BRPI0621788A2

BRPI0621788A2 - método para reduzir uma quantidade de informações de retorno de pré-codificação em um sistema de comunicação mimo, unidade de recepção e unidade de transmissão

Info

Publication number: BRPI0621788A2
Application number: BRPI0621788-5A
Authority: BR
Inventors: Mattias Wennstrom; De Beek Jaap Van
Original assignee: Huawei Tech Co Ltd
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2011-12-20
Also published as: JP2009542052A; JP5032569B2; CN101273548A; ES2495423T3; CA2655757C; US7817739B2; CA2655757A1; PT2157707E; US20090147880A1; EP2033335A4; EP2033335A1; ES2339277T3; BRPI0621788B1; EP2157707A1; DE602006011514D1; ATE453969T1; EP2157707B1; WO2008009157A1; EP2033335B1; CN101273548B

Abstract

MéTODO PARA REDUZIR UMA QUANTIDADE DE INFORMAçõES DE RETORNO DE PRé-CODIFICAçãO EM UM SISTEMA DE COMUNICAçãO MIMO, UNIDADE DE RECEPçãO E UNIDADE DE TRANSMISSãO. A presente invenção refere-se a um método aperfeiçoado para reduzir uma quantidade de informações de retorno de pré-codificação em um sistema de comunicação Múltiplas Entradas Múltiplas Saídas (MIMO) de múltiplas portadoras que utiliza uma pré-codificação. Na extremidade de recepção, o método seleciona juntamente, enquanto considerando a qualidade de transmissão para cada combinação relevante de sub-bandas e de matrizes, um número limitado de P indices de livro de códigos e um número limitado de K' sub-bandas a serem incluídas em um subconjunto <sym> (m~ 1~, ..., m~ k~`) de um conjunto <87> de sub-bandas permitidas. K' é aqui ajustado para um valor K' < K e P é ajustado para um valor P<243> K'. Os P índices de livro de códigos e as informações que identificam o subconjunto <87> são então transportados para a extremidade de transmissão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA REDUZIR O EXCESSO DE INFORMAÇÕES DE RETORNO EM SISTEMAS MIMO PRÉ-CODIFICADOS".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um método para reduzir uma quantidade de informações de retorno de pré-codificação, em uma extremi- dade de recepção de um sistema de comunicação.

A presente invenção também refere-se a um método para redu- zir uma quantidade de informações de retorno de précodificação, em uma extremidade de transmissão de um sistema de comunicação.

A presente invenção também refere-se a uma unidade de recep- ção disposta para reduzir uma quantidade de informações de retorno de pré- codificação.

A presente invenção também refere-se a uma unidade de trans- missão disposta para reduzir uma quantidade de informações de retorno de pré-codificação.

Antecedentes da Invenção

Nos sistemas de comunicação sem fio que utilizam múltiplas antenas tanto no transmissor quanto no receptor, comumente conhecidos como sistemas de múltiplas entradas, múltiplas saídas (MIMO), é bem- conhecido na técnica fundamental que o desempenho é grandemente me- lhorado se uma pré-codificação de MIMO linear puder ser utilizada no lado de transmissão. Tal pré-codificação linear foi implementada no Padrão IEEE 8016-2005 e é também sugerida para 3GPP E-UTRA.

A multiplexação de divisão de freqüência ortogonal (OFDM) combinada com o MIMO permite uma extensão da pré-codificação de MIMO para os canais de MIMO seletivos de freqüência. Em MIMO-OFDM, um ca- nal de banda larga é convertido em múltiplos canais de banda estreita que correspondem a subportadoras de OFDM. Cada canal de banda estreita po- de ser assumido ser de desvanecimento uniforme.

Mais ainda, grupos de tamanho igual de subportadoras de OFDM adjacentes são formados para obter as sub-bandas de OFDM. Um valor comum, utilizado em 3GPP E-UTRA, é de 25 subportadoras de OFDM adjacentes as quais formam uma sub-banda de OFDM. Com isto, a largura de banda total é dividida em um número K de sub-bandas. A largura de cada sub-banda é escolhida de modo que o canal seja de desvanecimento apro- ximadamente uniforme dentro de cada sub-banda. Isto implica que a mesma melhor matriz de pré-codificação é aproximadamente válida para todas as subportadoras dentro de uma sub-banda.

Um problema que surge em MIMO-OFDM é que devido à pro- gramação seletiva de freqüência, o excesso de retorno aumenta já que a qualidade de canal torna-se uma função de um número de sub-bandas de OFDM. Além disso, quando uma pré-codificação de MIMO linear baseada em livro de códigos é aplicada, o receptor precisa indicar o índice de matriz de pré-codificação (PMI) para o livro de códigos para cada sub-banda de OFDM também. Isto significa que a carga de excesso de sinalização torna- se significativa e métodos devem ser encontrados para reduzir este excesso.

Para o MIMO-OFDM pré-codificado baseado em livro de códi- gos, algumas técnicas anteriores existem as quais todas exploram a correla- ção de matrizes de pré-codificação ótimas sobre subportadoras ou sub- bandas adjacentes para reduzir o retorno de informações de pré-codificação.

No final deste relatório descritivo, um número de documentos da técnica anterior estão listados.

No documento [6] (3GPP R1-061441, "Feedback Reduction for Rank-1 pre-coding for E-UTRA downlink", Texas Instruments, Shanghai, May 2006) e no documento [7] (3GPP R1 -061439, "Evaluation of Codebook- based Precoding for LTE MIMO Systems", Texas Instruments, Shanghai, May 2006) uma proposta de grupo está descrita onde o retorno de informa- ções de pré-codificação é reduzido criando grupos maiores de subportado- ras adjacentes e encontrando uma matriz de pré-codificação a qual seja vá- lida na média para este grupo maior. Por exemplo, é recomendado no do- cumento [6] que um índice de matriz de pré-codificação para cada segunda sub-banda de OFDM é suficiente com somente uma pequena degradação em desempenho comparado com o retorno de um índice de matriz de pré- codificação para cada sub-banda de OFDM. Deste modo, o excesso de re- torno para a matriz de pré-codificação é dividido ao meio.

