ES2248330T3 - Aparato y metodo para la diversidad de transmision que utilizan mas de dos antenas. - Google Patents
Aparato y metodo para la diversidad de transmision que utilizan mas de dos antenas.Info
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Abstract
Un transmisor de una red de acceso radioeléctrico terrestre UMTS (201) que tiene al menos cuatro antenas en un sistema de comunicaciones móviles, que comprende: un primer sumador (329, 529) conectado a una primera antena (347, 547) para sumar una primera señal de ensanchamiento mediante el ensanchamiento de un primer patrón de símbolos (301, 501) con un primer código ortogonal (305, 505) y una segunda señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del primer patrón de símbolos con un segundo código ortogonal (315, 515) ortogonal con respecto al primer código ortogonal; un segundo sumador (331, 531) conectado a una segunda antena (349, 549), para sumar la primera señal de ensanchamiento y una tercera señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento de un primer patrón de símbolos invertidos que resulte de la inversión de la fase del primer patrón de símbolos con el segundo código ortogonal; un tercer sumador (333, 533) conectado a una tercera antena (351, 551), para sumar una cuarta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento de un segundo patrón de símbolos (303, 503) ortogonal con el primer patrón de símbolos con el primer código ortogonal y una quinta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del segundo patrón de símbolos con un segundo código ortogonal; y un cuarto sumador (335, 535) conectado a una cuarta antena (353, 553), para sumar la cuarta señal de ensanchamiento y una sexta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento de un segundo patrón de símbolos invertidos que resulte de la inversión de la fase del segundo patrón de símbolos con el segundo código ortogonal.
Description
Aparato y método para la diversidad de
transmisión que utilizan más de dos antenas.
La presente invención está relacionada con un
sistema de diversidad de transmisión, y en particular con un sistema
en el que una red UTRAN (red de acceso radioeléctrico terrestre
UMTS) opera en forma compatible con una estación móvil (MS) que
soporta una técnica distinta de diversidad de transmisión.
Se ha desarrollado un sistema de comunicaciones
móviles de tercera generación para la transmisión de datos de alta
velocidad junto con el rápido avance de la tecnología de las
comunicaciones móviles y el incremento de la cantidad de datos a
transmitir. El sistema W-CDMA (acceso múltiple por
división de códigos de banda ancha), que es un esquema asíncrono
entre el sistema UTRAN, se ha estandarizado como el sistema de
comunicaciones móviles de tercera generación para Europa, y el
sistema CDMA-2000, que es un esquema síncrono entre
las estaciones base, que se ha estandarizado como el sistema de
comunicaciones móviles de tercera generación para América del Norte.
En los sistemas de comunicaciones móviles una pluralidad de unidades
MS se comunican a través de una estación base. Cuando los datos se
transmiten a alta velocidad, la fase de la señal recibida se
distorsiona debido al desvanecimiento en el radiocanal. El
desvanecimiento reduce la amplitud de la señal recibida en varios
decibelios hasta incluso decenas de decibelios. Si no se compensa
la distorsión para la demodulación de los datos, se deteriorará la
calidad de las comunicaciones móviles. Así pues, se han utilizado
muchas técnicas de diversidad para solucionar el
desvanecimiento.
El sistema CDMA utiliza un receptor de barrido
para recibir una señal con diversidad que utiliza el ensanche de
retardo de un canal. Aunque la diversidad de recepción, que se basa
en el ensanche de retardo, se aplica al receptor de barrido, dicho
receptor de barrido no opera si el ensanche de retardo es inferior a
un umbral. La diversidad en el tiempo que se basa en el entrelazado
y la codificación, se utiliza en un canal de ensanche Doppler. La
diversidad en el tiempo, no obstante, es difícil de aplicar a un
canal de ensanche Doppler de velocidad lenta.
En consecuencia, la diversidad de espacio se
aplica con un pequeño retardo de ensanche y un canal de ensanche
Doppler de velocidad lenta para solucionar el desvanecimiento. Para
la diversidad de espacio se utilizan al menos dos antenas de
transmisión/recepción. Aunque la intensidad de la señal transmitida
a través de una antena se reduce debido al desvanecimiento, se
recibirá la señal transmitida a través de la otra antena. La
diversidad de espacio se divide en diversidad de recepción que
utiliza antenas de recepción, y la diversidad de transmisión que
utiliza antenas de transmisión. Debido a que es difícil instalar
una pluralidad de antenas en un MS para la diversidad de recepción
en términos de costo y de tamaño terminal, se recomienda implementar
la técnica de la diversidad de transmisión en un sistema UTRAN con
una pluralidad de antenas.
