condicionados para cada antena utilizada para transmissão de dados. Cada fluxo é a seguir recebido e modulado por um modulador (MOD) 522 respectivo e transmitido através de uma antena associada 524 .

Em cada terminal programado 106, diversas antenas receptoras 552 recebem os sinais transmitidos e cada antena receptora provê um sinal recebido a um demodulador (DEMOD) 554 respectivo. Cada demodulador (ou unidade front-end) 554 executa processamento de modo complementar àquele efetuado no modulador 522. Os símbolos de modulação a partir de todos os demoduladores 554 são a seguir providos a um processador de dados/MIMO de recepção (RX) 556 e processados para recuperar um ou mais fluxos de dados transmitidos para o terminal. O processador de dados/MIMO RX 556 executa processamento complementar àquele efetuado pelo processador de dados TX 514 e processador MIMO TX 520 e provê dados decodificados a um depósito de dados 560. O processamento pelo terminal 106 é descrito em detalhes adicionais nos Pedidos de Patente U.S. acima mencionados Nos de série [Registro Geral N° PD010210] e 09/776.075.

Em cada terminal ativo 106, o processador de dados/MIMO RX 556 estima adicionalmente as condições de link e provê CSI (por exemplo, SNRs pós-processadas ou estimativas de ganho de canal). Um processador de dados TX 562 a seguir recebe e processa as CSI e provê dados processados indicativos das CSI para um ou mais moduladores 554. 0(s) modulador(es) 554 condiciona(m) adicionalmente os dados processados e transmitem as CSI de volta à estação base 104 através de um canal reverso. As CSI podem ser reportadas pelo terminal utilizando várias técnicas de sinalização (por exemplo, completa, diferencial ou uma combinação das mesmas), como descrito no Pedido de Patente U.S. N° de Série 09/826.481.

Na estação base 104, o sinal de realimentação (feedback) transmitido é recebido pelas antenas 524, demodulado pelos demoduladores 522 e provido a um processador de dados/MIMO RX 532. O processador de dados/MIMO RX 532 executa processamento complementar àquele executado pelo processador de dados TX 562 e recupera as CSI reportadas, que são a seguir providas ao programador 534 . O programador 534 utiliza as CSI reportadas para executar várias funções tal como (1) selecionar o conjunto de melhores terminais para transmissão de dados, (2) designar as antenas transmissoras disponíveis aos terminais selecionados e (3) determinar o esquema de codificação e de modulação a ser utilizado para cada antena transmissora designada. O programador 534 pode programar terminais para atingir capacidade de transmissão elevada ou com base em alguns outros critérios ou medidas de desempenho, como descrito acima. Na Figura 5, o programador 534 é mostrado como sendo implementado dentro da estação base 104. Em outra implementação, o programador 534 pode ser implementado dentro de algum outro elemento do sistema de comunicação 100 (por exemplo, um controlador de estação base que acopla e interage com várias estações base). A Figura 6 é um diagrama de blocos de uma modalidade de uma estação base 104x capaz de processamento de dados para transmissão aos terminais com base nas CSI disponíveis à estação base (por exemplo, como reportado pelos terminais). A estação base 104x é uma modalidade da parte transmissora da estação base 104 na Figura 5. A estação base 104x inclui (1) um processador de dados TX 514x que recebe e processa bits de informações para prover símbolos de modulação e (2) um processador MIMO TX 520x que demultiplexa os símbolos de modulação para as NT antenas transmissoras.

Na modalidade específica mostrada na Figura 6, o processador de dados TX 514x inclui um demultiplexador 608 acoplado a diversos processadores de dados de canal 610, um processador para cada um dos Nc canais de transmissão. O demultiplexador 608 recebe e demultiplexa os bits de informações agregadas em diversos (até Nc) fluxos de dados, um fluxo de dados para cada um dos canais de transmissão a ser utilizado para transmissão de dados. Cada fluxo de dados é provido a um processador de dados de canal respectivo 610.

Na modalidade mostrada na Figura 6, cada processador de dados de canal 610 inclui um encodificador 612, um intercalador de canal 614 e um elemento de mapeamento de símbolo 616. O encodificador 612 recebe e encodifica os bits de informações no fluxo de dados recebido de acordo com um esquema de codificação específico para prover bits codificados. O intercalador de canal 614 intercala os bits codificados com base em um esquema de intercalação específico para prover diversidade de tempo. E o elemento de mapeamento de símbolo 616 mapeia os bits intercalados em símbolos de modulação para o canal de transmissão utilizado para transmitir o fluxo de dados.

Os dados piloto (por exemplo, dados de padrão conhecido) também podem ser encodifiçados e multiplexados com os bits de informações processados. Os dados piloto processados podem ser transmitidos (por exemplo, de uma forma multiplexada por divisão de tempo (TDM)) em todos ou um subconjunto dos canais de transmissão utilizados para transmitir os bits de informações. Os dados piloto podem ser utilizados nos terminais para executar estimativa de canal.