A mesma proposta básica é feita no documento [3] (J. Choi, R.W. Heath Jr. "Interpolation Based Unitary Precoding for Spatial Multiple- xing MIMO-OFDM with Limited Feedback", IEEE Globecom Conference 2004, Dallas, USA, November 2004, page 214-218) e no documento [4] (J. Choi, R.W. Heath Jr. "Interpolation Based Transmit Beamforming for MIMO- OFDM with Limited Feedback", IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 53, No. 11, November 2005, page 4125-4135). Os autores aqui sugerem reportar os índices de matriz de pré-codificação para cada L: subportadora de OFDM, uniformemente amostrada ao longo de toda a largura de banda. No transmissor, uma reconstrução dos índices de matriz de pré-codificação intermediária é executada utilizando uma interpolação.

No documento [5] (B. Mondahl1 R.W. Heath Jr., "Algorithms for Quantized Precoding in MIMO-OFDM Beamforming Systems", Proceedings of the SPIE, Volume 5847, pp. 80-87, 2005), uma proposta alternativa é su- gerida, onde as informações de canal (informações de matriz de pré- codificação) são quantizadas no domínio de tempo, ao invés do domínio de freqüência, onde a transformada descorrelaciona as informações de canal. A idéia é descorrelacionar as informações de matriz de pré-codificação antes da quantização. O desempenho deste método é mostrado ser similar à pro- posta de grupo no documento [4].

Os métodos de redução de sinalização de retorno de índice de matriz de pré-codificação da técnica anterior todos tem a desvantagem que estes freqüentemente retornam informações que não são utilizadas em uma extremidade de transmissão do sistema. As soluções da técnica anterior pa- ra reduzir o excesso de retorno de índice de matriz de pré-codificação não levam em consideração que algumas informações tem mais valor do que outras informações na extremidade de transmissão.

Existe assim uma necessidade para um método que escolha inteligentemente quais informações retornar de modo a reduzir adicional- mente a quantidade de excesso de sinalização de retorno de índice de ma- triz de pré-codificação. Sumário da Invenção

É um objeto da presente invenção prover métodos para serem utilizados nas extremidades de recepção e de transmissão de um sistema de comunicação, para reduzir uma quantidade de informações de retorno de pré-codificação, assim como uma unidade de recepção e uma unidade de transmissão para utilização em tal sistema aperfeiçoado.

Especificamente, é um objeto da presente invenção prover mé- todos, uma unidade de recepção e uma unidade de transmissão que redu- zam a quantidade de sinalização de retorno de índice de matriz mais do que os métodos conhecidos da técnica anterior.

É um objeto adicional da presente invenção prover métodos, uma unidade de recepção e uma unidade de transmissão que limitem a sina- lização de retorno de índice de matriz para as informações que serão úteis no sistema. Estes objetos são conseguidos pelos métodos de redução de informações de retorno de pré-codificação de acordo com as porções carac- terizantes das reivindicações 1 e 22.

Estes objetos são também conseguidos pelas unidades de re- cepção e de transmissão de redução de informações de retorno de pré- codificação de acordo com as porções caracterizantes das reivindicações 23 e 26.

Os métodos, a unidade de recepção e a unidade de transmissão de acordo com a invenção tornam possível, na extremidade de recepção, decidir efetivamente quais informações serão necessárias na extremidade de transmissão e então retornar estas informações.

Isto é conseguido pelos métodos, pela unidade de recepção, e pela unidade de transmissão de acordo com a invenção já que estes não desperdiçam os recursos de comunicação nas informações de sinalização referentes a sub-bandas que tem uma má qualidade.

Devido a isto, os métodos, a unidade de recepção, e a unidade de transmissão de acordo com a invenção limitam as informações de retorno para somente incluir as informações referentes a sub-bandas que são pro- váveis serem programadas para a transmissão. A quantidade de informa- ções de retorno pode ser utilizada por este meio.

A invenção apresenta uma solução que tem um bom equilíbrio entre o rendimento e a redução de retorno.

Em uma modalidade da invenção, uma adaptação de classifica- ção pode ser executada, isto é, um número de fluxos pode também ser sele- cionado juntamente com um subconjunto e um vetor de índices de livro de códigos de pré-codificação. Isto pode ser vantajoso para maximizar o rendi- mento de uma conexão.

Em uma modalidade da invenção, o número de elementos em um vetor de índices de livro de códigos de pré-codificação pode ser ajustado para um valor muito baixo, por exemplo o valor um. Esta é uma alternativa muito eficiente para reduzir a sinalização de retorno. Esta modalidade é também vantajosa para as situações onde o desempenho das matrizes de pré-codificação está altamente correlacionado ao longo das sub-bandas de OFDM.

Em uma modalidade da invenção, um índice de matriz de pré- codificação pode ser alimentado de volta para um subconjunto complemen- tar que consiste nas sub-bandas não selecionadas pelo método. Como uma alternativa, a matriz de pré-codificação utilizada para o subconjunto comple- mentar pode ser fixa. Isto tem a vantagem de que muito pouca informação precisa ser alimentada de volta se o programador decidir programar uma sub-banda dentro do subconjunto complementar para transmissão.

Em uma modalidade da invenção, um mapa de bits é utilizada para identificar os subconjuntos selecionados. A representação de mapa de bits é um método de compressão eficiente que reduz adicionalmente a quan- tidade de retorno transmitida.

As modalidades exemplares detalhadas e as vantagens dos mé- todos, da unidade de recepção, e da unidade de transmissão para reduzir a quantidade de sinalização de retorno de índice de matriz de acordo com a invenção serão agora descritos com referência aos desenhos anexos que ilustram algumas modalidades preferidas. Breve Descrição dos Desenhos

Figura 1 mostra a seleção de um subconjunto ω de um conjunto de todas as sub-bandas Ω disponíveis e identificando o subconjunto ω utili- zando um mapa de bits B.

Figura 2 mostra a seleção de um subconjunto ω de um conjunto de todas as sub-bandas Ω disponíveis e então, em (a) e (b) utilizando as propostas de grupo para o subconjunto ω.

