BRPI0512808B1

BRPI0512808B1 - computação eficiente de matrizes de filtro espacial para diversidade de transmissão de direcionamento em um sistema de comunicação mimo

Info

Publication number: BRPI0512808B1
Application number: BRPI0512808A
Authority: BR
Inventors: Rodney Walton Jay; S Wallace Mark; J Howard Steven
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2018-10-09
Also published as: JP2015173453A; KR20070028609A; IL180340A0; AU2005260035B2; RU2007103348A; CA2572591C; ES2427934T3; JP2008505544A; JP4833969B2; EP1766807A1; TW201210227A; AU2005260035C1; AU2005260035A1; US20070009059A1; EP1766807B1; BRPI0512808A; CN101010890A; WO2006004706A1; KR100887199B1; JP2011188507A

Abstract

computação eficiente de matrizes de filtro espacial para diversidade de transmissão de direcionamento em um sistema de comunicação mimo. são descritas técnicas para computar eficientemente matrizes de filtro espacial. as matrizes de resposta de canal para um canal mimo podem estar altamente correlacionadas caso o canal seja relativamente estático dentro de uma faixa de durações de transmissão. em tal caso, pode ser derivada uma matriz espacial inicial de filtro com base em uma matriz de resposta de canal e uma matriz de filtro espacial para cada duração de transmissão pode ser computada com base na matriz espacial inicial de filtro e em uma matriz de direcionamento usada para tal duração de transmissão. as matrizes de resposta de canal podem ser parcialmente correlacionadas caso o canal mimo não seja estático, porém não mude abruptamente. em tal caso, pode ser derivada uma matriz de filtro espacial para matriz espacial inicial de filtro para outra duração de transmissão m . uma matriz de filtro espacial para a duração de transmissão m pode ser computada com base na matriz espacial inicial de filtro, usando por exemplo um procedimento interativo.

Description

(54) Título: COMPUTAÇÃO EFICIENTE DE MATRIZES DE FILTRO ESPACIAL PARA DIVERSIDADE DE TRANSMISSÃO DE DIRECIONAMENTO EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO MIMO (51) lnt.CI.: H04B 7/08 (30) Prioridade Unionista: 30/06/2004 US 10/882,491 (73) Titular(es): QUALCOMM INCORPORATED (72) Inventor(es): MARK S. WALLACE; JAY RODNEY WALTON; STEVEN J. HOWARD (85) Data do Início da Fase Nacional: 28/12/2006

COMPUTAÇÃO EFICIENTE DE MATRIZES DE FILTRO ESPACIAL PARA DIVERSIDADE DE TRANSMISSÃO DE DIRECIONAMENTO EM UM SISTEMA

DE COMUNICAÇÃO MIMO

FUNDAMENTOS

I. Campo

A presente invenção refere-se ,de um modo geral, à comunicação e mais especificãmente ao processamento espacial para transmissão de dados em um sistema de comunicação de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO).

II. Fundamento

Um sistema MIMO emprega múltiplas (N_T) antenas de transmissão em uma entidade de transmissão e múltiplas (N_R) antenas de recepção em uma unidade de recepção para a transmissão de dados. Um canal MIMO formado pelas N_Tantenas de transmissão e N_R antenas de recepção pode ser decomposto em N_s canais espaciais, em que N_s < min[N_T, N_R] . Os N_s canais espaciais podem ser usados para transmitir dados em paralelo para obtenção de capacidade de transmissão mais elevada e/ou redundantemente para obtenção de maior confiabilidade.

Cada canal espacial pode sofrer várias condições de canal prejudiciais, tais como, por exemplo, efeitos de desvanecimento (fading), multipercursos e interferência. Os

N_s canais espaciais podem também experimentar diferentes condições de canal e podem obter diferentes relações sinal/ruído mais interferência (SNRs). A SNR de cada canal espacial determina a sua capacidade de transmissão, a qual é tipicamente quantificada por uma taxa de dados particular que pode ser transmitida com confiança através do canal espacial. Para um canal sem fio variável no tempo, as condições do canal se modificam ao longo do tempo e a SNR de cada canal espacial também se altera com o tempo.

2/36

Para melhorar o desempenho, o sistema MIMO pode utilizar alguma forma de realimentação pela qual a entidade de recepção avalia os canais espaciais e provê informações de realimentação indicando a condição do canal ou a capacidade de transmissão de cada canal espacial. A entidade de transmissão pode então ajustar a transmissão de dados através de cada canal espacial com base nas informações de realimentação. No entanto, tais informações de realimentação podem não estar disponíveis por várias relações. Como exemplo, o sistema pode não suportar a transmissão de realimentação a partir da entidade de recepção, ou o canal sem fio pode se modificar mais rapidamente do que a taxa em que a entidade de recepção pode estimar o canal sem fio e/ou enviar as informações de realimentação. Em qualquer dos casos, caso a entidade de transmissão não conheça a condição do canal, então ela pode necessitar transmitir dados em uma taxa baixa de forma a que a transmissão de dados possa ser confiavelmente decodificada pela entidade de recepção, mesmo no pior caso das condições de canal. O desempenho de tal sistema seria ditado pelo pior caso das condições de canal, o que é altamente indesejável.

Para melhorar o desempenho (por exemplo, quando não estão disponíveis as informações de realimentação), a entidade de transmissão pode efetuar o processamento espacial de tal forma que a transmissão de dados não sofra o pior caso das condições de canal por um período de tempo prolongado, tal como descrito mais adiante. Uma taxa de dados mais elevada pode então ser usada para a transmissão de dados. No entanto, tal processamento espacial representa uma complexidade adicional para as entidades de transmissão e de recepção.

Existe portanto uma demanda na área por técnicas para efetuar de forma eficiente o processamento espacial para melhorar o desempenho em um sistema MIMO.

3/36

SUMÁRIO

São aqui descritas técnicas para a computação eficiente de matrizes de filtro espacial usadas para o processamento espacial por uma entidade de recepção. Uma entidade de transmissão pode transmitir dados através de um canal MIMO usando uma transmissão com informações de estado de canal totais (CSI totais) ou com CSI parciais, tal como descrito mais adiante. A entidade de transmissão pode também utilizar diversidade de direcionamento de transmissão (STD) para melhor desempenho. Com a STD, a entidade de transmissão efetua o processamento espacial com diferentes matrizes de direcionamento de forma a que a transmissão de dados observe um conjunto de canais efetivos e não fique presa em uma condição de canal ruim por um período de tempo prolongado. A entidade de recepção efetua o processamento espacial de receptor complementar para transmissão de CSI totais ou CSI parciais e para a diversidade de direcionamento de transmissão. As matrizes de filtro espacial usadas para o processamento espacial de receptor podem ser eficientemente computadas se o canal MIMO for relativamente estático ou não mude abruptamente.

Caso o canal MIMO seja relativamente estático dentro de uma faixa de duração de transmissão (por exemplo, uma faixa de períodos de símbolos ou sub-bandas de freqüência), então as matrizes de resposta de canal para o canal MIMO dentro de tais durações de transmissão podem estar altamente correlacionadas. Em tal caso, uma matriz de filtro espacial inicial pode ser derivada com base em uma matriz de resposta de canal e em uma técnica de processamento de receptor selecionada, tal como descrito mais adiante. Pode então ser computada uma matriz de filtro espacial para cada duração de transmissão dentro da faixa estática com base na matriz de filtro espacial inicial e na matriz de direcionamento usadas para tal duração de transmissão.

4/36

Caso o canal MIMO não seja estático, porém não se modifique abruptamente, então as matrizes de resposta de canal para diferentes durações de transmissão podem ser parcialmente correlacionadas. Em tal caso, uma matriz de filtro espacial M__x (¢) pode ser derivada para uma dada duração de transmissão í e usada para derivar uma matriz de filtro espacial inicial para outra duração de transmissão m . Uma matriz de filtro espacial para a duração de transmissão m pode então ser computada com base na matriz de filtro espacial inicial usando-se, por exemplo, um procedimento iterativo. O mesmo processamento pode ser repetido através de uma faixa de durações de transmissão de interesse, de forma a que cada matriz de filtro espacial derivada possa ser utilizada para computar outra matriz de filtro espacial para outra duração de transmissão.