La técnica de diversidad de transmisión se
implementa en un algoritmo para recibir una señal de enlace
descendente y para obtener una ganancia de diversidad. El algoritmo
está dividido en general en un modo de bucle abierto y un modo de
bucle cerrado. En el modo de bucle abierto, si un sistema UTRAN
codifica una señal de datos y transmite la señal codificada a través
de antenas de diversidad, la unidad MS recibirá la señal desde el
sistema UTRAN y obtendrá una ganancia de diversidad mediante su
decodificación. En el modo de bucle cerrado, si la unidad MS estima
los entornos del canal que afecten a las señales transmitidas a
través de las antenas de transmisión de la estación base, calculará
los valores de ponderación que maximicen la potencia de las señales
de recepción para las antenas de transmisión, basándose en los
valores estimados, y transmitiendo los valores ponderados como
señales al sistema UTRAN en un canal ascendente, en donde el sistema
UTRAN ajustará los valores ponderados de las antenas basándose en
las señales de ponderación recibidas desde la unidad MS. Para
colaborar con ello, la unidad MS evaluará los canales, y el sistema
UTRAN transmitirá señales piloto a través de las respectivas antenas
de transmisión a la unidad MS. A continuación, la unidad MS evaluará
los canales de acuerdo con la señal piloto y adquirirá los valores
ponderados óptimos basándose en la información del canal.
La diversidad de transmisión se aplica en un modo
de realimentación en la patente de los EE.UU. número 5634199
titulada como "Método de conformación de haces subespaciales con
la utilización de antenas de transmisión adaptativas con
realimentación", y en la patente de los EE.UU. número 5471647
titulada como "Método para minimizar la diafonía en las antenas de
transmisión adaptativas". Aunque la primera propone la evaluación
de los canales y la realimentación en un algoritmo de perturbación y
en una matriz de ganancia, este es un esquema ciego que no es
adecuado para un sistema con señales piloto, debido a la baja
velocidad de convergencia para la evaluación de los canales, y a la
dificultad en la obtención de valores ponderados precisos.
La especificación 3GPP (proyecto de asociación de
la 3ª generación) (Versión 99) para el sistema UMTS (sistema
universal de telecomunicaciones móviles) ha sugerido la
cuantificación y la realimentación de pesos ponderados para dos
antenas. Describe solamente el caso en el cual una unidad MS soporta
una diversidad de transmisión de dos antenas. La especificación no
expone comentarios sobre la transmisión de señales desde un sistema
UTRAN con antenas de transmisión, y transmisión y recepción de
señales en el caso en el que coexistan unidades MS de diversidad de
transmisión con 2 antenas con unidades MS de diversidad de
transmisión de 4 antenas. La expansión a cuatro antenas para
utilizar adaptativamente un método convencional de expansión de la
transmisión de señales a través de una antena a la transmisión de
señales a través de dos antenas no es válida para la unidad MS de
diversidad de transmisión de 2 antenas. El uso simultáneo de un
método de transmisión de señales utilizando dos antenas y un método
de transmisión de señales con la utilización de cuatro antenas,
tiene el problema del desequilibrio de la potencia entre las
antenas.
Las distintas señales piloto pueden ser
transmitidas a través de una pluralidad de antenas mediante el
multiplexado por división en el tiempo, multiplexado por división
de frecuencia, y mediante el multiplexado por división de códigos.
En el sistema W-CDMA, el multiplexado por división
de códigos puede realizarse con el uso de códigos múltiples de
aleatorización, códigos de canalización, o patrones de símbolos
piloto ortogonales múltiples, con el fin de transmitir distintas
señales piloto a través de las antenas.
En general, se obtienen una alta ganancia de
diversidad y una ganancia SNR (relación de señal/ruido) de hasta 3
dB mediante la utilización de dos antenas de transmisión, en
comparación con un sistema convencional que utilice una única antena
de transmisión. Si la diversidad de transmisión se implementa con
más de dos antenas, se obtiene una ganancia de diversidad adicional
además de la ganancia de diversidad en un transmisor de dos antenas
y el valor del SNR se incrementará en proporción al número de
antenas. La ganancia de diversidad adicional es inferior a la
obtenida a partir de la diversidad de transmisión de 2 antenas, pero
puesto que se incrementa el orden de la diversidad, la ganancia de
diversidad es muy alta si se incrementa el valor del SNR
(E_{b}/N_{o}).