Figura 3 mostra um exemplo de um gráfico de SNR para as ma- trizes de pré-codificação e as sub-bandas no espectro de sub-banda de OFDM.

Figura 4 mostra outro exemplo de um gráfico de SNR para as matrizes de pré-codificação e as sub-bandas no espectro de sub-banda de OFDM.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

Em um sistema de MIMO não pré-codificado, de desvanecimen- to uniforme com Nt antenas de transmissor e Nr antenas de receptor, a re- lação de entrada - saída pode ser descrita como

<formula>formula see original document page 7</formula>

Na equação (1), χ é o Nt x 1 vetor de símbolos transmitidos, y, η são os Nr χ 1 vetores de símbolos recebidos e ruído respectivamente e H é a Nr χ Nt matriz de coeficientes de canal. Os símbolos de transmissor são assim Nt vezes espacialmente multiplexados sobre o canal de MIMO H, ou em outras palavras, Nt fluxos são transmitidos em paralelo, levando a um aumento teórico de Nj vezes em eficiência espectral.

A pré-codificação linear implica que uma Νχ χ Ns matriz de pré- codificação W é introduzida em (1) para pré-codificar os símbolos no vetor x.

A dimensão de coluna .Ns pode ser selecionada menor do que Nt em cujo caso χ é modificado para a dimensão Ns x 1. Com isto, Ns fluxos são trans- mitidos em paralelo, isto é conhecido como uma adaptação de classificação e implica em que menos símbolos são espacialmente multiplexados sobre o canal. A adaptação de classificação é útil já que apesar de menos símbolos serem espacialmente multiplexados, a probabilidade de erro de símbolo é diminuída. A relação de entrada - saída para o MIMO pré-codificado é assim descrita como

y = HWx + n. (2)

Para selecionar a melhor matriz de pré-codificador W em (2), um conhecimento sobre o canal H e as estatísticas de ruído de receptor é ne- cessário. Portanto, a seleção é de preferência feita no receptor já que estas informações estão prontamente ali disponíveis. O pré-codificador W selecio- nado é então sinalizado para o transmissor, o qual implementa a pré- codificação de acordo com a preferência do receptor. Para reduzir a carga de sinalização entre o receptor e o transmissor, é comumente assumido que a matriz de pré-codificação W pertence a um conjunto fixo de matrizes de pré-codificação, conhecido como o livro de códigos de pré-codificação. Se o livro de códigos tiver N elementos, N = [log2 (N)] bits são necessários para indicar um elemento no livro de códigos e assim somente o índice de matriz de pré-codificação (PMI) precisa ser sinalizado do receptor para o transmissor.

Uma multiplexação de divisão de freqüência ortogonal (OFDM) combinada com MIMO permite uma extensão da pré-codificação de MIMO para os canais de MIMO seletivos de freqüência. Em MIMO-OFDM, um ca- nal de banda larga é convertido em múltiplos canais de banda estreita que correspondem às subportadoras de OFDM. Cada canal de banda estreita pode ser assumido ser de desvanecimento uniforme. Utilizando OFDM, as equações (1) e (2) são assim válidas para cada tal canal de banda estreita.

Mais ainda, grupos de tamanhos iguais de subportadoras de OFDM adjacentes são formados para obter as sub-bandas de OFDM. Um valor comum, utilizado em 3GPP E-UTRA, é de 25 subportadoras de OFDM adjacentes as quais formam uma sub-banda de OFDM. Com isto, a largura de banda total é dividida em um número K de sub-bandas. A largura de cada sub-banda é escolhida de modo que o canal seja de desvanecimento apro- ximadamente uniforme dentro de cada sub-banda. Isto implica em que a mesma melhor matriz de pré-codificação W em (2) é aproximadamente váli- da para todas as subportadoras dentro de uma sub-banda. Com isto a gra- nularidade necessária mínima no retorno de PMI é uma sub-banda e é so- mente necessário alimentar de volta um PMI por sub-banda.

Nos sistemas de OFDM uma programação seletiva é executada. Como a qualidade de canal, tal como a razão de sinal para interferência, va- ria ao longo da largura de banda de transmissão, uma programação seletiva de freqüência e uma programação de múltiplos usuários são aplicadas, por exemplo em sistemas tais como E-UTRA e IEEE 802.16.

Para permitir uma programação seletiva de freqüência, um re- ceptor indica sobre um canal de retorno qual Q do total de K sub-bandas de OFDM este prefere receber os dados mais os indicadores de qualidade de canal para estas Q bandas. Uma escolha natural para o receptor é indicar as Q sub-bandas as quais tem a razão de sinal para interferência mais alta en- tre as K sub-bandas de OFDM. Isto está mostrado no documento da técnica fundamental [1] "3GPP R1-061246 "Unified uplink CQI signalling by efficient labeling", Huawei, Shanghai, May 2006".

O documento da técnica fundamental [2] "PCT/CN/2006/004, "Method for sub-band indicator signalling", Huawei, Patent application, March 2006" mostra adicionalmente um método eficiente para sinalizar o subcon- junto de Q sub-bandas das K sub-bandas disponíveis.

Na presente invenção, uma proposta é feita a qual combina o comportamento de camada física de pré-codificação com as ações da ca- mada de programação. Com isto, uma proposta de camada cruzada é feita.

Os inventores da presente invenção fizeram uma observação que um usuário não será programado nas suas sub-bandas de OFDM onde a sua qualidade de canal é ruim devido a, por exemplo, competição de ou- tros usuários.

Os inventores da presente invenção fizeram adicionalmente uma descoberta de que os índices de matriz de pré-codificação para as sub- bandas de OFDM com as mais altas qualidades de canal estão correlacio- nados. Isto significa que uma matriz de pré-codificação que funciona bem para uma sub-banda que tem uma alta qualidade é provável também funcio- nar bem para outra sub-banda que tem uma alta qualidade. Os inventores então perceberam que esta descoberta poderia ser utilizada para reduzir o número de matrizes de pré-codificação utilizadas.

Portanto, não existe nenhum ganho em alimentar de volta as informações de matriz de pré-codificação para todas as sub-bandas de OFDM1 já que estas informações não serão utilizadas pelo transmissor, a menos que todas as sub-bandas sejam programadas para o usuário em cujo caso nenhum ganho de programação de freqüência é obtido.