As matrizes de direcionamento podem ser definidas de tal forma que a computação das matrizes de filtro espacial possa ser simplificada. Vários aspectos e modalidades da invenção serão descritos em maiores detalhes mais adiante.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 apresenta uma entidade de transmissão e uma entidade de recepção em um sistema MIMO;

A Figura 2 apresenta um modelo para a transmissão de dados com diversidade de direcionamento de transmissão;

As Figuras 3A e 3B apresentam a transmissão de dados em um sistema MIMO de portadora única e em um sistema MIMO de múltiplas portadoras, respectivamente;

As Figuras 4 e 5 apresentam processos para computação de matrizes de filtro espacial para matrizes de resposta de canal total e parcialmente correlacionadas, respectivamente;

5/36

A Figura 6 apresenta um diagrama de blocos de um ponto de acesso e um terminal de usuário; e

A Figura 7 apresenta um diagrama de blocos de um processador para computação de matriz de filtro espacial.

DESCRIÇÃO DETALHADA termo exemplar é aqui usado com o significado de servindo como exemplo, caso, ou ilustração. Qualquer modalidade aqui descrita como exemplar não deve ser necessariamente considerada como preferida ou vantajosa em relação a outras modalidades.

A Figura 1 apresenta um diagrama de blocos simples de uma entidade de transmissão 110 e uma entidade de recepção 150 em um sistema MIMO 100. Na entidade de transmissão 110, um processador espacial de transmissão (TX) 120 efetua o processamento espacial sobre símbolos de dados (denotados por um vetor para gerar símbolos de transmissão (denotados por um vetor x (m )). Tal como é aqui utilizado, o termo símbolo de dados consiste em um símbolo de modulação para dados, um símbolo de piloto é um símbolo de modulação para um piloto (o qual consiste em dados que são conhecidos a priori pelas entidades de transmissão e de recepção), um símbolo de transmissão é um símbolo a ser enviado a partir de uma antena de transmissão, um símbolo recebido é um símbolo obtido a partir de uma antena de recepção e um símbolo de modulação consiste em um valor complexo para um ponto em uma constelação de sinais usada para um esquema de modulação (por exemplo, M-PSK, M-QAM e assim por diante). O processamento espacial é efetuado com base em matrizes de direcionamento V_(tn) e possivelmente outras matrizes. Os símbolos de transmissão são adicionalmente condicionados por uma unidade de transmissão (TMTR) 122 para gerar N_Tsinais modulados, os quais são transmitidos a partir de N_Tantenas de transmissão 124 e via um canal MIMO.

6/36

Na entidade de recepção 150, os sinais modulados transmitidos são recebidos por N_R antenas de recepção 152 e os N_r sinais recebidos são condicionados por uma unidade receptora (RCVR) 154 para a obtenção de símbolos recebidos (denotados por um vetor rfm)) . Um processador espacial de recepção (RX) 160 a seguir efetua o processamento espacial receptor (ou filtragem espacial casada) sobre os símbolos recebidos por meio de matrizes de filtro espacial (denotadas por para obtenção de símbolos de dados detectados (denotados por um vetor ·?(«/)). Os símbolos de dados detectados constituem estimativas dos símbolos de dados enviados pela entidade de transmissão 110. O processamento espacial nas entidades de transmissão e recepção será descrito a seguir.

As técnicas de computação de matriz de filtro espacial aqui descritas podem ser usadas para um sistema MIMO de portadora única, bem como para um sistema MIMO de múltiplas portadoras. Múltiplas portadoras podem ser obtidas por multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM), multitons individuais (DMT), algumas outras técnicas de modulação de multiportadoras, ou alguma outra estrutura. A OFDM efetivamente particiona a amplitude de banda total do sistema em múltiplas (N_F) sub-bandas ortogonais, as quais são também referidas como tons, sub25 portadoras, faixas e canais de freqüência. Com a OFDM, cada sub-banda é associada a uma respectiva sub-portadora que pode ser modulada com dados.

No sistema MIMO 100, o canal MIMO formado pelas N_T antenas de transmissão na entidade de transmissão 110 e as N_r antenas de recepção na entidade de recepção 150 podem ser caracterizadas por uma matriz de resposta de canal de N_r x N_T, Hfm) , que pode ser dada por:

7/36

Em que


	W	.....
		»
entrada		, para z =

Nr e j = 1

N_T, denota o acoplamento ou ganho de canal complexo entre a antena de transmissão j e a antena de recepção i para a duração de transmissão m . Uma duração de transmissão pode cobrir dimensões de tempo e/ou freqüência. Como exemplo, em um sistema MIMO de portadora única, uma duração de transmissão pode corresponder a um periodo de símbolos, o qual constitui o intervalo de tempo para a transmissão de um símbolo de dados. Em um sistema MIMO de multiportadoras, uma duração de transmissão pode corresponder a uma subbanda em um período de símbolos. Uma duração de transmissão pode também abranger múltiplos períodos de símbolos e/ou múltiplas sub-bandas. Para maior simplicidade, presume-se que o canal MIMO seja de classificação total com N_s = N_T □

R·

O sistema MIMO pode suportar a transmissão de dados usando um ou mais modos de operação, tais como, por exemplo, um modo calibrado e um modo não calibrado. O modo calibrado pode empregar transmissão de CSI totais, pela qual os dados são transmitidos através de canais espaciais (ou automodos) ortogonais do canal MIMO. O modo não calibrado pode empregar transmissão de CSI parciais, pela qual os dados são transmitidos através de canais espaciais do canal MIMO, por exemplo, a partir de antenas de transmissão individuais.

O sistema MIMO pode também empregar diversidade de direcionamento de transmissão (STD) para melhorar o desempenho. Com a STD, a entidade de transmissão efetua o processamento espacial por matrizes de direcionamento de forma a que uma transmissão de dados observe um conjunto de

8/36 canais efetivos e não fique presa a uma única realização de canal ruim por um periodo de tempo prolongado. Conseqüentemente, o desempenho não é ditado pelo pior caso das condições de canal.

1. Modo Calibrado - Transmissão com CSI totais.

Para transmissão com CSI totais, a decomposição de autovalor pode ser efetuada sobre uma matriz de correlação de H_(m) para a obtenção de N_s automodos de H_(rri) , da seguinte forma:

_1Q I(m) . Bq(2)

Em que:

R(m) é uma matriz de correlação de N_T x N_T de

HJm):

E(m) é uma matriz unitária de N_T x N_T cujas 15 colunas são autovetores de R(jn);

Λ (m ) é uma matriz diagonal de N_T x N_T de autovalores de R(m); e ^H denota uma transposta conjugada.

Uma matriz unitária U_ é caracterizada pela propriedade U_^H-U = I, em que / é a matriz de identidade. As colunas de uma matriz unitária são ortogonais umas às outras e cada coluna possui potência unitária. A matriz E(m) pode ser utilizada para processamento espacial pela entidade de transmissão para transmitir dados através dos

N_s automodos de H_(m) . Os automodos podem ser considerados como canais espaciais ortogonais obtidos através de decomposição. As entradas diagonais de A(w) são autovalores de R(m), que representam os ganhos de potência para os N_s automodos. A decomposição de valor singular pode também ser efetuada para a obtenção de matrizes de

9/36 autovetores esquerdos e direitos, os quais podem ser usados para a transmissão com CSI totais.

A entidade de transmissão efetua o processamento espacial para a transmissão com CSI totais com diversidade de direcionamento de transmissão, da seguinte forma:

X/(w) - EO») · YW M®)» Eq (3)

Em que:

s(m) é um vetor N_T x 1 com até N_s símbolos de dados a serem enviados na duração de transmissão m ;

K(^m) θ uma matriz de direcionamento de N_T x N_T para a duração de transmissão m ;

E(m) é a matriz de autovetores para a duração de transmissão m ; e x_f(m) é um vetor de N_T x 1 com N_T símbolos de transmissão a serem transmitidos a partir das N_T antenas de transmissão na duração de transmissão m .