La especificación 3GPP (Versión 99) describe un
sistema UMTS operado con una diversidad de transmisión de 2 antenas,
pero considera la necesidad de la diversidad de transmisión
utilizando más de dos antenas. La consideración será aplicable
también a la configuración de transmisión/recepción para un sistema
de telecomunicaciones móviles en el que las señales existentes de
recepción MS de dos antenas transmisoras coexistirán con señales de
recepción MS desde más de dos antenas. Es decir, incluso aunque una
unidad MS diseñada para comunicar con un sistema UTRAN con
diversidad de transmisión de 2 antenas esté localizada dentro del
área de cobertura de un sistema UTRAN que soporte una diversidad de
transmisión de más de 2 antenas, la unidad MS deberá operar
normalmente, y viceversa para una unidad MS diseñada para comunicar
con un sistema UTRAN con una diversidad de transmisión de más de 2
antenas. Será necesario también el poder asegurar la operación
compatible de un sistema UTRAN de diversidad de transmisión de más
de 2 antenas con una unidad MS de diversidad de transmisión de
2
antenas.
antenas.
La necesidad de la compatibilidad es más exigente
para un canal de piloto común (CPICH) y un canal de datos común
(CDCH). Aunque una canal dedicado trasmite una señal adaptativa
para un numero dado de antenas, de acuerdo con las características y
la versión de una unidad MS, el canal piloto común y el canal de
datos común tienen que operar en ambas unidades MS de versión
inferior que estén operadas en el esquema de diversidad de
transmisión de 2 antenas convencional, y en la versión de la unidad
MS de versión más alta en un esquema de diversidad de transmisión de
más de 2 antenas. Es decir, se transmite un canal común con una
potencia más alta que un canal dedicado porque el sistema deberá
proporcionar una fiabilidad más alta de señales con respecto al
canal común. En consecuencia, si la ganancia de diversidad de
transmisión de una antena se obtiene a partir del canal común, las
comunicaciones pueden realizarse con una potencia baja de
transmisión, incrementando por tanto la capacidad del sistema. En
otras palabras, podrá ser incrementado el número permisible de
abonados en el sistema.
El sistema de antenas de transmisión se refiere a
un sistema que transmite señales a través de una pluralidad de
antenas. El sistema de RF de transmisión que incluye un amplificador
de bajo nivel de ruido (LNA), por ejemplo, es efectivo en términos
de costo y de rendimiento, en tanto que distribuya uniformemente la
potencia de las señales transmitidas a través de las antenas. De lo
contrario, las antenas son relativamente difíciles de diseñar y
siendo alto su costo. Cuando se configura el equilibrio de potencias
de transmisión entre las señales de transmisión de las antenas a
través de la distribución de potencia, solo un diseño eficiente de
un sistema de transmisión/recepción asegurará la compatibilidad
entre los distintos esquemas de diversidad de transmisión.
El volumen 2, páginas 669-673, de
Rajan D. y otros, de la Conferencia de Comunicaciones e
Interconexión de Redes radioeléctricas, Septiembre 1999, está
relacionado con los esquemas de diversidad de transmisión para el
sistema CDMA-2000.
La conferencia sobre "Señales, sistemas y
Ordenadores", de 1999, de la 33ª conferencia Asilomar de Octubre,
24-27, 1999, Piscataway, NJ, EE.UU., IEEE, EE.UU, 24
de Octubre, 1999, páginas 1562-1566 (ISBN:
0-7803-5700-0), de
Jongren, G. y otros, está relacionada con la combinación de valores
ponderados de una antena de transmisión y con los códigos de
bloques ortogonales en el espacio de tiempo mediante la utilización
de información colateral.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un método de transmisión de señales y un aparato para
la diversidad de transmisión utilizando cuatro antenas en un sistema
UTRAN.
Este objeto queda resuelto mediante el tema
sujeto de las reivindicaciones independientes.
Las realizaciones preferidas están definidas en
las reivindicaciones dependientes.