Com isto, a presente invenção difere dos documentos da técnica anterior [3], [4], [5], [6] e [7] pelo fato de que nenhuma tentativa de descrever totalmente o índice de matriz de pré-codificação para toda a largura de ban- da é feita. Ao contrário, a invenção descreve somente os índices de matriz de pré-codificação para aquelas sub-bandas de OFDM onde a transmissão é provável acontecer devido à alta qualidade de canal.

As bandas que o receptor deseja serem programadas poderiam eficientemente ser sinalizadas utilizando a técnica de identificação do docu- mento [1], e a sinalização de indicador de matriz de pré-codificação poderia de preferência coincidir com a sinalização das informações de qualidade de canal.

A largura de banda de OFDM pode ser dividida em sub-bandas de largura de banda de freqüência iguais entre as quais K são permitidas e disponíveis para a programação. Este conjunto de K sub-bandas é denotado Ω. Um receptor decide gerar um relatório de índice de matriz de pré- codificação para um menor subconjunto ω que consiste em K' do total de K sub-bandas em Ω.

Uma identificação que define unicamente o conjunto ω pode ser gerada utilizando um mapa de bits B. Isto está mostrado na Figura 1, em que a largura de banda está dividida em K=12 sub-bandas de freqüência. K-4 sub-bandas são selecionadas e podem ser identificadas pela máscara de mapa de bits B. Um método de compressão de mapa de bits eficiente pode tãmberfrsèr utilizádo, ver os documentos [1] e [2].

O relatório de índice de matriz de pré-codificação pode agora ser gerado para o subconjunto ω de sub-bandas de OFDM. Isto está mostrado na Figura 2 em que uma compressão eficiente de informações de pré- codificação que utilizam o subconjunto ω de K'=4 sub-bandas é executada. As informações de matriz de pré-codificação em ω podem adicionalmente ser comprimidas utilizando, por exemplo, uma proposta de grupo (a) ou um índice de matriz de pré-codificação único para todo o subconjunto ω está mostrado no exemplo (b).

De acordo com a presente invenção, para a seleção do subcon- junto ω de K1 sub-bandas um critério de otimização é utilizado

<formula>formula see original document page 11</formula>

onde Π é um vetor que contém os índices de matriz de pré-codificação para as sub-bandas correspondentes no vetor ω, cujos elementos são seleciona- dos de Ω, que constitui o conjunto total de sub-bandas de freqüência permi- tidas. Mais ainda, Ns é a classificação da transmissão, isto é, o número de fluxos transmitidos. A função / é uma métrica escalar que mapeia múltiplos fluxos e múltiplas medidas de sub-banda em um único número real.

Em uma modalidade da presente invenção, as K1 melhores ban- das são encontradas, o que maximiza a métrica / como na equação (3), on- de cada banda está utilizando o seu melhor índice de matriz de pré- codificação e onde K' é um dado número. Neste documento, Π contém um número de elementos P que pode ser até o número de sub-bandas K1 sele- cionadas. Podem assim nesta modalidade ser escolhidos diferentes índices de matriz de pré-codificação para cada uma das K' sub-bandas selecionadas para ω. Até um número P = K' índices de matriz de pré-codificação e um conjunto de K' sub-bandas no vetor ω são juntamente encontrados, o que resolve a equação (3) nesta modalidade.

Em uma modalidade alternativa, para reduzir o retorno adicio- nalmente, o vetor Π de índices de matriz de pré-codificação é escolhido para Jer menos elementos do que.o vetor de sub-banda ω correspondente. Um exemplo é agrupar as sub-bandas no vetor ω e reportar um índice de matriz de pré-codificação para cada grupo de sub-bandas. Com isto um método de grupo similar àquele no documento da técnica anterior [6] é utilizado apesar de que aqui o grupo é executado sobre as sub-bandas ω selecionadas e não sobre o conjunto total de sub-bandas Ω. Nesta modalidade, Π contém um número de elementos P que é menor do que o número de sub-bandas K' selecionadas. Até um número P < K' índices de matriz de pré-codificação e um conjunto de K' sub-bandas no vetor ω são juntamente encontrados, o que resolve a equação (3) nesta modalidade. Ver o exemplo (a) na Figura 2, onde P é um conjunto de dois, P = 2.

Em uma modalidade alternativa da presente invenção, o vetor Π de índices de matriz de pré-codificação tem um único elemento. Nesta mo- dalidade, Π contém um número de elementos P sendo igual a 1. Com isto, um único índice de matriz de pré-codificação e um conjunto de K' sub- bandas no vetor ω são juntamente encontrados o que resolve a equação (3). Ver o exemplo (b) na Figura 2.

A Figura 3 mostra um exemplo de um gráfico de SNR (Razão de Sinal Para Ruído) para as matrizes de pré-codificação e as sub-bandas no espectro de sub-banda de OFDM. O gráfico na Figura 3 será daqui em dian- te utilizado para ilustrar como as combinações de índice de matriz de pré- codificação e sub-bandas podem ser juntamente selecionados de acordo com a presente invenção.

Em um primeiro exemplo de acordo com a invenção, e relativo à Figura 3, o número de elementos P em Π é ajustado para um, P = 1, e o número de sub-bandas a serem selecionadas K' é ajustado para quatro, K' = 4. O método de acordo com a invenção então pesquisa através de todas as possíveis combinações de índices e de sub-bandas, neste caso específico pesquisa por uma matriz que forneça a melhor qualidade de transmissão quando sendo utilizada para quatro sub-bandas, e para qual conjunto de quatro sub-bandas esta matriz deve ser utilizada. Aqui, a matriz 3 e as sub- bandas 4, 5, 6 e 12 são selecionadas.

Em um segundo exemplo de acordo com a invenção, e relativo à Figura 3, P e K1 são ajustados para P = 2 e K' = 4. A seleção neste exemplo difere da seleção no exemplo anterior pelo fato de que a sub-banda 7 e a matriz 1 serão escolhidas ao invés da sub-banda 12. Isto é apropriado já que dois índices de matriz podem ser selecionados e como a matriz 1 tem uma SNR mais alta na sub-banda 7 do que a matriz 3 tem na sub-banda 12.