Tal como mostrado na equação (3), cada símbolo de dados em s(m) é efetivamente espalhado espacialmente com uma respectiva coluna de K(®) · Caso N_s < N_T, então N_s símbolos de dados em s(m) são espacialmente espalhados com uma matriz de N_s x N_s, K(^w) < para obtenção de N_s símbolos espalhados. Cada símbolo espalhado inclui um componente de cada um dos N_s símbolos de dados. Os N_s símbolos espalhados provenientes do espalhamento espacial são a seguir enviados através dos N_s automodos de H_(m) . Cada matriz de direcionamento V_(^m) θ uma matriz unitária e pode ser gerada tal como descrito a seguir.

A entidade de recepção obtém símbolos recebidos a partir das N_R antenas de recepção, os quais podem ser expressados por:

10/36

Eq (4) =Βμτ(«)·ιΜ+aW

Em que:

r__f(m) é um vetor N_R x 1 com N_R símbolos recebidos obtidos através das N_R antenas de recepção na duração de transmissão m ;

n(m) é um vetor de ruído para a duração de transmissão m ; e

ILf e/f(^m) θ uma matriz de resposta de canal MIMO efetiva N_R x N_T observada pelo vetor de dados s(rn) para a transmissão com CSI totais com diversidade de direcionamento de transmissão, que é:

Para maior simplicidade, presume-se que o ruído seja ruído branco Gaussiano aditivo (AWGN) com um vetor médio de zero e uma matriz de covariância de φ = σ² ·I, em —nn — que σ² é a variância do ruído e / é a matriz de identidade.

A entidade de recepção pode recuperar os símbolos de dados em s(m) usando várias técnicas de processamento de receptor. As técnicas aplicáveis para a transmissão com CSI totais incluem uma técnica de CSI totais e uma técnica de mínimo erro quadrático médio (MMSE).

Para a técnica de CSI totais, a entidade de recepção pode derivar uma matriz de filtro espacial M ^(m) da seguinte forma:

A entidade de recepção pode efetuar o processamento espacial de receptor usando da seguinte forma:

11/36

-y(m) M«)+fíO«)] , Eq(7) =§.('»)+11/0») ,

Em que:

i/ci/C^) θ um vetor N_T x 1 com N_s símbolos de dados detectados; e

K/im) θ o ruído pós-detecção após o processamento espacial de receptor.

Para a técnica de MMSE, a entidade de recepção pode derivar uma matriz de filtro espacial A£y _mmse(tri) da seguinte forma:

· Bq(8)

A matriz de filtro espacial M__{f mmse}(m) minimiza o erro médio quadrático entre as estimativas de símbolos provenientes do filtro espacial e os símbolos de dados em 5(zw) .

A entidade de recepção pode efetuar o processamento espacial MMSE como se segue:

O) *£/(«) » =0«) 't(m) *>

Em que D_{f mmse}(ní) θ uma matriz diagonal contendo os elementos diagonais de

M__f __mmse(m)· H__feff(m),ou D_{f mmse}{m) = diag[M_{f mm}Jrn)· H_f ; e n_{f mmse}(^m) θ o ruído MMSE filtrado.

As estimativas de símbolos provenientes do filtro espacial M/mmX⁰²) são estimativas não normalizadas dos símbolos de dados. A multiplicação com a matriz de

12/36 escalonamento D_{f mmse}(jn} propicia estimativas normalizadas dos símbolos de dados.

A transmissão com CSI totais tenta enviar dados através dos automodos de H_(m) . No entanto, uma transmissão de dados com CSI totais pode não ser completamente ortogonal devido, por exemplo, a uma estimativa imperfeita de Hfn), erro na decomposição de autovalor, precisão aritmética finita e assim por diante. A técnica MMSE pode compensar (ou limpar) qualquer perda de ortogonalidade na transmissão de CSI totais.

A Tabela 1 resume o processamento espacial nas entidades de transmissão e recepção para a transmissão de CSI totais com diversidade de direcionamento de transmissão.

Tabela 1

Entidade	Modo Calibrado - Transmissão de CSI totais
Transmissor	X/(»0 “lí»»} · V(«t) -l(»0	Processamento Espacial
		Canal Efetivo
Receptor CSI totais		Matriz de Filtro Espacial
	Processamento Espacial
Receptor MMSE	!/„«««(«)=<Uag	Matriz de Filtro Espacial
^_Ζ_™„»(Ηί) = · Μ_Ζ_«η«(»ϋ £/(»«)	Processamento Espacial

2. Modo Não Calibrado - Transmissão de CSI

Parciais.

13/36

Para a transmissão de CSI parciais com diversidade de direcionamento de transmissão, a entidade de transmissão efetua o processamento espacial como se segue:

IpO) = V(fflt)-s(»í) , Bq (10) onde x_p(jri) é o vetor de dados de transmissão para a duração de transmissão m . Tal como mostrado na equação (10), cada símbolo de dados em s(m) é espacialmente espalhado com uma respectiva coluna de V_(m) . Os N_T símbolos espalhados resultantes da multiplicação por V_(m) são a seguir transmitidos a partir das N_T antenas de transmissão.

A entidade de recepção obtém símbolos recebidos, os quais podem ser expressados por:

Bq(ll) =I|p ^(i») ·!(««)+(/») ,

Em que:

L_P(^m) é o vetor de símbolo recebido para a duração de transmissão m ; e

H__{p eff}(rri) é uma matriz de resposta de canal MIMO efetiva N_R x N_T observada por s(m) para transmissão de CSI parciais com diversidade de direcionamento de transmissão, que é:

Eq(12)

A entidade de recepção pode recuperar os símbolos de dados em s(m) usando várias técnicas de processamento de receptor. As técnicas aplicáveis para transmissão de CSI parciais incluem uma técnica de inversão de matriz de correlação de canal (CCMI) (a qual é também comumente denominada como uma técnica de forçar zero), a técnica MMSE e uma técnica de cancelamento sucessivo de interferência (SIC).

14/36

Para a técnica CCMI, a entidade de recepção pode derivar uma matriz de filtro espacial > da seguinte forma:

(·)) Eq(l3)

A entidade de recepção pode efetuar o processamento espacial CCMI, da seguinte forma:

, Eq(i4)

Em que H_ccm/(w) é o ruído CCMI filtrado. Devido à estrutura de R_p, a técnica CCMI pode amplificar o ruído.

Para a técnica MMSE, a entidade de recepção pode derivar uma matriz de filtro espacial M__{p mmse}(ni), como se segue:

= ffl ^<»i) H_f^(hí) + -I] ‘Ε^(«) · Eq (15)

A equação (15) para a transmissão de CSI parciais possui a mesma forma que a equação (8) para a transmissão de CSI totais. No entanto, é usada H__peff(jri) (^em lugar de H__f ) na equação (15) para a transmissão de CSI parciais.

A entidade de recepção pode efetuar o processamento espacial MMSE, como se segue:

Em que D_{p mms}Am) = diag[M_{p mmse}(rn)· e n_pmmse(m) é o ruído

MMSE filtrado para a transmissão de CSI parciais.

Para a técnica SIC, a entidade de recepção recupera os símbolos de dados em s(m) em estágios sucessivos. Para maior clareza, a descrição que se segue

15/36 presume que cada elemento de s(m) e cada elemento de r_p(rn) corresponda a um fluxo de símbolos de dados. A entidade de recepção processa os N_R fluxos de símbolos recebidos em r_p(«í) N_s estágios sucessivos para recuperar os N_s fluxos de símbolos de dados em s(m). Tipicamente, o processamento SIC é tal que um pacote é recuperado para um fluxo e a seguir outro pacote é recuperado para outro fluxo e assim por diante. Para maior simplicidade, a descrição que se segue presume que N_s = N_T.

Para cada estágio 1, em que ί = 1 ... N_s, a entidade de recepção efetua o processamento espacial de receptor sobre N_R fluxos de símbolos de entrada, f_p(m) para

tal estágio. Os	fluxos	de	símbolos	de entrada	para o
primeiro estágio	(€ =	D	são os	fluxos de	símbolos
15 recebidos, ou f_p{jn)	= r_p(w) .	Os	fluxos de	símbolos de	entrada

para cada estágio subseqüente (€ = 2 ... N_s) são fluxos de símbolos modificados provenientes de um estágio precedente. O processamento espacial de receptor para o estágio ί é baseado em uma matriz de filtro espacial Mj(^m) que pode ser derivada com base em uma matriz de resposta de canal efetiva reduzida H__P θ adicionalmente de acordo com a

CCMI, MMSE, ou alguma outra técnica. H_^lp e/f(jn) contém Ns-^+l colunas em H__p correspondendo a N_s-£ + i fluxos de símbolos de dados ainda não recuperadas no estágio ί . A entidade de recepção obtém um fluxo de símbolos de dados detectado {i,} para o estágio ί e processa adicionalmente (por exemplo, demodula, deintercala e decodifica) tal fluxo para obtenção de um fluxo de dados decodificado correspondente.