Un aspecto útil para la comprensión de la
presente invención es el suministro de un método y aparato de
recepción para recibir señales de un sistema UTRAN de diversidad de
transmisión de 4 antenas en una unidad MS.
Un aspecto adicional útil para la comprensión de
la presente invención en el suministro de un método y aparato de
transmisión de señales que opera en esquemas de diversidad de
transmisión utilizando un número distinto de antenas.
Otro aspecto incluso útil para la comprensión de
la presente invención es proporcionar un método y aparato de
transmisión de señales piloto en un sistema operado en esquemas de
diversidad de transmisión utilizando números distintos de
antenas.
Otro aspecto adicional útil para la comprensión
de la presente invención es proporcionar un método y aparato de
recepción de señales piloto en un sistema operado en esquemas de
diversidad de transmisión utilizando números distintos de
antenas.
Otro aspecto adicional útil para la comprensión
de la presente invención es proporcionar un metido y aparato de
recepción de señales piloto para utilizan con efectividad unos
recursos de códigos ortogonales limitados en un sistema operado en
esquemas de diversidad de transmisión utilizando números distintos
de antenas.
Lo anteriormente expuesto y otros objetos se
consiguen mediante el suministro de un método y aparato de
diversidad de transmisión de antenas. De acuerdo con un aspecto de
la presente invención, en un transmisor de un sistema UTRAN que
tiene al menos cuatro antenas, se encuentra conectado un primer
sumador a la primera antena, y sumando una primera señal ensanchada
generada por el ensanchamiento de un primer patrón de símbolos con
un primer código ortogonal y una segunda señal de ensanchamiento
generada por el ensanchamiento del primer patrón de símbolos con un
segundo código ortogonal al primer código ortogonal. Se encuentra
conectado un segundo sumador a la segunda antena, y que suma la
primera señal de ensanchamiento y una tercera señal de
ensanchamiento generadas por el ensanchamiento de un primer patrón
de símbolos invertidos, que resulta de la inversión de la fase del
primer patrón de símbolos con el segundo código ortogonal. Se
encuentra conectado un tercer sumador a la tercera antena, y que
suma una cuarta señal de ensanchamiento generada por el
ensanchamiento de un segundo patrón de símbolos ortogonal al primer
patrón de símbolos con el primer código ortogonal y una quinta señal
de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del segundo patrón
de símbolos con el segundo código ortogonal. Se encuentra conectado
un cuarto sumador a una cuarta antena, y que suma la cuarta señal de
ensanchamiento y una sexta señal de ensanchamiento generada por el
ensanchamiento de un segundo patrón de símbolos invertidos que
resulta de la inversión de la fase del segundo patrón de símbolos
con el segundo código ortogonal.
De acuerdo con otro aspecto de la presente
invención, en un transmisor del sistema UTRAN, se encuentra
conectado un primer sumador a la primera antena, y en donde suma la
primera señal de ensanchamiento generada por la multiplicación de un
primer patrón de símbolos por una constante de ganancia y
ensanchando el producto con un primer código ortogonal y una segunda
señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del primer
patrón de símbolos con un segundo código ortogonal que es ortogonal
con el primer código ortogonal. Se encuentra conectado un segundo
sumador a la segunda antena, y que suma la primera señal de
ensanchamiento y una tercera señal de ensanchamiento generada por el
ensanchamiento de un primer patrón de símbolos invertidos, que
resulta de la inversión de la fase del primer patrón de símbolos con
el segundo código ortogonal. Se encuentra conectado un tercer
sumador a la tercera antena, y que suma una cuarta señal de
ensanchamiento generada por la multiplicación de un segundo patrón
de símbolos por una constante de ganancia y ensanchando el producto
con el primer código ortogonal y una quinta señal de ensanchamiento
generada por el ensanchamiento del segundo patrón de símbolos con el
segundo código ortogonal. Se encuentra conectado un cuarto sumador
a una cuarta antena, y que suma la cuarta señal de ensanchamiento y
una sexta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento de
un segundo patrón de símbolos invertidos que resulta de la inversión
de la fase del segundo patrón de símbolos con el segundo código
ortogonal.