Os métodos da técnica anterior para reduzir a sinalização de índice de matriz de pré-codificação tiveram soluções que enviam os índices de matriz de pré-codificação para um subconjunto fixo de sub-bandas, por exemplo a cada segunda sub-banda. Isto poderia ter o efeito que muita da sinalização de índice de matriz de pré-codificação é feita para as sub-bandas que tem tal má qualidade que estas não deveriam ser programadas pelo programador. Os métodos da técnica anterior são portanto sub-ótimos.

No exemplo na Figura 3, um método da técnica anterior que uti- liza cada segunda sub-banda poderia, por exemplo, ter utilizado um subcon- junto fixo de sub-bandas 1, 3, 5, 7, 9, e 11. O método da técnica anterior te- ria então escolhido a melhor matriz de pré-codificação possível para cada uma destas sub-bandas e teria transferido a sinalização de índice de matriz de pré-codificação para as matrizes de pré-codificação encontradas em cada sub-banda. As sub-bandas 1, 3 e 11 tem, como pode ser visto na Figura 3, uma SNR muito ruim para todas as matrizes, especialmente a sub-banda 3, e provavelmente não seria programada de qualquer modo. A sinalização referente a estas sub-bandas nas soluções da técnica anterior teria portanto sido um desperdício em recursos de comunicações.

Quando os índices de matriz de pré-codificação e um conjunto de K1 sub-bandas são selecionados de acordo com a invenção, isto é, pela utilização da equação (3) para encontrar juntamente os índices de matriz de pré-codificação e um conjunto de K' sub-bandas dado o número de índices de matriz de pré-codificação disponíveis e o número K', as melhores combi- nações possíveis de sub-bandas e índices de matriz de pré-codificação para utilizar nestas sub-bandas são selecionados.

Esta equação (3) passa por todas as combinações possíveis de sub-bandas e de índices de matriz de pré-codificação disponíveis e selecio- na as combinações que maximizam a função f. A função f fornece uma me- dida de qualidade de transmissão. A equação (3) assim seleciona as combi- nações que resultam nas qualidades de transmissão mais altas possíveis. A equação (3) portanto também seleciona as combinações que são prováveis serem programadas por um programador. A função ƒ será adicionalmente abaixo descrita.

A Figura 4 mostra outro gráfico de SNR (Razão de Sinal Para Ruído) para as matrizes de pré-codificação e as sub-bandas no espectro de sub-banda de OFDM. Como pode ser visto na Figura 4, algumas vezes al- gumas das matrizes de pré-codificação são geralmente melhores do que as outras. Em uma situação como esta, a modalidade da presente invenção na qual o vetor Π de índices de matriz de pré-codificação tem um único elemen- to, P = 1, pode ser especialmente vantajosa. Como uma matriz de pré- codificação específica é a melhor matriz sobre mais ou menos toda a largura de banda, o método de acordo com a invenção, onde P = 1, é então mais ou menos simplificado para uma escolha de sub-banda.

A seleção de sub-bandas e de matrizes de pré-codificação pode também ser estendida para a adaptação de classificação, onde a classifica- ção, isto é, o número de fluxos Ns é selecionado como

<formula>formula see original document page 14</formula>

Quando a equação (4) é utilizada, os índices de matriz de pré- codificação, um conjunto de K1 sub-bandas no vetor ω e o número de fluxos Ns são juntamente encontrados o que resolve a equação (4). Isto pode, no mesmo modo que para a equação (3), ser feito para diferentes números P de elementos em Π. Quando a equação (4) é utilizada, as decisões de adap- tação de classificação são feitas na extremidade de recepção. Isto pode ser vantajoso referente às possibilidades de maximizar o rendimento para uma conexão. Quando a equação (3) é utilizada, Ns é determinado no BTS/Nodo B.

A função métrica ƒ nas equações (3) e (4) acima é uma função das sub-bandas no vetor ω, seu comprimento K' correspondente e o índi- ce/índices de matriz de pré-codificação em Π. Esta pode ser implementada em vários modos. Uma modalidade é utilizar o mapeamento de SIR expo- nencial efetivo (EESM) no documento [8] (3GPP R1-031304, "System-level evaluation of OFDM - initial evaluation" Ericsson, Nov. 17-21, 2003) para ca- da fluxo, assumindo um certo conjunto de sub-bandas ω e um vetor de PMI ou um único PMI utilizado para todas as sub-bandas em ω, e então utilizar a seguinte expressão para ƒ:

<formula>formula see original document page 15</formula>

onde Ns é o número de fluxos e EESMs (Π, ω, Ns) é o EESM para o fluxo s assumindo Ns fluxos e a utilização de matrizes de pré-codificadores com índices no vetor Π e as sub-bandas ω. O EESM é também uma função da matriz de canal Hea matriz de covariância da interferência, mas este foi omitido na notação aqui para clareza.

Outra alternativa é mapear o EESM para mútuas informações para cada fluxo assumindo um certo conjunto de sub-bandas ω e um vetor de PMI, ou um único PMI, e então somar os rendimentos ou as informações mútuas para cada fluxo e sub-banda para obter o resultado escalar da fun- ção métrica / como

<formula>formula see original document page 15</formula>

Outra alternativa é considerar / para refletir o rendimento de soma esperado a uma dada taxa de erro de bloco (BLER)

<formula>formula see original document page 15</formula>

onde 9bler(x) é uma função a qual mapeia os valores de EESM para um ta- manho de bloco de códigos maior possível (número de bits de informações) o qual fornece uma BLER menor do que um valor desejado prescrito. Com isto, a equação (7) fornece a soma dos tamanhos de blocos de códigos para cada fluxo e este número é proporcional ao rendimento esperado.