16/36

A entidade de recepção a seguir estima a interferência que o fluxo de símbolos de dados causa para as outras correntes de símbolos de dados ainda não recuperadas. Para estimar a interferência, a entidade de recepção processa (por exemplo, re-codifica, intercala, e mapeia para símbolos) o fluxo de dados decodificado da mesma maneira efetuada pela entidade de transmissão para tal fluxo e obtém um fluxo de símbolos remodulados {?<,}, ^aqual é uma estimativa do fluxo de símbolos de dados {$,,} recém recuperada. A entidade de recepção a seguir efetua o processamento espacial sobre o fluxo de símbolos remodulado com as matrizes de direcionamento V(m) θ adicionalmente multiplica o resultado pelas matrizes de resposta de canal Hftri) para obtenção de NR componentes de interferência z^£(zw) causados pelo fluxo . A entidade de recepção a seguir subtrai os NR componentes de interferência /(zzí) das N_R fluxos de símbolos de entrada r^ep(m) para o atual estágio í £+1 para obtenção de N_R fluxos de símbolos de entrada (zw) para o próximo estágio, ou (m) = r_p (m) - i (zw) . Os fluxos de ¢+1 símbolos de entrada r__p (rri) representam os fluxos que a entidade de recepção teriam recebido caso o fluxo de símbolos de dados {5,} não tivesse sido transmitida, presumindo-se que o cancelamento de interferência foi efetivamente efetuado. A entidade de recepção a seguir repete o mesmo processamento sobre os N_R fluxos de símbolos ¢+1 de entrada r__p (m) para recuperar outro fluxo de dados. No ¢+1 entanto, a matriz de resposta de canal efetiva H_ _e#(zw) para o estágio seguinte ¢+1 é reduzida em uma coluna

17/36 correspondente ao fluxo de símbolos de dados recuperada no estágio ί .

Para a técnica SIC, a SNR de cada fluxo de símbolos de dados depende (1) da técnica de processamento do receptor (por exemplo, CCMI ou MMSE) usada para cada estágio, (2) do estágio específico no qual o fluxo de símbolos de dados é recuperada e (3) da quantidade de interferência devido aos fluxos de símbolos recuperados em estágios posteriores. De um modo geral, a SNR melhora progressivamente para fluxos de símbolos de dados recuperados em estágios posteriores pois a interferência proveniente dos fluxos de símbolos de dados recuperados em estágios anteriores é cancelada. Isto pode então permitir que taxas mais elevadas sejam utilizadas para fluxos de símbolos de dados recuperados em estágios posteriores.

A Tabela 2 resume o processamento espacial nas entidades de transmissão e recepção para transmissão de CSI parciais com diversidade de direcionamento de transmissão. Para maior simplicidade, a técnica SIC não é apresentada na

Tabela 2.

Tabela 2

Entidade	Modo Não Calibrado - Transmissão de CSI Parciais
Transmissor		Processamento Espacial
		Canal Efetivo
Receptor CCMI		Matriz de Filtro Espacial
	Processamento Espacial
Receptor MMSE	=4iag	Matriz de Filtro Espacial
	Processamento Espacial

18/36

A Figura 2 apresenta um modelo para transmissão de dados com diversidade de direcionamento de transmissão. A entidade de transmissão 110 efetua o processamento espacial (ou espalhamento espacial) para diversidade de direcionamento de transmissão (no bloco 220) e o processamento espacial para a transmissão de CSI totais ou CSI parciais (no bloco 230). A entidade de recepção 150 efetua o processamento espacial de receptor para a transmissão de CSI totais ou CSI parciais (no bloco 260) e o processamento espacial de receptor (ou desespalhamento espacial) para diversidade de direcionamento de transmissão (no bloco 270). Tal como mostrado na Figura 2, a entidade de transmissão efetua o espalhamento espacial para diversidade de direcionamento de transmissão antes do processamento espacial (caso ocorra) para a transmissão de CSI totais ou CSI parciais. A entidade de recepção pode efetuar o processamento espacial de receptor complementar para a transmissão de CSI totais ou CSI parciais seguido por desespalhamento espacial para diversidade de direcionamento de transmissão.

3. Computação da Matriz de Filtro Espacial.

Com a diversidade de direcionamento de transmissão, diferentes matrizes de direcionamento Vjjri) podem ser usadas para diferentes durações de transmissão para aleatorizar o canal MIMO efetivo observado por uma transmissão de dados. Isto pode então melhorar o desempenho, uma vez que a transmissão de dados não observa uma realização de canal MIMO ruim por um período de tempo prolongado. As durações de transmissão podem corresponder a períodos de símbolos para um sistema MIMO de portadora única ou a sub-bandas para um sistema MIMO de multiportadoras.

A Figura 3A apresenta uma transmissão de CSI parciais com diversidade de direcionamento de transmissão

19/36 para um sistema MIMO de portadora única. Para tal sistema, o índice m da duração de transmissão pode ser igual a um índice de período de símbolos n (ou m = n) . Um vetor s(n) de símbolos de dados pode ser transmitido em cada período de símbolos n e ser espacialmente espalhado com uma matriz de

direcionamento	K(«)	selecionada	para tal período	de
símbolos. Cada	vetor	de símbolos	de dados s{n) observa	uma
resposta de canal MIMO efetiva	de H_{p eff}{n) = H{n)-Vfri)	e é

recuperado pelo uso de uma matriz de filtro espacial hLx(ri) ·

A Figura 3B apresenta uma transmissão de CSI parciais com diversidade de direcionamento de transmissão em um sistema MIMO de multiportadoras. Para tal sistema, o índice de duração de transmissão m pode ser igual a um índice de sub-banda k (ou m = k ) . Para cada período de símbolos, um vetor s(k) de símbolos de dados pode ser transmitido em cada sub-banda k e espacialmente espalhado com uma matriz de direcionamento V(k) selecionada para tal sub-banda. Cada vetor de símbolos de dados s(k) observa uma resposta de canal MIMO efetiva de H__{p eff}(k) = HfkflVJk) e é recuperado usando-se uma matriz de filtro espacial M__x(k) . O vetor s(k) e as matrizes V(k) , H_(k) e são também uma função do período de símbolos n, porém isto não é mostrado para maior simplicidade.

Tal como mostrado nas Figuras 3A e 3B, caso sejam usadas matrizes de direcionamento diferentes para diferentes durações de transmissão, então as matrizes de filtro espacial usadas pela entidade de recepção são uma função do índice de duração de transmissão m . Isto é verdadeiro mesmo que a matriz de resposta de canal H_(m) seja fixa ou constante dentro de uma faixa de durações de transmissão. Como exemplo, em um sistema MIMO de

20/36 multiportadoras, H_(k) pode ser fixa através de um conjunto de sub-bandas para um canal MIMO de desvanecimento plano, com uma resposta de freqüência plana. Como outro exemplo, em um sistema MIMO de portadora única, Hfn) pode ser fixa dentro de um dado intervalo de tempo para um canal MIMO sem desvanecimento temporal. Tal intervalo de tempo pode corresponder à totalidade ou a uma parte da duração de tempo usada para transmitir um bloco de símbolos de dados que é codificado e decodificado como um bloco.

Tipicamente existe um certo grau de correlação entre as matrizes de resposta de canal para durações de transmissão adjacentes, por exemplo, entre H_(m) e //(m + 1) . Tal correlação pode ser explorada para simplificar a computação para as matrizes de filtro espacial na entidade de recepção. A computação será descrita a seguir para dois casos: correlação total e correlação parcial.

A. Correlação total.

Com a correlação total, a matriz de resposta de canal para o canal MIMO é fixa dentro de uma faixa de índices de duração de transmissão de interesse, por exemplo para m = 1 ... M, em que M pode ser qualquer número inteiro maior do que um. Dessa forma, H_ (1) = H (2) = ... = Η (M) = H_ .