Como mostrado na Figura 6, a encodificação de dados, intercalação e modulação (ou uma combinação dos mesmos) podem ser ajustadas com base nas CSI disponíveis (por exemplo, como reportado pelos terminais) . Em um esquema de codificação e de modulação, encodificação adaptativa é atingida mediante utilização de um código de base fixa (por exemplo, uma taxa de 1/3 de código Turbo) e ajuste do puncionamento para atingir a taxa de código desejada, como suportado pela SNR do canal de transmissão utilizado para transmitir os dados. Para este esquema, o puncionamento pode ser efetuado depois da intercalação de canal. Em outro esquema de codificação e de modulação, diferentes esquemas de codificação podem ser utilizados com base nas CSI reportadas. Como exemplo, cada um dos fluxos de dados pode ser codificado com um código independente. Com este esquema, um esquema de processamento de receptor de cancelamento sucessivo pode ser utilizado nos terminais para detectar e decodificar os fluxos de dados para derivar uma estimativa mais confiável dos fluxos de dados transmitidos, como descrito em maiores detalhes abaixo. 0 elemento de mapeamento de símbolo 616 pode ser projetado para agrupar conjuntos de bits intercalados para formar símbolos não-binários e mapear cada símbolo não-binário em um ponto em uma constelação de sinal que corresponde a um esquema de modulação específico (por exemplo, QPSK, M-PSK, M-QAM ou algum outro esquema) selecionado para o canal de transmissão. Cada ponto de sinal mapeado corresponde a um símbolo de modulação. 0 número de bits de informações que podem ser transmitidos para cada símbolo de modulação para um nível específico de desempenho (por exemplo, um por cento de taxa de erros de pacotes (PER)) é dependente da SNR do canal de transmissão. Assim, o esquema de codificação e de modulação para cada canal de transmissão pode ser selecionado com base nas CSI disponíveis. 0 intercalamento de canal também pode ser ajustado com base nas CSI disponíveis.

Os símbolos de modulação provenientes do processador de dados TX 514x são providos ao processador MIMO TX 520x, que é uma modalidade do processador MIMO TX 520 da Figura 5. Dentro do processador MIMO TX 520x, um demultiplexador 622 recebe (até) Nc fluxos de símbolo de modulação a partir de Nc processadores de dados de canal 610 e demultiplexa os símbolos de modulação recebidos em diversos (NT) fluxos de símbolo de modulação, um fluxo para cada antena utilizada para transmitir os símbolos de modulação. Cada fluxo de símbolo de modulação é provido a um modulador 522 respectivo. Cada modulador 522 converte os símbolos de modulação em um sinal analógico e adícionalmente amplifica, filtra, modula em quadratura e converte ascendentemente (upconverts) o sinal para gerar um sinal modulado próprio para transmissão através do link sem fio.

Um projeto de transmissor que implementa OFDM é descrito nos acima mencionados Pedidos de Patente U.S. Nos de Série [Registro Geral N° PA010210], 09/826.481, 09/776.075 e 09/532.492. A Figura 7 é um diagrama blocos de uma modalidade de terminal 106x capaz de implementar diversos aspectos e modalidades da invenção. O terminal 106x é uma modalidade da parte recebida de terminais 106a a 106n na Figura 5 e implementa a técnica de processamento de receptor de cancelamento sucessivo para receber e recuperar os sinais transmitidos. Os sinais transmitidos a partir de (até) NT antenas transmissoras são recebidas por cada uma das NR antenas 552a a 552r e direcionadas a um demodulador (DEMOD) 554 respectivo (que também é referido como um processador front-end). Cada demodulator 554 condiciona (por exemplo, filtra e amplifica) um sinal recebido respectivo, converte descendentemente (downconverts) o sinal condicionado para uma freqüência intermediária ou de banda base e digitaliza o sinal convertido descendentemente para prover amostras. Cada demodulator 554 pode demodular adicionalmente as amostras com um piloto recebido para gerar um fluxo de símbolos de modulação recebidos, que são providos a um processador de dados/MIMO RX 556x.

Na modalidade mostrada na Figura 7, o processador de dados/MIMO RX 556x (que é uma modalidade de processador de dados/MIMO RX 556 da Figura 5) inclui diversos estágios de processamento de receptor sucessivo (isto é, em cascata) 710, um estágio para cada um dos fluxos de dados transmitidos a ser recuperado pelo terminal 106x. Em um esquema de processamento de transmissão, um fluxo de dados é transmitido em cada canal de transmissão designado ao terminal 106x e cada fluxo de dados é processado independentemente (por exemplo, com seu próprio esquema de codificação e de modulação) e transmitido a partir de uma antena transmissora respectiva. Para este esquema de processamento de transmissão, o número de fluxos de dados é igual ao número de canais de transmissão designados, as quais também são iguais ao número de antenas transmissoras designadas para transmissão de dados ao terminal 106x (que pode ser um subconjunto das antenas transmissoras disponíveis). Para maior clareza, o processador de dados/MIMO RX 556x é descrito para este esquema de processamento de transmissão.

Cada estágio de processamento de receptor 710 (com exceção do último estágio 710n) inclui um processador de dados/MIMO de canal 720 acoplado a um cancelador de interferência 730 e o último estágio 710n inclui apenas o processador de dados/MIMO de canal 720n. Para o primeiro estágio de processamento de receptor 710a, o processador de dados/MIMO de canal 720a recebe e processa os NR fluxos de símbolo de modulação a partir dos demoduladores 554a a 554r para prover um fluxo de dados decodificado para o primeiro canal de transmissão (ou o primeiro sinal transmitido). E para cada um do segundo estágio ao último 710b ao 710n, o processador de dados/MIMO de canal 720 para aquele estágio recebe e processa os NR fluxos de símbolo modificados a partir do cancelador de interferência 720 na etapa precedente para derivar um fluxo de dados decodificado para o canal de transmissão sendo processado por aquele estágio. Cada processador de dados/MIMO de canal 720 provê adicionalmente CSI (por exemplo, a SNR) para o canal de transmissão associado.