As propostas nas equações (5), (6) e (7) assumem múltiplas pa- lavras de código, onde cada fluxo transmite um bloco de informações sepa- radamente codificado. Outra alternativa é utilizar uma única palavra de códi- go (maior), a qual é intercalada e mapeada sobre todos os fluxos, em cujo caso um único valor de EESM é obtido para toda a palavra de código

<formula>formula see original document page 16</formula>

Como é compreendido por uma pessoa versada na técnica, esta função métrica / pode ser calculada em um número de modos. Existe um número de diferentes definições para a qualidade de transmissão e também um número de diferentes modos de estimar a qualidade de transmissão. As equações (5) e (8) fornecem uma medição de SNR, a equação (6) fornece uma medição de capacidade e a equação (7) fornece uma medida de rendi- mento realista. Estas são todas medidas diferentes de qualidade de trans- missão, mas existe também um número de outras medidas de qualidade de transmissão conhecidas no campo de comunicações. As equações (5) - (8) acima devem assim ser consideradas como quatro exemplos entre um nú- mero de possíveis modos de executar esta estimativa. O escopo da presente invenção não está limitado pelas equações (5) - (8) acima.

Em uma modalidade, o receptor pode alimentar de volta um ín- dice de matriz de pré-codificação para o conjunto complementar ϖ de sub- bandas além do índice/índices de matriz de pré-codificação para o subcon- junto ω, onde ϖ Y ω = Ω. Se o programador decidir transmitir utilizando as sub-bandas no subconjunto td este pode utilizar o índice de matriz de pré- codificação para o conjunto complementar de sub-bandas.

Alternativamente, a matriz de pré-codificação para as sub- bandas em to poderia ser fixa. Então, nenhuma sinalização é requerida para o índice de matriz de pré-codificação destas sub-bandas. Especificamente, a matriz de pré-codificação fixa neste caso poderia ser a matriz de identidade ou se a matriz de pré-codificação não for quadrada, esta poderia ser colunas selecionadas de uma matriz de identidade.

Em todas~as modalidades acima descritas" a compressão das informações de índice de matriz de pré-codificação no subconjunto ω pode ser feita com um método de compressão arbitrário, tal como uma codificação de comprimento corrido médio ou qualquer outro método de compressão conhecido na técnica.

As sub-bandas em ω podem também ainda ser divididas em múltiplas sub-sub-bandas onde cada sub-sub-banda tem um certo índice de matriz de pré-codificação único. A última proposta também requer uma iden- tificação para destacar como a divisão de ω em sub-sub-bandas é feita.

Em uma modalidade, a extremidade de transmissão é um BTS/Nodo Bea extremidade de recepção é uma estação móvel/UE. Nesta modalidade, a estação móvel/UE conduz o vetor de pré-codificação Π, o subconjunto ω e possivelmente o número de fluxos Ns para o BTS/Nodo B. O BTS/Nodo B aqui considera estas informações transferidas como uma recomendação, mas não precisa seguir esta recomendação estritamente. Nesta modalidade, K' pode ser determinado pelo BTS/Nodo B. Nesta moda- lidade, K' pode também ser determinado pela estação móvel/UE.

Em uma modalidade, a extremidade de transmissão é uma esta- ção móvel/UE e a extremidade de recepção é um BTS/Nodo B. Nesta moda- lidade, o BTS/Nodo B conduz uma concessão de programação que contém o vetor de pré-codificação Π, o subconjunto ω e possivelmente o número de fluxos Ns para a estação móvel/UE. A estação móvel/UE aqui estritamente precisa seguir as informações transferidas.

Em uma modalidade, o número de elementos P em Π é determi- nado no padrão de sistema e o valor de P pode possivelmente ser determi- nado com base em tipos variáveis de dados, tais como a largura de banda de sistema, a estatística de comunicação, ou similares.

O método de acordo com a invenção é implementado em uma unidade de recepção e/ou em uma unidade de transmissão, tal como uma estação móvel/UE ou um BTS/Nodo B, executado em software. De preferên- cia, um DSP (Processador de Sinal Digital) ou qualquer outro processador equivalente é utilizado para executar as diferentes etapas do método.

Nâ tabela l üma co^mparaçãõ dõ rétorrio requerido para a pre- sente invenção é feita com um retorno total e com o retorno na técnica ante- rior que utiliza grupos de tamanho L de sub-bandas de OFDM. As últimas duas linhas na tabela 1 mostram o retorno requerido para a presente inven- ção.

<table>table see original document page 18</column></row><table>

TABELA 1. Comparação do excesso de sinalização requerido para alimentar de volta o índice de matriz de pré-codificação. ( N é o número de bits neces- sários para indicar um elemento no livro de códigos)

Uma simulação de computador foi também executada para comparar o desempenho de utilizar o retorno total e o retorno de bandas se- lecionadas com um único índice de matriz de pré-codificação (exemplo (b) na Figura 3).

Os resultados podem ser vistos na tabela 2. A perda de rendi- mento está dentro de poucos porcento enquanto o retorno é reduzido por aproximadamente um terço o qual demonstra que a compressão de índice de matriz de pré-codificação na invenção é muito eficiente. <table>table see original document page 19</column></row><table>

TABELA 2. Exemplo de simulação. O rendimento e a carga de retorno são

comparados entre o retorno total e a presente invenção. Um sistema de OFDM de largura de banda de 5 MHz em um canal TU (Urbano Típico) com um único usuário foi simulado com um tamanho de livro de códigos de 8 e- lementos

O método, a unidade de recepção e a unidade de transmissão para reduzir uma quantidade de informações de retorno de pré-codificação de acordo com a invenção podem ser modificados por aqueles versados na técnica, se comparados com as modalidades exemplares acima descritas.

Como é óbvio para uma pessoa versada na técnica, um número de outras implementações, modificações, variações e/ou adições pode ser feito nas modalidades exemplares acima descritas. Deve ser compreendido que a invenção inclui todas tais outras implementações, modificações, varia- ções e/ou adições as quais caiam dentro do escopo das reivindicações.

Listagem de Documentos de Referência

[1] 3GPP R1-061246 "Unified uplink CQI signalling by efficient labeling", Hu- awei, Shanghai, May 2006.

[2] PCT/CN/2006/004, "Method for sub-band indicator signalling", Huawei, Patent application, March 2006.