Para a técnica de CSI totais, a matriz de filtro espacial M_j-_csi(m) ^com matrizes de resposta de canal totalmente correlacionadas pode ser expressa por:

·X^w(m) *Á’¹ < -I^a . Bq (17)

A matriz de filtro espacial pode então ser computada por:

para w® 1 *.. M»

21/36 _ 1 yy yy

Em que M__{fcsi base} = A -E ·H é uma matriz de filtro espacial base, a qual é a matriz de filtro espacial para a técnica de CSI totais sem diversidade de direcionamento de transmissão. A matriz de filtro espacial base M__{fcsí base} não é uma função da duração de transmissão m pois a matriz de resposta de canal H_ é fixa. A equação (18) indica que a matriz de filtro espacial para cada duração de transmissão m pode ser obtida por pré-multiplicação da matriz de filtro espacial base M__{fcsi base} pela matriz de yy direcionamento V (jtí) usada para tal duração de transmissão.

Alternativamente, a matriz de filtro espacial pode ser computada por:

M/W0») ’ -M^,(1) para m=2 ... M, Eq (19)

Em que M_fcsi(Y) = K(1)-A'’ E^h H^h e ^(m) (fn)-E(l). A equação (19) indica que a matriz de filtro espacial M/_cA^m) para cada duração de transmissão m pode ser obtida por prémultiplicação da matriz de filtro espacial M_CCT1,(1) para a duração de transmissão 1 pela matriz W__x(jn) . As matrizes ^(m), para m =2 ... M, são matrizes unitárias, cada uma das quais é obtida pela multiplicação de duas matrizes de direcionamento unitárias V_(m) e F(l) . As matrizes podem ser pré-computadas e armazenadas em uma memória.

Para a técnica MMSE para a transmissão de CSI totais, a matriz de filtro espacial M__f com matrizes de resposta de canal totalmente correlacionadas pode ser expressada por:

22/36 »b^w «i*s+^e·* .g* -a^ff.

A equação (20) é derivada utilizando-se as propriedades (A'E)^l=Ã^l'A^{l e} K'K^H=1· 0 termo dentro de chaves na segunda igualdade na equação (20) pode ser expressado por:

Ε·Β·Β·Η·«·ϊ*σ·1! =Ε®·Β·Β·Β+σ*.χ.ι.ν“)·ν] , ^ϊ-.ι'.Β.ι^.β.ν),

Em que (m ) foi omitido para maior clareza. 0 inverso do termo na segunda igualdade acima pode então ser expressado por:

OTCfi*‘ΗΊ+r¹ *D‘YT^l *R* ΊΓ’ V],

Em que = F^_1.

A matriz de filtro espacial M__{f mmS}e(.^m) pode ser computada por:

param = l... M , EqPÍ)

Em que Μ/.,««_>„-Κ*·Β^ϊ·Β·Β + σ’·Η·’·ΐ''·ίΡ· D® f°™ similar à técnica de CSI totais, a matriz de filtro espacial M/__mmse(^w) para a duração de transmissão m pode ser obtida por pré-multiplicação da matriz de filtro espacial base M-f mmsejwse matriz de direcionamento V_^H (m) . A matriz de filtro espacial M__{f mmse}(rri) pode também ser computada por:

para m-2... M, Eq (22)

Em que ω_/.™.(1)=ϊ'Ό)·Β·Β“ Β'Ε-σ' ·ΙΓ’ ·ί ·Β“·

Para a técnica CCMI, a matriz de filtro espacial MccmX²) com matrizes de resposta de canal totalmente correlacionadas pode ser expressada por:

23/36 *ίΧ*(«)/Η* Ο«Τ Λ)*ί _?^{^•ϊ^-ν^.Η* , Èq<23) «ν^0<^<>)Τ’ΛΨΒ* , ^fflY^w ü«)-1-¹^ >

Em que [V_^H(w)]^-1 = V(m) pois Vjrri) é uma matriz unitária.

A matriz de filtro espacial M_ccmjm) pode portanto ser computada por:

SU(») - v^#<w) 'Miwf.taw » P^ara Μ « i *·« M(24)

Em que - & Ί j\ matriz de filtro espacial M^jrri) pode também ser computada por:

^«WSUa), para/« = 2......M, . Eq(25)

Em que

Para a técnica MMSE para transmissão de CSI parciais, a matriz de filtro espacial M_{p mmse}(^m) com matrizes de resposta de canal totalmente correlacionadas pode ser expressada por:

EB*

ψ.

, Eq(26) .rWlB¹'Ε-σ^: !Γ ϊ

A equação (26) pode ser derivada de forma similar à da equação (20) acima.

A matriz de filtro espacial M_{p mmse}(m) pode ser computada por:

para »? = 1 ... M,

Eq(27)

24/36

Em de

Em que ® 0+^ H H ’ & matriz de filtro espacial M__{p mmse}(m) pode também ser computada por:

= 3&0») ·> para m=2 ... M, Eq (28) _gue Μ^(1>ϊ*<ί)<* ·Η+σ² *0“

Ά Tabela 3 resume a computação para as matrizes filtro espacial para transmissões de CSI totais e CSI parciais com matrizes de resposta de canal totalmente correlacionadas através das durações de transmissão m = 1 . . . M

Tabela 3 - Matrizes de Filtro Espacial com Correlação Total

Modo	Matriz de Filtro Espacial	Técnica
CSI totais	Μ*,(«)=ϊΜ·Μ_λ^	CSI totais
-ΐη-Β H . _e —f_m«ra_ào.’J ⁼ϊ	MMSE
CSI parciais	'ΊΙ* - e	CCMI
^e EH ‘Η+<^·.\|] Ή , _e	MMSE

De um modo geral, a matriz de filtro espacial para a duração de transmissão m pode ser computada por M_x{rn}^V {m)-M_x__basel em que o subscrito x denota a

técnica	de processamento do	receptor e pode	ser	fcsi ,
15 f _mmse	, ccmi, ou p_	mmse. A matriz	de	filtro
espacial	base M_{x base} pode	ser computada	como	se a

diversidade de direcionamento de transmissão não tenha sido usada.

25/36

A Figura 4 apresenta um fluxograma de um processo 400 para computação de matrizes de filtro espacial com matrizes de resposta de canal totalmente correlacionadas dentro das durações de transmissão m = 1 ... M. É primeiramente computada uma matriz de filtro espacial inicial _inicial (no bloco 412) . Tal matriz de filtro espacial inicial pode ser a matriz de filtro espacial base ^Lx_base que θ derivada com base (1) na matriz de resposta de canal H_ θ (2) na técnica de processamento de receptor 10 selecionada para uso (por exemplo, CSI totais, MMSE para

CSI totais, CCMI, ou MMSE para CSI parciais). Alternativamente, a matriz de filtro espacial inicial pode ser a matriz de filtro espacial M_x(l) para a duração de transmissão m = 1, a qual pode ser derivada com base em H_ e V (1) .

O índice de duração de transmissão m é a seguir ajustado para 1 caso M__x__inicial = M_{x base} (tal como mostrado na Figura 4), ou ajustado em 2 caso M__{x Mcial} = Μ_χ(ϊ) (no bloco

414). A matriz de filtro espacial M_x(m) para a duração de 20 transmissão m é a seguir computada com base na matriz de filtro espacial inicial M__xinicial e na matriz de direcionamento Vfm) usada para a duração de transmissão m (no bloco 416) . Em particular, pode ser computada com base em M__xbase e V_(m) ou em M__x(X) e W__x (m), tal como foi acima descrito. A seguir, é efetuada uma determinação sobre se m < M (no bloco 420). Caso a resposta seja SIM, então o índice m é incrementado (no bloco 422) e o processo volta ao bloco 416 para a computação da matriz de filtro espacial para outra duração de transmissão. Caso contrário, se m = M no bloco 420, então as matrizes de filtro espacial Λ/_χ(1) ^a M são usadas para o processamento

26/36 espacial de receptor dos vetores de símbolos recebidos r_A(l) a r__x(M), respectivamente (no bloco 424). Apesar de não ser mostrada na Figura 4 para maior simplicidade, cada matriz de filtro espacial pode ser utilizada para o processamento espacial de receptor tão logo a matriz de filtro espacial id__x(rn) seja gerada e o vetor de símbolos recebido r_x(w) seja obtido.