Para o primeiro estágio de processamento de receptor 710a, o cancelador de interferência 730a recebe os Nr fluxos de símbolo de modulação a partir de todos os NR demoduladores 554. E para cada um do segundo estágio ao segundo-para-último, o cancelador de interferência 730 recebe os NR fluxos de símbolo modificados a partir do cancelador de interferência no estágio precedente. Cada cancelador de interferência 730 também recebe os fluxos de dados decodificados a partir do processador de dados/MIMO de canal 720 dentro do mesmo estágio e executa o processamento (por exemplo, codificação, intercalamento, modulação, resposta de canal, e assim por diante) para derivar NR fluxos de símbolo remodulados que são estimativas dos componentes de interferência dos fluxos de símbolo de modulação recebidos devido a este fluxo de dados decodificado. Os fluxos de símbolo remodulados são a seguir subtraídos dos fluxos de símbolo de modulação recebidos para derivar NR fluxos de símbolo modificados que inclui todos menos os componentes de interferência subtraídos (isto é, cancelados). Os NR fluxos de símbolo modificados são a seguir providos ao próximo estágio.

Na Figura 7, um controlador 740 é mostrado acoplado ao processador de dados/MIMO RX 556x e pode ser utilizado para dirigir diversas etapas no processamento de receptor de cancelamento sucessivo executado pelo processador 556x. A Figura 7 mostra uma estrutura de receptor que pode ser utilizada de uma maneira direta quando cada fluxo de dados é transmitido através de uma antena transmissora respectiva (isto é, um fluxo de dados correspondendo a cada sinal transmitido). Neste caso, cada estágio de processamento de receptor 710 pode ser operado para recuperar um dos sinais transmitidos e prover os fluxos de dados decodificados correspondendo ao sinal transmitido recuperado. Para alguns outros esquemas de processamento de transmissão, um fluxo de dados pode ser transmitido através de múltiplas antenas transmissoras, subcanais de freqüência e/ou intervalos de tempo para prover diversidade espacial, de freqüência e temporal, respectivamente. Para estes esquemas, o processamento de receptor inicialmente deriva um fluxo de símbolo de modulação recebido para o sinal transmitido em cada antena transmissora de cada subcanal de freqüência. Os símbolos de modulação para múltiplas antenas transmissoras, subcanais de freqüência e/ou intervalos de tempo podem a seguir ser combinados de uma maneira complementar como a demultiplexação executada na estação base. O fluxo de símbolos de modulação combinados é a seguir processado para prover o fluxo de dados decodificado correspondente. Δ Figura 8Α é um diagrama de blocos de uma modalidade do processador de dados/MIMO de canal 720x, que é uma modalidade do processador de dados/MIMO de canal 720 da Figura 7. Nesta modalidade, o processador de dados/MIMO de canal 720x inclui um processador espacial/espaço-temporal 810, um processador de CSI 812, um seletor 814, um elemento demodulador 818, um deintercalador 818 e um decodificador 820. O processador espacial/espaço-temporal 810 executa processamento espacial linear nos NR sinais recebidos para um canal MIMO não-dispersivo (isto é, com desvanecimento plano) ou processamento espaço-temporal nos Nr sinais recebidos para um canal MIMO dispersivo (isto é, com desvanecimento seletivo em freqüência). O processamento espacial pode ser atingido utilizando técnicas de processamento espacial lineares tal como uma técnica de inversão de matriz de correlação de canal (CCMI - Channel Correlation Matrix Inversion) , uma técnica de erro quadrático médio mínimo (MMSE - Minimum Mean Square Error) e outras. Estas técnicas podem ser utilizadas para anular os sinais indesejados ou maximizar a SNR recebida de cada um dos sinais constituintes na presença de ruído e interferência provenientes dos outros sinais. O processamento espaço-temporal pode ser atingido utilizando técnicas de processamento espaço-temporal lineares tal como um equalizador linear MMSE (MMSE-LE), um equalizador de realimentação de decisão (DFE - Decision Feedback Equalizer), um estimator de seqüência de máxima probabilidade (MLSE - Maximum-Likelihood Sequence Estimator) e outras. As técnicas CCMI, MMSE, MMSE-LE e DFE são descritas em detalhes adicionais no acima mencionado Pedido de Patente U.S. N° de Série [Registro Geral N° PA010210]. As técnicas DFE e MLSE também são descritas em detalhes adicionais por S. L. Ariyavistakul et al. em um artigo intitulado "Optimum Space-Time Processors with Dispersive Interference: Unified Analysis and Required Filter Span", IEEE Trans. on Comunication, Vol. 7, N° 7, Julho de 1999 e aqui incorporado por referência. 0 processador CSI 812 determina as CSI para cada um dos canais de transmissão utilizados para transmissão de dados. Como exemplo, o processador CSI 812 pode estimar uma matriz de co-variância de ruído com base nos sinais piloto recebidos e a seguir computar a SNR do A-ésimo canal de transmissão utilizado para o fluxo de dados a ser decodificado. A SNR pode ser estimada de modo semelhante a sistemas de única e multi-portadoras auxiliados por piloto convencional, como é conhecido na técnica. A SNR para todos os canais de transmissão utilizados para transmissão de dados pode compreender as CSI que são reportados de volta à estação base para este canal de transmissão. 0 processador CSI 812 provê adicionalmente ao seletor 814 um sinal de controle que identifica o fluxo de dados específico a ser recuperado por este estágio de processamento de receptor. 0 seletor 814 recebe diversos fluxos de símbolo a partir do processador espacial/espaço-temporal 810 e extrai o fluxo de símbolo que corresponde ao fluxo de dados a ser decodificado, como indicado pelo sinal de controle proveniente do processador CSI 812. O fluxo extraído de símbolos de modulação é a seguir provido a um elemento de demodulação 814.