De acuerdo con un tercer aspecto de la presente
invención, en un método de transmisión de señales en un sistema
UTRAN, una primera señal de ensanchamiento generada por el
ensanchamiento de un primer patrón de símbolos con un primer código
ortogonal que se suma a una segunda señal de ensanchamiento generada
por el ensanchamiento del primer patrón de símbolos con un segundo
código ortogonal, que es ortogonal al primer código ortogonal, y en
el que la suma se transmite a través de una primera antena. La
primera señal de ensanchamiento se suma a la tercera señal de
ensanchamiento generada por el ensanchamiento de un primer patrón de
símbolos invertidos, que resulta de la inversión de la fase del
primer patrón de símbolos con el segundo código ortogonal, y la suma
es transmitida a través de una segunda antena. La cuarta señal de
ensanchamiento generada por el ensanchamiento de un segundo patrón
de símbolos ortogonal al primer patrón de símbolos con el primer
código ortogonal se suma a una quinta señal de ensanchamiento
generada por un el ensanchamiento del segundo patrón de símbolos con
el segundo código ortogonal, y la suma se transmite a través de una
tercera antena. La cuarta señal de ensanchamiento se suma a una
sexta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento de un
segundo patrón de símbolos invertidos, que resulta de la inversión
de la fase del segundo patrón de símbolos con el segundo código
ortogonal, y la suma se trasmite a través de una cuarta antena.
De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente
invención, en un método de transmisión en un sistema UTRAN, una
primera señal de ensanchamiento generada por la multiplicación de un
primer patrón de símbolos por una constante de ganancia y
ensanchando el producto con un primer código ortogonal se suma a una
segunda señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del
primer patrón de símbolos con un segundo código ortogonal que es
ortogonal con el primer código ortogonal, y la suma es transmitida a
través de una primera antena. La primera señal ensanchada se suma
a una tercera señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento
de un primer patrón de símbolos invertidos que resultan de invertir
la fase del primer patrón de símbolos con el segundo código
ortogonal, y la suma es transmitida a través de una segunda antena.
Una cuarta señal de ensanchamiento generada por la multiplicación
de un segundo patrón de símbolos por la constante de ganancia y
ensanchando el producto con el primer código ortogonal y se suma a
una quinta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento
del segundo patrón de símbolos con el segundo código ortogonal, y la
suma es transmitida a través de una tercera antena. La cuarta señal
de ensanchamiento se suma a una sexta señal de ensanchamiento
generada por el ensanchamiento de un segundo patrón de símbolos
invertidos, que resulta de la inversión de la fase del segundo
patrón de símbolos con el segundo código ortogonal, y la suma es
transmitida a través de una cuarta antena.
De acuerdo con un quinto aspecto de la presente
invención, en un transmisor de un sistema UTRAN, un primer sumador
se encuentra conectado a una primera antena, y sumando una primera
señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento de un primer
patrón de símbolos con un primer código ortogonal y una segunda
señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del primer
patrón de símbolos con un segundo código ortogonal, que se ortogonal
con el primer código ortogonal. En este caso, el primer código
ortogonal tiene semisegmentos binarios de "0" en su totalidad,
y el segundo código ortogonal tiene "0" en su primer
semisegmento, y valores de "1" en los últimos semisegmentos
binarios. Se encuentra conectado un segundo sumador a una segunda
antena, y sumando la primera señal de ensanchamiento a una tercera
señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento de un primer
patrón de símbolos invertidos, que resulta de la inversión de la
fase del primer patrón de símbolos con el segundo código ortogonal.
Se encuentra conectado un tercer sumador a una tercera antena, y que
suma una cuarta señal de ensanchamiento generada por el
ensanchamiento de un segundo patrón de símbolos que es ortogonal al
primer patrón de símbolos con el primer código ortogonal y una
quinta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del
segundo patrón de símbolo con el segundo código ortogonal. Se
encuentra conectado un cuarto sumador a una cuarta antena, y que
suma la cuarta señal de ensanchamiento y una sexta señal de
ensanchamiento generada por el ensanchamiento de un segundo patrón
de símbolos invertidos que resulta de la inversión de la fase del
segundo patrón de símbolos con el segundo código ortogonal.