Para a transmissão de CSI totais, o processamento espacial na entidade de transmissão também pode ser simplificado como: x_f(m) = E-V(m)-s(m) . Pode ser computada uma matriz E.V(m) para cada duração de transmissão m com base na matriz de direcionamento V_(m) para tal duração de transmissão e na matriz E, a qual não é uma função da duração de transmissão para o caso de correlação total.

B. Correlação Parcial.

Com a correlação parcial, as matrizes de resposta de canal para o canal MIMO estão menos do que totalmente correlacionadas através de uma faixa de índices de duração de transmissão de interesse. Em tal caso, uma matriz de filtro espacial computada para uma duração de transmissão i pode ser usada para facilitar a computação de uma matriz de filtro espacial para outra duração de transmissão m .

Em uma modalidade, uma matriz de filtro espacial base M__{x base}(f) para a duração de transmissão í é obtida a partir de uma matriz de filtro espacial computada para a duração de transmissão t pela remoção da matriz de direcionamento V_(f) usada para a duração de transmissão í, como se segue:

Bq(29)

A matriz de filtro espacial base M__{x base}{£) é a seguir usada para derivar uma matriz de filtro espacial base M__{x base}(m)

28/36 modalidade pode ser dada por: MLÍffi-»0») =» ΜΧ»0·

As matrizes de filtro espacial ^e contêm, ambas, a matriz de direcionamento E(w) usada para a duração de transmissão m .

Para as modalidades acima, M__{x base}(l) e EL_x(m) podem ser consideradas como as matrizes de filtro espacial iniciais usadas para derivação da matriz de filtro espacial M__x(rri) para uma nova duração de transmissão m . De um modo geral, a quantidade de correlação entre M_X(Z) ^e M _r(tn) depende da quantidade de correlação entre M__{x base}{j} e M_{r base}{m), a qual é dependente da quantidade de correlação entre e H_(m) para as durações de transmissão í e m .

Um grau mais elevado de correlação pode resultar em convergência mais rápida para a solução final para .

A Figura 5 apresenta um fluxograma de um processo

500 para computar matrizes de filtro espacial com matrizes de resposta de canal parcialmente correlacionadas para as durações de transmissão m =1 ... M . Os índices para as durações de transmissão atual e próxima são iniciados como ί = 1 e m = 2 (no bloco 512) . Uma matriz de filtro espacial θ computada para a duração de transmissão ί de acordo com a técnica de processamento de receptor selecionada para uso (no bloco 514). A seguir é computada uma matriz de filtro espacial inicial M_{x inicial} para a duração de transmissão m com base na matriz de filtro espacial ^e na(s) própria (s) matriz/matrizes de direcionamento í/(/) e V(m), P°^r exemplo, tal como mostrado nas equações (29) ou (31) (no bloco 516) . A matriz de filtro espacial hL_x(^m) para a duração de transmissão m é a seguir computada com base na matriz de filtro espacial

29/36 inicial , por exemplo, usando-se um procedimento iterativo (no bloco 518).

A seguir, é efetuada uma determinação sobre se m < M (no bloco 520). Caso a resposta seja 'sim', então os índices l e m são atualizados, por exemplo, como í. = m e m = m + 1 (no bloco 522). O processo a seguir retorna ao bloco 516 para computar uma matriz de filtro espacial para outra duração de transmissão. Caso contrário, se todas as matrizes de filtro espacial tenham sido computadas, tal como determinado no bloco 520, então as matrizes de filtro espacial M _x (1) a são usadas para o processamento espacial de receptor dos vetores de símbolos recebidos r_x(l) a respectivamente (no bloco 524).

Para maior simplicidade, a Figura 5 apresenta a computação de M matrizes de filtro espacial para M durações de transmissão consecutivas m = 1 ... M . As durações de transmissão não necessitam ser contíguas. De um modo geral, uma matriz de filtro espacial derivada para uma duração de transmissão í é usada para obter uma hipótese inicial de uma matriz de filtro espacial para outra duração de transmissão m , em que t e m podem ser quaisquer valores de índice.

4. Matrizes de Direcionamento.

Um conjunto de matrizes de direcionamento (ou matrizes de transmissão) pode ser gerado e utilizado para diversidade de direcionamento de transmissão. Tais matrizes de direcionamento podem ser denotadas por {jj},ou K(i) para i =1 ... L, em que L pode ser qualquer número inteiro maior do que um. Cada matriz de direcionamento V(i) deve ser uma matriz unitária. Tal condição assegura que os N_T símbolos de dados transmitidos simultaneamente usando V_(i) possuem a

30/36 mesma potência e são ortogonais uns aos outros após o espalhamento espacial com F(z).

O conjunto de L matrizes de direcionamento pode ser gerado de várias maneiras. Como exemplo, as L matrizes de direcionamento podem ser geradas com base em uma matriz base unitária e um conjunto de escalares. A matriz base pode ser usada como uma das L matrizes de direcionamento. As outras L-l matrizes de direcionamento podem ser geradas por multiplicação das filas da matriz base por diferentes combinações de escalares. Cada escalar pode ser qualquer valor real ou complexo. Os escalares são selecionados como possuindo magnitude unitária de forma a que as matrizes de direcionamento geradas com tais escalares sejam matrizes unitárias.

A matriz base pode ser uma matriz Walsh. Uma matriz Walsh de 2 x 2 W__2x2 e uma matriz Walsh maior W__2Nx2Npodem ser expressadas como:

.í*2

	Ί í
		e W ss
S*·
	1 1

Bq,<32)

As matrizes Walsh possuem dimensões que são potências de dois (por exemplo, 2, 4, 8 e assim por diante).

A matriz base pode também ser uma matriz Fourier. Para uma matriz Fourier de N x N, D_N*_N, o elemento d_nm na n-ésima fila e m-ésima coluna de D_NxNpor:

pode ser expressado

Eq(33)

Podem ser formadas matrizes Fourier com qualquer dimensão quadrada (por exemplo, 2, 3, 4, 5 e assim por diante) . Outras matrizes também podem ser usadas como a matriz base.

Para uma matriz base de N x N, cada uma das filas 2 a N da matriz base pode ser independentemente multiplicada por um dentre K diferentes escalares

31/36 possíveis. K^{N 1} matrizes de direcionamento diferentes podem ser obtidas a partir de K^N~' permutações diferentes dos K escalares para 7V-1 filas. Como exemplo, cada uma das filas 2 a N pode ser independentemente multiplicada por um escalar igual a +1, -1, +j, ou -j. Para N = 4 e K = 4, podem ser geradas 64 matrizes de direcionamento diferentes a partir de uma matriz base de 4 x 4 com quatro escalares diferentes. De um modo geral, cada fila da matriz base pode ser multiplicada por qualquer escalar possuindo a forma e^je, em que Θ pode ser qualquer valor de fase. Cada elemento de uma matriz base N x N multiplicada por um escalar é adicionalmente escalonado por 1/fN para obtenção de uma matriz de direcionamento de N x N possuindo potência unitária para cada coluna.

As matrizes de direcionamento derivadas com base em uma matriz Walsh (ou uma matriz Fourier de 4 x 4) possuem certas propriedades desejáveis. Caso as filas da matriz Walsh sejam multiplicadas por escalares de ±1 e +j , então cada elemento de uma matriz de direcionamento resultante será +1, -1, + j, ou -j . Em tal caso, a multiplicação de um elemento (ou peso) de uma matriz de filtro espacial por um elemento da matriz de direcionamento pode ser efetuada apenas por manipulação de bits. Caso os elementos das L matrizes de direcionamento pertençam a um conjunto composto por {+1, -1, + /, -/}, então a computação para derivar as matrizes de filtro espacial para o caso de correlação total pode ser em muito simplificada.

5. Sistema MIMO.

A Figura 6 apresenta um diagrama de blocos de um ponto de acesso 610 e um terminal de usuário 650 em um sistema MIMO 600. O ponto de acesso 610 está equipado com N_ap antenas que podem ser usadas para transmissão e

32/36 recepção de dados e o terminal de usuário 650 está equipado com N_ut antenas, em que N_ap > 1 e N_ut > 1.