Para a modalidade mostrada na Figura 6 na qual o fluxo de dados para cada canal de transmissão é codificado e modulado independentemente com base na SNR do canal, os símbolos de modulação recuperados para o canal de transmissão selecionado são demodulados de acordo com um esquema de demodulação (por exemplo, M-PSK, M-QAM) que é complementar ao esquema de modulação utilizado para o canal de transmissão. Os dados demodulados provenientes do elemento de demodulação 816 são a seguir deintercalados por um deintercalador 818 de uma maneira complementar àquela realizada pelo intercalador de canal 614 e os dados deintercalados são decodificados adicionalmente por um decodificador 820 de uma maneira complementar àquela realizada pelo encodificador 612. Como exemplo, um decodificador Turbo ou um decodificador Viterbi pode ser utilizado pelo decodificador 820 caso a codificação Turbo ou convolucional, respectivamente, sejam realizadas na estação base. Os fluxos de dados decodificados provenientes do decodificador 820 representa uma estimativa do fluxo de dados transmitido sendo recuperado. A Figura 8B é um diagrama de blocos de um cancelador de interferência 730x, que é uma modalidade do cancelador de interferência 730 da Figura 7. Dentro do cancelador de interferência 730x, o fluxo de dados decodificado proveniente do processador de dados/MIMO de canal 720 dentro do mesmo estágio é recodifiçado, intercalado e remodulado por um processador de dados de canal 610x para prover símbolos remodulados, que são estimativas dos símbolos de modulação na estação base antes do processamento MIMO e distorção de canal. O processador de dados de canal 610x efetua o mesmo processamento (por exemplo, codificação, intercalação e modulação) como aquele efetuado na estação base para o fluxo de dados. Os símbolos remodulados são a seguir providos a um simulador de canal 830, que processa os símbolos com a resposta de canal A* estimada para prover estimativas,i , da interferência devido ao fluxo de dados decodifiçado. Ά estimativa de resposta de canal pode ser derivada com base no piloto e/ou dados transmitidos pela estação base e de acordo com as técnicas descritas no acima mencionado Pedido de Patente U.S. N° de Série [Registro Geral N° PA010210]. 7 * Os Nr elementos no vetor de interferência ! correspondem à componente do sinal recebido em cada uma das Nr antenas receptoras devido ao fluxo de símbolo transmitido na k-ésima antena transmissora. Cada elemento do vetor representa uma componente estimada devido ao fluxo de dados decodificados no fluxo de símbolo de modulação recebido correspondente. Estes componentes são interferência para os sinais transmitidos restantes (ainda não detectados) nos NR fluxos de símbolo de modulação recebidos (isto é, o vetor rk) , e são subtraídos (isto é, cancelados) do vetor sinal recebido r* através de um somador 832 para prover um vetor modificado rk+1 que possui as componentes do fluxo de dados decodificado removidos. 0 vetor modificado r*+1 é provido como o vetor de entrada ao próximo estágio de processamento de receptor, como mostrado na Figura 7.

Os diversos aspectos do processamento de receptor de cancelamento sucessivo são descritos em detalhes adicionais no acima mencionado Pedido de Patente U.S. N° de Série [Registro Geral N° PA010210].

Os projetos de receptor que não empregam a técnica de processamento de receptor de cancelamento sucessivo também podem ser utilizados para receber, processar e recuperar os fluxos de dados transmitidos. Alguns de tais projetos de receptor são descritos nos acima mencionados Pedidos de Patente U.S. Nos de Série 09/776.075, 09/826.481 e no Pedido de Patente U.S. N° de Série 09/532.492, intitulado "HIGH EFFICIENCY, HIGH PERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIER MODULATION", depositado em 30 de março de 2000, de propriedade do depositante da presente invenção e aqui incorporado por referência.

Para maior simplicidade, diversos aspectos e modalidades da invenção foram descritos em que as CSI compreendem SNR. Em geral, as CSI podem compreender qualquer tipo de informações que sejam indicativas das características do link de comunicação. Diversos tipos de informações podem ser providas como CSI, alguns exemplos dos quais são descritos abaixo.

Em uma modalidade, as CSI compreendem relação sinal/ruído-mais-interferência (SNR), que é derivada como a relação da potência de sinal sobre a potência de ruído-mais-interferência. A SNR é tipicamente estimada e provida para cada canal de transmissão utilizado para transmissão de dados (por exemplo, cada fluxo de dados de transmissão), embora uma SNR agregada também possa ser provida para diversos canais de transmissão. A estimativa SNR pode ser quantizada a um valor possuindo um número especifico de bits. Em uma modalidade, a estimativa SNR é mapeada a um índice SNR, por exemplo, utilizando uma tabela de consulta.

Em outra modalidade, as CSI compreendem potência de sinal e potência de ruído-mais-interferência. Estas duas componentes podem ser derivadas separadamente e providas para cada canal de transmissão utilizado para transmissão de dados.

Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem potência de sinal, potência de interferência e potência de ruido. Estas três componentes podem ser derivadas e providas para cada canal de transmissão utilizado para transmissão de dados.

Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem relação sinal/ruído mais uma lista de potências de interferência para cada termo de interferência observável. Estas informações podem ser derivadas e providas para cada canal de transmissão utilizado para transmissão de dados.

Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem componentes de sinal em uma forma de matriz (por exemplo, NT x Nr entradas complexas para todos os pares de antena transmissora-receptora) e as componentes de ruído-mais-interf erência na forma de matriz (por exemplo, NT x NR entradas complexas) . A estação base pode combinar corretamente as componentes de sinal e as componentes de ruido-mais-interferência para os pares de antena transmissora-receptora apropriados para derivar a qualidade para cada canal de transmissão utilizado para transmissão de dados (por exemplo, a SNR pós-processada para cada fluxo de dados transmitido, como recebido nos terminais).

Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem um indicador de taxa de dados para cada fluxo de dados de transmissão. A qualidade de um canal de transmissão a ser utilizado para transmissão de dados pode ser inicialmente determinada (por exemplo, com base na SNR estimada para o canal de transmissão) e uma taxa de dados que corresponde à qualidade de canal determinada pode ser identificada (por exemplo, com base em um tabela de consulta) . A taxa de dados identificada é indicativa da taxa de dados máxima que pode ser transmitida no canal de transmissão para o nível requerido de desempenho. A taxa de dados é a seguir mapeada e representada por um indicador de taxa de dados (DRI -Data Rate Indicator) , que pode ser codificado eficientemente. Como exemplo, caso (até) sete taxas de dados possíveis sejam suportadas pela estação base para cada antena transmissora, um valor de 3 bits pode ser utilizado para representar a DRI onde, por exemplo, um zero pode indicar uma taxa de dados de zero (isto é, não utiliza a antena transmissora) e 1 a 7 pode ser utilizado para indicar sete taxas de dados diferentes. Em uma implementação típica, as medidas de qualidade (por exemplo, estimativas SNR) são mapeadas diretamente na DRI com base em, por exemplo, uma tabela de consulta.

Em outra modalidade, as CSI compreendem informações de controle de potência para cada canal de transmissão. As informações de controle de potência podem incluir um único bit para cada canal de transmissão para indicar uma solicitação por mais potência ou menos potência, ou pode incluir múltiplos bits para indicar a magnitude da mudança de nivel de potência solicitada. Nesta modalidade, a estação base pode fazer uso das informações de controle de potência realimentadas a partir dos terminais para ajustar o processamento de dados e/ou a potência de transmissão.

Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem uma indicação do esquema de processamento específico a ser utilizado na estação base para cada fluxo de dados de transmissão. Nesta modalidade, o indicador pode identificar o esquema de codificação especifico e o esquema de modulação específico a ser utilizado para o fluxo de dados de transmissão tal que o nível desejado de desempenho seja atingido.

Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem um indicador diferencial para uma medida específica de qualidade para um canal de transmissão. Inicialmente, a SNR ou a DRI ou alguma outra métrica de qualidade para o canal de transmissão é determinada e reportada como um valor de medida de referência. Depois disso, o monitoramento da qualidade do canal de transmissão continua e a diferença entre a última medida reportada e a medida atual é determinada. A diferença pode ser a seguir quantizada a um ou mais bits e a diferença quantizada é mapeada e representada pelo indicador diferencial, que é a seguir reportada. 0 indicador diferencial pode indicar para aumentar ou diminuir a última medida reportada por um tamanho de passo específico (ou manter a última medida reportada). Como exemplo, o indicador diferencial pode indicar que (1) a SNR observada para um canal de transmissão específico aumentou ou diminuiu por um tamanho de passo específico, ou (2) a taxa de dados deveria ser ajustada por uma quantidade específica, ou alguma outra mudança. A medida de referência pode ser transmitida periodicamente para assegurar que erros nos indicadores diferenciais e/ou recepção errônea destes indicadores não acumulem.

Outras formas de CSI também podem ser utilizadas e estão dentro do escopo da invenção. Em geral, as CSI compreendem informações suficientes em qualquer forma que possa ser utilizada para ajustar o processamento na estação base de modo que o nivel desejado de desempenho seja atingido para os fluxos de dados transmitidos.

As CSI podem ser derivadas com base nos sinais transmitidos a partir da estação base e recebidos nos terminais. Em uma modalidade, as CSI são derivadas com base em uma referência piloto incluída nos sinais transmitidos. Alternativamente ou adicionalmente, as CSI podem ser derivadas com base nos dados incluídos nos sinais transmitidos.

Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem um ou mais sinais transmitidos no uplink a partir dos terminais para a estação base. Em alguns sistemas, um grau de correlação pode existir entre o uplink e o downlink (por exemplo sistemas de divisão de tempo duplexados (TDD - Time Division Duplexed) em que o uplink e o downlink compartilham a mesma banda de uma maneira multiplexada por divisão de tempo). Nestes sistemas, a qualidade do downlink pode ser estimada (para um grau de precisão requisitado) com base na qualidade do uplink, que pode ser estimado com base em sinais (por exemplo, sinais piloto) transmitidos a partir dos terminais. Os sinais piloto representariam um meio para o qual a estação base poderia estimar as CSI como observado nos terminais. A qualidade de sinal pode ser estimada nos terminais com base em várias técnicas. Algumas destas técnicas são descritas nas seguintes Patentes, que são de propriedade da depositante da presente invenção e aqui incorporadas por referência: • Patente U.S. N°5.799.005, intitulada "SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING RECEIVED PILOT POWER AND PATH LOSS IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM", concedida em 25 de agosto de 1998, • Patente U.S. N° 5.903.554, intitulada "METHOD AND

APPARATUS FOR MEASURING LINK QUALITY IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM", concedida em 11 de maio de 1999, • Patentes U.S. N°s 5.056.109 e 5.265.119, ambas intituladas "METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM", concedidas respectivamente em 9 de outubro de 1991 e 23 de novembro de 1993, e • Patente U.S. N° 6.097.972, intitulada "METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING POWER CONTROL SIGNALS IN CDMA MOBILE TELEPHONE SYSTEM", concedida em 1 de agosto de 2000.

Os métodos para estimar um único canal de transmissão com base em um sinal piloto ou uma transmissão de dados também pode ser encontrada em diversos artigos disponíveis na técnica. Um tal método de estimativa de canal é descrito por F. Ling em um artigo intitulado "Optimal Reception, Performance Bound, and Cutoff-Rate Analysis of References-Assisted Coherent CDMA

Communications with Applications", IEEE Transaction On Communication, Outubro de 1999.