[3] J. Choi, R.W. Heath Jr.,"lnterpolation Based Unitary Precoding for Spatial Multiplexing MIMO-OFDM with Limited Feedback", IEEE Globecom Confe- rence 2004, Dallas, USA, November de 2004, page 214-218

[4] J. Choi, R.W. Heath Jr.," Interpolation Based Transmit Beamforming for MIMO-OFDM with Limited Feedback", IEEE Transactions on Signal Proces- sing, Vol. 53, No. 11, November 2005, page 4125-4135

[5] B. Mondahl, R.W. Heath Jr., "Algorithms for Quantized Precoding in Ml- MO-OFDM Beamforming Systems", Proceedings of the SPIE, Volume 5847, pp. 80-87 (2005). [6] 3GPP R1-061441, "Feedback Reduction for Rank-1 pre-coding for E- UTRA downlink", Texas Instruments, Shanghai, May 2006.

[7] 3GPP R1-061439, "Evaluation of Codebook-based Precoding for LTE MIMO Systems", Texas Instruments, Shanghai, May 2006.

[8] 3GPP R1-031304, "System-level evaluation of OFDM - initial evaluation" Ericsson, Nov. 17-21, 2003.

Claims

1. Método para reduzir uma quantidade de informações de retor- no de pré-codificação em um sistema de comunicação MIMO (Múltiplas En- tradas Múltiplas Saídas) de múltiplas portadoras, em uma sua extremidade de recepção, o dito sistema carregando informações sobre um número de fluxos Ns que utiliza múltiplas subportadoras sendo agrupadas juntas em um conjunto Ω de K sub-bandas permitidas (n1, ..., nK), o dito sistema ainda se- lecionando, em uma extremidade de transmissão, uma matriz de pré- codificação adequada para ser utilizada de um livro de códigos de pré- codificação com base em índices de livro de códigos alimentados de uma extremidade de recepção, caracterizado pelas etapas de: - selecionar juntamente, enquanto considerando a qualidade de transmissão para cada combinação relevante de sub-bandas e de matrizes, um número limitado de P índices de livro de códigos a serem incluídos em um vetor Π e um número limitado de K' sub-bandas a serem incluídas em um subconjunto ω (m1, ..., mK') do dito conjunto Ω, em que K' é ajustado para um valor K' < K e P é ajustado para um valor P ≤ K', e - conduzir o dito vetor Π e as informações que identificam o dito subconjunto ω para a extremidade de transmissão.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que as ditas se- leções de índices de livro de códigos e as sub-bandas correspondentes a serem utilizadas para o dito subconjunto ω são executadas de modo que uma função de qualidade de transmissão seja maximizada.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, em que o dito sub- conjunto ω (m1, ..., mK') e os ditos P índices de livro de códigos no vetor Π atendem: <formula>formula see original document page 21</formula> onde - Π é um vetor que contém P índices de matriz de pré- codificação que correspondem às sub-bandas ou grupos de sub-bandas no subconjunto de sub-bandas ω, - ƒ é uma função de qualidade de transmissão escalar que leva em consideração a qualidade de transmissão sobre as medidas de múltiplos fluxos e de múltiplas sub-bandas, - K1 é um dado número que define o número de sub-bandas para as quais os índices de livro de códigos devem ser conduzidos, K' < K, e - Ns é um dado número de fluxos.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, em que os índices de livro de códigos, as sub-bandas a serem utilizadas para o dito subconjun- to ω e um número de fluxos são juntamente selecionados com relação a uma função de qualidade de transmissão.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, em que os índices de livro de códigos e as sub-bandas a serem utilizadas para o dito subcon- junto ω e um número de fluxos Ns são juntamente selecionados de modo que a dita função de qualidade de transmissão seja maximizada.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, em que o dito sub- conjunto ω (m-1, ..., mk'), os ditos P índices de livro de códigos no vetor Π e o dito número de fluxos Ns atendem: <formula>formula see original document page 22</formula> onde - Π é um vetor que contém P índices de matriz de pré- codificação que correspondem às sub-bandas ou grupos de sub-bandas no subconjunto de sub-bandas ω, - ƒ é uma função de qualidade de transmissão escalar que leva em consideração a qualidade de transmissão sobre as medidas de múltiplos fluxos e de múltiplas sub-bandas, - K' é um dado número que define o número de sub-bandas para as quais os índices de livro de códigos devem ser conduzidos, K' < K, e - Ns é um número de fluxos.

7. Método de acordo com a reivindicação 3 ou 6, em que a dita função ƒ é definida como: <formula>formula see original document page 22</formula> - Π é um vetor que contém P índices de matriz de pré- codificação que correspondem às sub-bandas ou grupos de sub-bandas no subconjunto de sub-bandas ω, - Ns é um número de fluxos, e - EESM é uma função de mapeamento de SIR exponencial efetiva.

8. Método de acordo com a reivindicação 3 ou 6, em que a dita função / é definida como: <formula>formula see original document page 23</formula> onde - Π é um vetor que contém P índices de matriz de pré- codificação que correspondem às sub-bandas ou grupos de sub-bandas no subconjunto de sub-bandas ω, - Ns é um número de fluxos, e - EESM é uma função de mapeamento de SIR exponencial efetiva.

9. Método de acordo com a reivindicação 3 ou 6, em que a dita função / é definida como: <formula>formula see original document page 23</formula> onde - Π é um vetor que contém P índices de matriz de pré- codificação que correspondem às sub-bandas ou grupos de sub-bandas no subconjunto de sub-bandas ω, - Ns é um número de fluxos, e - EESM é uma função de mapeamento de SIR exponencial efetiva, e - 9BLER(x) é uma função a qual mapeia os valores de EESM para um tamanho de bloco de códigos o maior possível correspondente (número de bits de informações) a qual fornece BLER menor do que um valor deseja- do prescrito.

10. Método de acordo com a reivindicação 3 ou 6, em que a dita função / é definida como: <formula>formula see original document page 24</formula> onde - Π é um vetor que contém P índices de matriz de pré- codificação que correspondem às sub-bandas ou grupos de sub-bandas no subconjunto de sub-bandas ω, - Ns é um número de fluxos, e - EESM é uma função de mapeamento de SIR exponencial efetiva.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a dita ex- tremidade de transmissão é um BTS/Nodo Bea dita extremidade de recep- ção é uma estação móvel/UE.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, em que o dito número de sub-bandas K' para as quais os índices de livro de códigos de- vem ser conduzidos é ajustado por um BTS/Nodo B.