No downlink, no ponto de acesso 610, um processador de dados TX 620 recebe e processa (codifica, intercala e mapeia para símbolos) dados em pacotes/de tráfego e dados de controle/overhead e provê símbolos de dados. Um processador espacial TX 630 efetua o processamento espacial sobre os símbolos de dados com matrizes de direcionamento V_(m) e possivelmente matrizes de autovetor E(m) para o downlink, por exemplo, tal como mostrado nas Tabelas 1 e 2. O processador espacial TX 630 também multiplexa símbolos de piloto, conforme apropriado, e provê N_ap fluxos de símbolos de transmissão para N_apunidades de transmissão 632a a 632ap. Cada unidade de transmissão 632 recebe e processa um respectivo fluxo de símbolos de transmissão e provê um sinal de downlink modulado correspondente. N_ap sinais de downlink modulados provenientes das unidades de transmissão 632a a 632ap são transmitidos as partir de N_ap antenas 634a a 634ap, respectivamente.

No terminal de usuário 650, N_ut antenas 652a a 652ut recebem os sinais modulados de downlink transmitidos e cada antena provê um sinal recebido a uma respectiva unidade de receptor 654. Cada unidade de receptor 654 efetua o processamento complementar àquele efetuado pela unidade de receptor 632 e provê símbolos recebidos. Um processador espacial RX 660 efetua o processamento espacial de receptor sobre os símbolos recebidos provenientes de todas as N_ut unidade de recepção 654a a 654ut, tal como mostrado nas Tabelas 1 e 2, e provê símbolos de dados detectados. Um processador de dados RX 670 processa (por exemplo, demapeia símbolos, deintercala e decodifica) os símbolos de dados detectados e provê dados decodificados para o downlink.

33/36 processamento para o uplink pode ser igual ou diferente do processamento para o downlink. Dados de tráfego e controle são processados (por exemplo, codificados, intercalados e mapeados para símbolos) por um processador de dados TX 688, espacialmente processados por um processador espacial TX 690 com matrizes de direcionamento V(m) e possivelmente matrizes de autovetor E(/n) para o uplink e multiplexados com símbolos de piloto para gerar N_ut fluxos de símbolos de transmissão. N_ut unidades de transmissão 654a a 654ut condicionam os N_utfluxos de símbolos transmitidos para gerar N_ut sinais modulados de uplink, os quais são transmitidos via N_utantenas 652a a 652ut.

No ponto de acesso 610, os sinais de uplink modulados são recebidos por N_ap antenas 634a a 634ap e processados por N_ap unidades de receptor 632a a 632ap para obtenção de símbolos recebidos para o uplink. Um processador espacial RX 644 efetua o processamento espacial de receptor sobre os símbolos recebidos e provê símbolos de dados detectados, os quais são adicionalmente processados por um processador de dados RX 64 6 para obtenção de dados decodificados para o uplink.

Os processadores 638 e 678 efetuam a estimativa de canal e a computação da matriz de filtro espacial para o ponto de acesso e o terminal de usuário, respectivamente. Os controladores 640 e 680 controlam a operação de várias unidades de processamento no ponto de acesso e no terminal de usuário, respectivamente. As unidades de memória 642 e 682 armazenam dados e códigos de programa usados pelos controladores 630 e 680, respectivamente.

A Figura 7 apresenta uma modalidade do processador 678, que efetua a estimativa de canal e a computação da matriz de filtro espacial para o terminal de usuário 650. Um estimador de canal 712 obtém símbolos de

34/36 piloto recebidos e deriva uma matriz de resposta de canal para cada duração de transmissão em que estão disponíveis símbolos de piloto recebidos. Um filtro 714 pode efetuar a filtragem no domínio do tempo das matrizes de resposta de canal para as durações de transmissão atual e anteriores para obter uma matriz de resposta de canal Hfm) de maior qualidade. Uma unidade 716 a seguir computa uma matriz de filtro espacial inicial M__{x iniclal} .

Para H_(m) totalmente correlacionada, a matriz de 10 filtro espacial inicial hf_x__inicial pode ser (1) uma matriz de filtro espacial base M__{x base} computada com base em H_(m) e na técnica de processamento de receptor selecionada, ou (2) uma matriz de filtro espacial Μ_Λ(1) para a duração de transmissão 1 computada com base em H_(Y) , K(l) e na técnica de processamento de receptor selecionada. Para H(jn) parcialmente correlacionada, a matriz de filtro espacial inicial M_{x inicia}i pode ser uma hipótese inicial Mxj,_Oíe(Ó ^ou

M__x(m) que é obtida com base em uma matriz de filtro espacial M__x{l) computada para outra duração de transmissão / . Uma unidade 718 computa a matriz de filtro espacial M__x(m) para uma duração de transmissão m com base na matriz de filtro espacial inicial M__{x inicia/} e na matriz de direcionamento V(jri) usada para tal duração de transmissão. Para H_(m) parcialmente correlacionada, a unidade 718 pode implementar um procedimento iterativo para computar M fm] com base na matriz de filtro espacial inicial, a qual é uma hipótese inicial de M_r(m).

O processador 638 efetua a estimativa de canal e a computação da matriz de filtro espacial para o ponto de

35/36 acesso 610 e pode ser implementado de maneira similar àquela do processador 678.

As técnicas para computação de matriz de filtro espacial aqui descritas podem ser implementadas por vários meios. Como exemplo, tais técnicas podem ser implementadas em hardware, software, ou uma combinação de tais. Para uma implementação em hardware, as unidades de processamento usadas para efetuar a computação de matriz de filtro espacial podem ser implementadas dentro de um ou mais circuitos integrados específicos para aplicação (ASICs), processadores de sinais digitais (DSPs), dispositivos processadores de sinais digitais (DSPDs), dispositivos lógicos programáveis (PLDs), arranjos de porta programáveis no campo (FPGAs), processadores, controladores, microcontroladores, microprocessadores, outras unidades eletrônicas projetadas para efetuar as funções aqui descritas, ou uma combinação de tais.

Para uma implementação em software, a computação de matriz de filtro espacial pode ser efetuada por módulos (por exemplo, procedimentos, funções e assim por diante). Os códigos de software podem ser armazenados em unidades de memória (por exemplo, as unidades de memória 642 e 682 na Figura 6) e executadas por processadores (por exemplo, os controladores 640 e 680 na Figura 6) . A unidade de memória pode ser implementada no interior do processador ou externamente ao processador, caso este em que ela pode estar acoplada em comunicação com o processador via vários meios como é do conhecimento dos versados na técnica.

Os cabeçalhos são aqui incluídos como referência e para auxiliar na localização de certas seções. Tais cabeçalhos não se destinam a limitar o escopo dos conceitos ali descritos e tais conceitos podem ser aplicados em outras seções por todo o relatório descritivo.

A descrição acima das modalidades preferidas é provida para permitir que os versados na técnica efetivem

36/36 ou façam uso da presente invenção. As diferentes modificações dessas modalidades ficarão prontamente claras para os versados na técnica e os princípios gerais aqui definidos podem ser aplicados a outras modalidades sem se afastar do espírito ou escopo da invenção. Dessa forma, a presente invenção não deve ser limitada às modalidades aqui apresentadas, devendo receber o escopo mais amplo, consistente com os princípios e características novas aqui descritos.

1/7

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para derivar matrizes de filtro espacial, em um sistema de comunicação sem fio de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), caracterizado pelo fato

5 de que compreende:

determinar uma matriz de filtro espacial inicial;

e derivar uma pluralidade de matrizes de filtro espacial para uma pluralidade de durações de transmissão

10 com base na matriz de filtro espacial inicial e em uma pluralidade de matrizes de direcionamento usadas para a pluralidade de durações de transmissão.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matriz de filtro espacial

15 inicial é determinada com base em uma matriz de resposta de canal para um canal MIMO.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a matriz de filtro espacial para cada uma dentre a pluralidade de durações de

20 transmissão é derivada com base na matriz de resposta de canal inicial e em uma matriz de direcionamento usada para a duração de transmissão.
4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a matriz de filtro espacial

25 inicial é determinada adicionalmente com base em uma matriz de direcionamento para uma dentre a pluralidade de durações de transmissão.
5. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a matriz de filtro espacial

30 para cada uma dentre a pluralidade de durações de transmissão é derivada com base na matriz de resposta de canal inicial, na matriz de direcionamento usada para determinar a matriz de filtro espacial inicial, e em uma

Petição 870180064223, de 25/07/2018, pág. 6/13

2/1 a duração de matriz de direcionamento usada para transmissão.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dados são transmitidos

5 através de canais espaciais ortogonais de um canal MIMO, e em que a matriz de resposta de canal inicial é determinada de acordo com uma técnica de informações de estado de canal totais (CSI totais).
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, 10 caracterizado pelo fato de que dados são transmitidos através de canais espaciais ortogonais de um canal MIMO, e em que a matriz de resposta de canal inicial é determinada de acordo com uma técnica de mínimo erro quadrático médio (MMSE).