Diversos tipos de informações para CSI e vários mecanismos de reportagem de CSI também são descritos no Pedido de Patente U.S. N° de série 08/963.386, intitulado "METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION", depositado em 3 de novembro de 1997, de propriedade da depositante da presente invenção e em "TIE/EIA/IS-856 cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification", ambos incorporados aqui por referência.

As CSI podem ser reportadas de volta à estação base utilizando diversos esquemas de transmissão CSI. Como exemplo, as CSI podem ser enviadas por completo, diferencialmente ou uma combinação dos mesmos. Em uma modalidade, as CSI são reportadas periodicamente e atualizações diferenciais são enviadas com base nas CSI transmitidas anteriormente. Em outra modalidade, as CSI são enviadas apenas quando houver uma mudança (por exemplo, caso a mudança exceder um limite especifico), que pode abaixar a taxa efetiva do canal de realimentação. Como exemplo, as SNRs podem ser enviadas de volta (por exemplo, diferencialmente) apenas quando elas mudam. Para um sistema OFDM (com ou sem MIMO), a correlação no domínio da freqüência pode ser explorada para permitir redução na quantidade de CSI a serem realimentadas. Como um exemplo para um sistema OFDM, caso a SNR que corresponde a um subcanal espacial específico para NM subcanais de freqüência seja a mesma, a SNR e o primeiro e último subcanais de freqüência para os quais esta condição é verdadeira podem ser reportados. Outras técnicas de compressão e de recuperação de erros de canal de realimentação para reduzir a quantidade de dados a ser realimentados para CSI podem ser utilizadas e estão dentro do escopo da invenção.

Os elementos da estação base e terminais podem ser implementados com um ou mais processadores de sinais digitais (DSP), circuitos integrados de aplicação específica (ASIC), processadores, microprocessadores, controladores, microcontroladores, arranjo de portas programável em campo (FPGA), dispositivos de lógica programável, outras unidades eletrônicas ou qualquer combinação dos mesmos. Algumas das funções e processamento aqui descritos também podem ser implementados com software executado em um processador.

Certos aspectos da invenção podem ser implementados com uma combinação de software e hardware. Como exemplo, o processamento para programar (isto é, selecionar terminais e designar antenas transmissoras) pode ser efetuado com base em códigos de programa executados em um processador (programador 534 na Figura 5).

Os cabeçalhos (heading) foram incluídos neste relatório por referência e para ajudar na localização de certas seções. Estes cabeçalhos não pretendem limitar o escopo dos conceitos descritos sob cada subtítulo e tais conceitos podem ser aplicados em outras seções ao longo de toda a descrição. Ά descrição anterior das modalidades descritas é provida para permitir que qualquer versados na técnica efetive ou faça uso da presente invenção. As diversas modificações dessas modalidades ficarão prontamente claras para os versados na técnica e os princípios genéricos aqui definidos podem ser aplicados a outras modalidades sem o afastamento do espírito ou escopo da invenção. Dessa forma, a presente invenção não pretende estar limitada às modalidades aqui apresentadas, mas deve ser acordado o escopo mais amplo consistente com os princípios e características de novidade aqui descritos.

Claims

1. Método para programar transmissão de dados em downlink para uma pluralidade de terminais em um sistema de comunicação sem fio, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: formar um ou mais conjuntos de terminais para possível transmissão de dados, em que cada conjunto inclui uma combinação de um ou mais terminais e corresponde a uma hipótese a ser avaliada; designar uma pluralidade de antenas transmissoras aos um ou mais terminais em cada conjunto; avaliar desempenho de cada hipótese com base, em parte, em designações de antena para a hipótese; selecionar uma dentre as uma ou mais hipóteses avaliadas com base no desempenho; e programar transmissão de dados para os um ou mais terminais na hipótese selecionada.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: formar uma pluralidade de sub-hipóteses para cada hipótese, em que cada sub-hipótese corresponde a designações específicas das antenas transmissoras aos um ou mais terminais na hipótese; e em que o desempenho de cada sub-hipótese é avaliado e uma das sub-hipóteses avaliadas é selecionada com base no desempenho.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a designação compreende: identificar um par antena transmissora e terminal com um melhor desempenho dentre todas as antenas transmissoras não designadas; designar a antena transmissora no par ao terminal no par; e remover a antena transmissora designada e o terminal de consideração.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada hipótese é avaliada com base, em parte, em informações de estado de canal (CSI) para cada terminal na hipótese, em que as CSI são indicativas de características de canal entre as antenas transmissoras e o terminal.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as CSI para cada terminal compreendem estimativas de relação sinal/ruído-mais-interferência (SNR) derivadas no terminal com base em sinais transmitidos provenientes das antenas transmissoras.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que cada conjunto de um ou mais terminais a ser avaliado é associado a uma respectiva matriz de SNRs alcançadas pelos um ou mais terminais no conj unto.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um ou mais conjuntos de feixes de antena são avaliados por cada terminal a ser considerado para programação para prover um ou mais vetores de SNRs, um vetor para cada conjunto de feixes de antena.

8. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar um esquema de codificação e modulação para cada antena transmissora com base nas CSI associadas à antena transmissora.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os um ou mais terminais em cada conjunto são selecionados dentre um grupo de terminais.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o grupo de terminais compreende um ou mais terminais SIMO, cada um designado para receber um único fluxo de dados.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a hipótese selecionada compreende uma pluralidade de terminais SIMO.

12. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que um grupo de terminais compreende um ou mais terminais MIMO cada um designado para receber múltiplos fluxos de dados provenientes de múltiplas antenas transmissoras.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a hipótese selecionada compreende um único terminal MIMO.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada terminal MIMO programado executa processamento de receptor de cancelamento sucessivo para recuperar dados transmitidos ao terminal MIMO.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada conjunto compreende terminais que possuem margens de link semelhantes.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a avaliação compreende: computar uma métrica de desempenho para cada hipótese.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a métrica de desempenho é uma função da capacidade de transmissão alcançável por cada terminal na hipótese.

18. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a hipótese que possuir uma melhor métrica de desempenho é selecionada para programação.

19. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: priorizar terminais a serem considerados para programação.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de antenas transmissoras é designada aos um ou mais terminais em cada conjunto com base na prioridade dos terminais no conjunto.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que um terminal de prioridade mais alta no conjunto é designado a uma antena transmissora associada a uma capacidade de transmissão mais alta, e um terminal de prioridade mais baixa no conjunto é designado a uma antena transmissora associada a uma capacidade de transmissão mais baixa.

22. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: limitar terminais a serem considerados para programação a um grupo de N terminais com prioridade mais alta, em que N é um ou maior.

23. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: manter uma ou mais medidas para cada terminal a ser considerado para programação; e em que a prioridade de cada terminal é determinada com base, em parte, nas uma ou mais medidas mantidas para o terminal.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que uma medida mantida para cada terminal relaciona-se a uma taxa de capacidade de transmissão média alcançada pelo terminal.

25. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a prioridade de cada terminal é adicionalmente determinada com base em um ou mais fatores mantidos para o terminal e associados à qualidade de serviço (QoS).

26. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os um ou mais terminais na hipótese selecionada são programados para transmissão de dados através de um canal que compreende uma pluralidade de subcanais espaciais.

27. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os um ou mais terminais na hipótese selecionada são programados para transmissão de dados através de um canal que compreende uma pluralidade de subcanais de freqüência.

28. Método para programar transmissão de dados para uma pluralidade de terminais em um sistema de comunicação sem fio, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: formar um ou mais conjuntos de terminais para possível transmissão de dados, em que cada conjunto compreende uma única combinação de um ou mais terminais e corresponde a uma hipótese a ser avaliada; formar uma ou mais sub-hipóteses para cada hipótese, em que cada sub-hipótese corresponde a designações específicas de uma pluralidade de antenas transmissoras para os um ou mais terminais na hipótese; avaliar desempenho de cada sub-hipótese; selecionar uma sub-hipótese dentre uma pluralidade de sub-hipóteses avaliadas com base em seu desempenho; programar transmissão de dados para os um ou mais terminais na sub-hipótese selecionada; e transmitir dados a cada terminal programado na sub-hipótese selecionada a partir de uma ou mais antenas transmissoras designadas ao terminal.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a avaliação compreende: determinar uma capacidade de transmissão para os um ou mais terminais na sub-hipótese com base nas específicas designações de antena; e em que a sub-hipótese com capacidade de transmissão mais alta é selecionada.

30. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que um conjunto de terminais é formado, e em que os terminais no conjunto são selecionados com base em prioridade de terminais que desejam transmissão de dados.

31. Sistema de comunicação por múltiplas-entradas e múltiplas-saidas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende: uma estação base que inclui: uma pluralidade de antenas transmissoras; um programador configurado para receber informações de estado de canal (CSI) indicativas de estimativas de canal para uma pluralidade de terminais no sistema de comunicação, selecionar um conjunto de um ou mais terminais para transmissão de dados em um downlink com base, pelo menos em parte, nas CSI recebidas, e designar a pluralidade de antenas transmissoras aos um ou mais terminais selecionados; um processador de dados de transmissão configurado para receber e processar dados para os um ou mais terminais selecionados com base nas CSI para prover uma pluralidade de fluxos de dados; e uma pluralidade de moduladores configurados para processar a pluralidade de fluxos de dados para prover uma pluralidade de sinais modulados adequados para transmissão a partir da pluralidade de antenas transmissoras; e um ou mais terminais, cada terminal incluindo: uma pluralidade de antenas receptoras, cada antena receptora configurada para receber a pluralidade de sinais modulados transmitidos provenientes da estação base; uma pluralidade de unidades front-end, cada unidade front-end configurada para processar um sinal proveniente de uma antena receptora associada para prover um respectivo sinal recebido; um processador de recepção configurado para processar uma pluralidade de sinais recebidos a partir da pluralidade de unidades front-end para prover um ou mais fluxos de dados decodificados e para derivar adicionalmente CSI para a pluralidade de sinais modulados; e um processador de dados de transmissão configurado para processar as CSI para transmissão de volta à estação base.

32. Estação base em um sistema de comunicação por múltiplas-entradas e múltiplas-saídas (MIMO), caracterizada pelo fato que compreende; um processador de dados de transmissão configurado para receber e processar dados para prover uma pluralidade de fluxos de dados para transmissão a um ou mais terminais programados para transmissão de dados, em que os dados são processados com base em informações de estado de canal (CSI) indicativas de estimativas de canal para os um ou mais terminais programados; uma pluralidade de moduladores configurados para processar a pluralidade de fluxos de dados para prover uma pluralidade de sinais modulados; uma pluralidade de antenas transmissoras configuradas para receber e transmitir a pluralidade de sinais modulados para os um ou mais terminais programados; e um programador configurado para receber CSI para uma pluralidade de terminais no sistema de comunicação, selecionar um conjunto de um ou mais terminais para transmissão de dados com base, pelo menos em parte, nas CSI recebidas e designar a pluralidade de antenas transmissoras aos um ou mais terminais selecionados.

33. Estação base, de acordo com a reivindicação 32, caracterizada pelo fato que o fluxo de dados para cada antena transmissora é processado com base em um esquema de codificação e modulação selecionado para a antena transmissora com base nas CSI associadas à antena transmissora.