13. Método de acordo com a reivindicação 11, em que o dito número de sub-bandas K' para as quais os índices de livro de códigos de- vem ser conduzidos é ajustado por uma estação móvel/UE.

14. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a dita ex- tremidade de transmissão é uma estação móvel/UE e a dita extremidade de recepção é um BTS/Nodo B.

15. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o dito nú- mero de índices de livro de códigos P no dito conjunto de índices de livro de códigos Π é um, P = 1.

16. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o dito nú- mero de índices de livro de códigos P é ajustado para um valor predetermi- nado, de preferência dado em um padrão de sistema.

17. Método de acordo com a reivindicação 1, em que um índice de matriz de pré-codificação para um conjunto complementar ϖ é conduzido para a extremidade transmitida além dos P índices de matriz de pré- codificação para o subconjunto ω, em que ϖ Υ ω = Ω e Ω e ο conjunto total de sub-bandas permitidas.

18. Método de acordo com a reivindicação 1, em que um índice de matriz de pré-codificação para um conjunto complementar ϖ é fixo, em que ϖ Y ϖ = Ω e Ω é o conjunto total de sub-bandas permitidas.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, em que a matriz de pré-codificação fixa é uma matriz de identidade.

20. Método de acordo com a reivindicação 18, em que a dita ma- triz de pré-codificação fixa inclui colunas selecionadas de uma matriz de i- dentidade.

21. Método de acordo com a reivindicação 1, em que as ditas informações que identificam o dito subconjunto estão incluídas em uma re- presentação de mapa de bits.

22. Método para reduzir uma quantidade de informações de re- torno de pré-codificação em um sistema de comunicação MIMO (Múltiplas Entradas Múltiplas Saídas) de múltiplas portadoras, na sua extremidade de transmissão, o dito sistema carregando informações sobre um número de fluxos Ns que utiliza múltiplas subportadoras sendo agrupadas juntas em um conjunto Ω de K sub-bandas permitidas (n1, ..., nK), o dito sistema ainda se- lecionando, em uma extremidade de transmissão, uma matriz de pré- codificação adequada para ser utilizada de um livro de códigos de pré- codificação com base em índices de livro de códigos alimentados de uma extremidade de recepção, caracterizado pelas etapas de: - receber as informações que identificam um número limitado de K1 sub-bandas em um subconjunto ω (m1, ..., mK') do dito conjunto Ω, e um vetor Π que contém um número limitado de P índices de livro de códigos a serem utilizados para as ditas K' sub-bandas no dito subconjunto ω, as ditas informações e o dito vetor sendo juntamente selecionados, enquanto consi- derando a qualidade de transmissão para cada combinação relevante de sub-bandas e de matrizes, e sendo alimentados da extremidade de recepção, e - transmitir sobre as ditas K' sub-bandas utilizando os ditos P índices de livro de códigos.

23. Unidade de recepção disposta para reduzir uma quantidade de informações de retorno de pré-codificação em um sistema de comunica- ção MIMO (Múltiplas Entradas Múltiplas Saídas) de múltiplas portadoras, o dito sistema sendo disposto para carregar as informações sobre um número de fluxos Ns que utiliza múltiplas subportadoras sendo agrupadas juntas em um conjunto Ω de K sub-bandas permitidas (n1, ..., nK), o dito sistema ainda sendo disposto para selecionar, em uma unidade de transmissão, uma ma- triz de pré-codificação adequada para ser utilizada de um livro de códigos de pré-codificação com base em índices de livro de códigos alimentados da dita unidade de recepção, caracterizada pelo fato de que a dita unidade de recepção inclui: - um meio para selecionar juntamente, enquanto considerando a qualidade de transmissão para cada combinação relevante de sub-bandas e de matrizes, um número limitado de P índices de livro de códigos a serem incluídos em um vetor Π e um número limitado de K' sub-bandas a serem incluídas em um subconjunto ω (m1.....mk) do dito conjunto Ω, em que K1 é ajustado para um valor K' < K e P é ajustado para um valor P ≤ K', e - um meio para conduzir o dito vetor Π e as informações que i- dentificam o dito subconjunto ω para a unidade de transmissão.

24. Unidade de recepção de acordo com a reivindicação 23, em que a unidade de recepção é uma estação móvel/UE.

25. Unidade de recepção de acordo com a reivindicação 23, em que a unidade de recepção é um BTS/Nodo B.

26. Unidade de transmissão disposta para reduzir uma quanti- dade de informações de retorno de pré-codificação em um sistema de co- municação MIMO (Múltiplas Entradas Múltiplas Saídas) de múltiplas portado- ras, o dito sistema sendo disposto para carregar as informações sobre um número de fluxos Ns que utiliza múltiplas subportadoras sendo agrupadas juntas em um conjunto Ω de K sub-bandas permitidas (n1, ..., nk), a unidade de transmissão sendo disposta para selecionar uma matriz de pré- codificação adequada para ser utilizada de um livro de códigos de pré- codificação com base em índices de livro de códigos alimentados de uma extremidade de recepção do sistema, caracterizada pelo fato de que a dita unidade de transmissão inclui: - um meio para receber as informações, alimentadas da extremi- dade de recepção, que identificam um número limitado de K1 sub-bandas em um subconjunto ω (m1, ..., mK') do dito conjunto Ω, e um vetor Π que con- tém um número limitado de P índices de livro de códigos a serem utilizados para as ditas K' sub-bandas no dito subconjunto ω, em que K' é ajustado pa- ra um valor K' < K e P é ajustado para um valor P ≤ K', as ditas informações e o dito vetor sendo juntamente selecionados, enquanto considerando a qua- lidade de transmissão para cada combinação relevante de sub-bandas e de matrizes, e sendo alimentados da extremidade de recepção, e - um meio para transmitir sobre as ditas K' sub-bandas utilizando os ditos P índices de livro de códigos.