15
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dados são transmitidos através de canais espaciais de um canal MIMO, e em que a matriz de resposta de canal inicial é determinada de acordo com uma técnica de inversão de matriz de correlação de

20 canal (CCMI).
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dados são transmitidos através de canais espaciais de um canal MIMO, e em que a matriz de resposta de canal inicial é determinada de acordo

25 com uma técnica de mínimo erro quadrático médio (MMSE).
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de matrizes de direcionamento é usada por uma entidade de transmissão (110) para processar espacialmente dados para obter

30 diversidade de transmissão.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos da pluralidade de matrizes de direcionamento são membros de um conjunto

Petição 870180064223, de 25/07/2018, pág. 7/13

3/7 constituído por +1, -1, +j e -j, em que j é uma raiz quadrada de -1.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de durações de

5 transmissão corresponde a uma pluralidade de períodos de símbolos.
13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de durações de transmissão corresponde a uma pluralidade de sub-bandas de

10 freqüência.
14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

efetuar processamento espacial sobre símbolos recebidos para a pluralidade de durações de transmissão com
15 a pluralidade de matrizes de filtro espacial.

15. Equipamento para derivar matrizes de filtro espacial, em um sistema de comunicação sem fio de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende:

20 um processador (638, 678) operativo para determinar uma matriz de filtro espacial inicial e para derivar uma pluralidade de matrizes de filtro espacial para uma pluralidade de durações de transmissão com base na matriz de filtro espacial inicial e em uma pluralidade de

25 matrizes de direcionamento utilizadas para a pluralidade de durações de transmissão; e uma memória (642, 682) operativa para armazenar a pluralidade de matrizes de direcionamento.
16. Equipamento, de acordo com a reivindicação

30 15, caracterizado pelo fato de que a matriz de filtro espacial inicial é determinada com base em uma matriz de resposta de canal para um canal MIMO, e em que a matriz de filtro espacial para cada uma dentre a pluralidade de durações de transmissão é derivada com base na matriz de

Petição 870180064223, de 25/07/2018, pág. 8/13

ΜΊ resposta de canal inicial e em uma matriz de direcionamento usada para a duração de transmissão.
17. Equipamento, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a matriz de resposta de

5 canal inicial é determinada de acordo com uma técnica de informações de estado de canal totais (CSI totais), uma técnica de mínimo erro quadrático médio (MMSE), ou uma técnica de inversão de matriz de correlação de canal (CCMI).

10
18. Equipamento, de acordo com a reivindicação

15, caracterizado pelo fato de que os elementos da pluralidade de matrizes de direcionamento são membros de um conjunto constituído por +1, -1, + j e -j, em que j é uma raiz quadrada de -1.

15
19. Equipamento, de acordo com a reivindicação

15, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

um processador espacial (660) operativo para efetuar processamento espacial sobre símbolos recebidos
20 para a pluralidade de durações de transmissão com a pluralidade de matrizes de filtro espacial.

20. Método para derivar matrizes de filtro espacial, em um sistema de comunicação sem fio de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), caracterizado pelo fato

25 de que compreende:

derivar uma primeira matriz de filtro espacial para uma primeira duração de transmissão;

determinar uma primeira matriz de filtro espacial inicial para uma segunda duração de transmissão com base na

30 primeira matriz de filtro espacial; e derivar uma segunda matriz de filtro espacial para a segunda duração de transmissão com base na primeira matriz de filtro espacial inicial.

Petição 870180064223, de 25/07/2018, pág. 9/13

5/7
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a primeira matriz de filtro espacial é derivada com base em uma matriz de resposta de canal obtida para um canal MIMO na primeira duração de transmissão e adicionalmente de acordo com uma técnica de processamento espacial de receptor.
22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que determinar a primeira matriz de filtro espacial inicial compreende processar a primeira matriz de filtro espacial para remover uma primeira matriz de direcionamento usada para a primeira duração de transmissão, e em que a primeira matriz de filtro espacial inicial é igual à primeira matriz de filtro espacial com a primeira matriz de direcionamento removida.
23. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que determinar a primeira matriz de filtro espacial inicial compreende:

processar a primeira matriz de filtro espacial para remover uma primeira matriz de direcionamento utilizada para a primeira duração de transmissão e para incluir uma segunda matriz de direcionamento utilizada para a segunda duração de transmissão, e em que a primeira matriz de filtro espacial inicial é igual à primeira matriz de filtro espacial com a primeira matriz de direcionamento removida e a segunda matriz de direcionamento incluída.
24. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a segunda matriz de filtro espacial é derivada usando um procedimento iterativo que efetua iterativamente um conjunto de computações sobre a primeira matriz de filtro espacial inicial para obter uma solução final para a segunda matriz de filtro espacial.
25. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

Petição 870180064223, de 25/07/2018, pág. 10/13

6/Ί determinar uma segunda matriz de filtro espacial inicial para uma terceira duração de transmissão com base na segunda matriz de filtro espacial; e derivar uma terceira matriz de filtro espacial 5 para a terceira duração de transmissão com base na segunda matriz de filtro espacial inicial.
26. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda durações de transmissão correspondem a dois períodos de

10 símbolos diferentes.
27. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda durações de transmissão correspondem a duas sub-bandas de freqüências diferentes.

15
28. Equipamento para derivar matrizes de filtro espacial, em um sistema de comunicação sem fio de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende:

um processador operativo para derivar uma

20 primeira matriz de filtro espacial para uma primeira duração de transmissão, determinar uma primeira matriz de filtro espacial inicial para uma segunda duração de transmissão com base na primeira matriz de filtro espacial, e derivar uma segunda matriz de filtro espacial para a

25 segunda duração de transmissão com base na primeira matriz de filtro espacial inicial.
29. Equipamento, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o processador é operativo para processar a primeira matriz de filtro
30 espacial para remover uma primeira matriz de direcionamento utilizada para a primeira duração de transmissão, e em que a primeira matriz de filtro espacial inicial é igual à primeira matriz de filtro espacial com a primeira matriz de direcionamento removida.

Petição 870180064223, de 25/07/2018, pág. 11/13

7/7

30. Equipamento, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o processador é adicionalmente operativo para determinar uma segunda matriz de filtro espacial inicial para uma terceira duração de

5 transmissão com base na segunda matriz de filtro espacial e para derivar uma terceira matriz de filtro espacial para a terceira duração de transmissão com base na segunda matriz de filtro espacial inicial.

Petição 870180064223, de 25/07/2018, pág. 12/13

1/7

LU >i

2/7 ο

«<

οι

ο.

III ο

III

0£

UJ α

ιυ ο

<

ο

Η ζ

III ο

ω ω

Ξ ω

ζ

Η

III

Q

III

Ο <

Ο

LU Q

Ο _ v> 2 W < 2 0^ωω ο LU Ο Ο <

, * (/) £α_ω g

I— ω <

< S — <

<

ο_ ω

ο

D

Ο ω

?

ο

I— ω

ο ί£ α 5 S2

Ο ζ <2 < w Õ < < Ζ 0_ Ο (Λ (3 UJ Ο ço ω Ε < É2O§ S W ο ω <

Τ’ — ο < α_ ω LU ω < ζ <

ο ω wO ω

ο

LLI

Ο

Ο

V)

V □

Ο ω

?

ο

ΙΟ

Ω.

<

<

Ο

Ω.

ω ο

ο <

ο

III ο

ω <

ζ <

ο <Λ <Μ

Ó

III

3/7