34. Estação base, de acordo com a reivindicação 32, caracterizada pelo fato que compreende adicionalmente: uma pluralidade de demoduladores configurados para processar uma pluralidade de sinais recebidos através da pluralidade de antenas transmissoras para prover uma pluralidade de sinais recebidos; e um processador de dados de recepção configurado para processar adicionalmente a pluralidade de sinais recebidos para derivar CSI para a pluralidade de terminais no sistema de comunicação.

35. Terminal em um sistema de comunicação por múltiplas-entradas e múltiplas-saídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende: uma pluralidade de antenas receptoras, cada antena receptora configurada para receber uma pluralidade de sinais modulados transmitidos provenientes de uma estação base; uma pluralidade de unidades front-end, cada unidade front-end configurada para processar um sinal proveniente de uma antena receptora associada para prover um respectivo sinal recebido; um processador de recepção configurado para processar uma pluralidade de sinais recebidos provenientes da pluralidade de unidades front-end para prover um ou mais fluxos de dados decodificados e para derivar adicionalmente informações de estado de canal (CSI) para cada fluxo de dados decodificado; e um processador de dados de transmissão configurado para processar as CSI para transmissão de volta à estação base; e em que o terminal é um dentre os um ou mais terminais incluídos em um conjunto programado para receber transmissão de dados proveniente da estação base em um intervalo de tempo especifico; e em que o conjunto programado de um ou mais terminais para receber transmissão de dados é selecionado dentre um ou mais conjuntos de terminais com base, pelo menos em parte, em CSI recebidas provenientes dos um ou mais terminais em cada conjunto.

36. Terminal, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o terminal é programado para receber transmissão de dados proveniente de uma ou mais antenas transmissoras na estação base designada ao terminal.

37 . Equipamento para programar transmissões de dados para uma pluralidade de terminais em um sistema de comunicação sem fio, caracterizado pelo fato de que compreende: dispositivos para formar um ou mais conjuntos de terminais para possível transmissão de dados, em que cada conjunto compreende uma combinação de um ou mais terminais e corresponde a uma hipótese a ser avaliada; dispositivos para designar uma pluralidade de antenas transmissoras aos um ou mais terminais em cada conj unto; dispositivos para avaliar desempenho de cada hipótese com base, em parte, em designações de antena para a hipótese; dispositivos para selecionar uma dentre as uma ou mais hipóteses avaliadas com base no desempenho; e dispositivos para programar transmissão de dados para os um ou mais terminais na hipótese selecionada.

38 . Equipamento, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: dispositivos para formar uma pluralidade de sub-hipóteses para cada hipótese, em que cada sub-hipótese corresponde a designações especificas das antenas transmissoras aos um ou mais terminais na hipótese, e em que um desempenho de cada sub-hipótese é avaliado e uma das sub-hipóteses avaliadas é selecionada com base no desempenho.

39. Equipamento, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que os dispositivos para designar compreendem: dispositivos para identificar um par antena transmissora e terminal com um melhor desempenho dentre todas as antenas transmissoras não designadas; dispositivos para designar a antena transmissora no par ao terminal no par; e dispositivos para remover a antena transmissora designada e o terminal de consideração.

40. Equipamento, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que cada hipótese é avaliada com base, em parte, em informações de estado de canal (CSI) para cada terminal na hipótese, em que as CSI são indicativas de características de canal entre as antenas transmissoras e o terminal.

41. Equipamento, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que as CSI para cada terminal compreendem estimativas de relação sinal/ruído-mais-interferência (SNR) derivadas no terminal com base em sinais transmitidos provenientes das antenas transmissoras.

42. Equipamento, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: dispositivos para determinar um esquema de codificação e modulação para cada antena transmissora com base nas CSI associadas à antena transmissora.

43. Equipamento, de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que os dispositivos para avaliar compreendem: dispositivos para computar uma métrica de desempenho para cada hipótese.

44. Equipamento, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado pelo fato de que a métrica de desempenho é uma função da capacidade de transmissão alcançável por cada terminal na hipótese.

45. Equipamento, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: dispositivos para priorizar terminais a serem considerados para programação.

46. Equipamento, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de antenas transmissoras é designada aos um ou mais terminais em cada conjunto com base na prioridade dos terminais no conjunto.

47. Equipamento, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: dispositivos para manter uma ou mais medidas para cada terminal a ser considerado para programação, em que a prioridade de cada terminal é determinada com base, em parte, nas uma ou mais medidas mantidas para o terminal.

48. Equipamento para programar transmissão de dados para uma pluralidade de terminais em um sistema de comunicação sem fio, caracterizado pelo fato de que compreende: dispositivos para formar um ou mais conjuntos de terminais para possível transmissão de dados, em que cada conjunto compreende uma única combinação de um ou mais terminais e corresponde a uma hipótese a ser avaliada; dispositivos para formar uma ou mais sub-hipóteses para cada hipótese, em que cada sub-hipótese corresponde a designações especificas de uma pluralidade de antenas transmissoras para os um ou mais terminais na hipótese; dispositivos para avaliar desempenho de cada sub- hipótese ; dispositivos para selecionar uma sub-hipótese dentre uma pluralidade de sub-hipóteses avaliadas com base em seu desempenho; dispositivos para programar transmissão de dados para os um ou mais terminais na sub-hipótese selecionada; e dispositivos para transmitir dados a cada terminal programado na sub-hipótese selecionada provenientes de uma ou mais antenas transmissoras designadas ao terminal.

49. Equipamento, de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato de que os dispositivos para avaliar compreendem: dispositivos para determinar uma capacidade de transmissão para os um ou mais terminais na sub-hipótese com base nas designações de antena específicas, e em que a sub-hipótese com capacidade de transmissão mais alta é selecionada.