Los objetos anteriores y demás aspectos,
características y ventajas de la presente invención llegarán a ser
más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, al
considerarla en conjunción con los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 ilustra esquemáticamente una
configuración de un sistema de diversidad de transmisión de cuatro
antenas;
la figura 2 muestra esquemáticamente una
configuración de un sistema de diversidad de transmisión de 4
antenas, de acuerdo con una realización de la presente
invención;
la figura 3 es un diagrama de bloques de un
transmisor de diversidad de transmisión para transmitir señales
piloto de acuerdo con la realización de la presente invención;
la figura 4 es un diagrama de bloques de un
receptor de diversidad de transmisión para la evaluación de la señal
piloto de acuerdo con la realización de la presente invención;
la figura 5 es un diagrama de bloques del
transmisor de diversidad de transmisión para transmitir datos
comunes de acuerdo con la realización de la presente invención;
y
la figura 6 es un diagrama de bloques del
receptor de diversidad de transmisión para evaluar los datos comunes
de acuerdo con la realización de la presente invención.
Se describirá a continuación una realización
preferida de la presente invención, con referencia a los dibujos
adjuntos. En la siguiente descripción no se describen con detalle
las funciones o construcciones conocidas, puesto que oscurecerían la
invención con detalles innecesarios.
La figura 1 muestra una configuración de un
sistema de diversidad de transmisión de 4 antenas.
Con referencia a la figura 1 el sistema UTRAN 101
tiene cuatro antenas, y convierte una señal de usuario adecuada para
la transmisión a través de las antenas nº 1 y nº 2, y transmite las
señales convertidas a través de las antenas nº 1 a nº 4. La unidad
MS 103 recibe las señales transmitidas a través de las antenas nº 1
al nº 4 en los canales h_{1} a h_{4}, respectivamente. La
unidad MS 103 recupera los datos de transmisión originales a partir
de las señales recibidas mediante la demodulación y
decodificación.
La figura 2 ilustra esquemáticamente una
configuración de un sistema de diversidad de transmisión de 4
antenas, de acuerdo con una realización de la presente invención. La
unidad MS 203 que soporta una técnica de diversidad de transmisión
de 2 antenas recibe cuatro señales piloto desde la red UTRAN 201
como si lo hiciera desde dos antenas en el sistema de diversidad de
4 antenas. Es decir, la unidad MS 203 recibe señales desde las
antenas nº 1 y nº 2 en el canal h_{A} y señales de las antenas nº
3 y nº 4 en el canal h_{B}.
Para el caso en el que la diversidad de
transmisión de 2 antenas la unidad MS entre en la zona de cobertura
del sistema UTRAN 201 de diversidad de transmisión de 4 antenas, la
estructura de un transmisor en la red UTRAN 201 se describirá con
referencia a la figura 3.
La figura 3 es un diagrama de bloques de un
transmisor de diversidad de transmisión, que muestra un método de
transmisión de señales piloto de acuerdo con la realización de la
presente invención. Las salidas de las señales piloto de las antenas
nº 1 a nº 4 (347 a 353) están expresadas en las siguientes
ecuaciones, respectivamente:
(1)x_{1}(t) =
P_{1}(t) \times (g\cdot c_{OVSF1}(t) + c_{OVSF2}(t)) \times
c_{SC}(t)
(2)x_{2}(t) =
P_{1}(t) \times (g\cdot c_{OVSF1}(t) - c_{OVSF2}(t)) \times
c_{SC}(t)
(3)x_{3}(t) =
P_{2}(t) \times (g\cdot c_{OVSF1}(t) + c_{OVSF2}(t)) \times
c_{SC}(t)
(4)x_{4}(t) =
P_{2}(t) \times (g\cdot c_{OVSF1}(t) - c_{OVSF2}(t)) \times
c_{SC}(t)
en donde p_{1}(t) es un
patrón de símbolos piloto 301, el patrón de símbolos nº 1 [A, A] y
p_{2}(t) es un patrón de símbolos piloto 303, el patrón de
símbolos nº 2 [A, -A] o [-A, A] es ortogonal al patrón de símbolos
piloto [A, A]. Los códigos Walsh o los códigos del factor de
ensanchamiento variable ortogonal (OVSF) c_{COVSF1}(t) y
c_{OVSF2}(t) son los cuales se ensanchan los patrones de
símbolos piloto 301 y 303 son OVSF1 305 y OVSF2
315.
Tal como se muestra en la figura 3, el transmisor
UTRAN transmite los patrones de símbolos piloto con los dos códigos
ortogonales diferentes OVSF1 305 y OVSF 315 de forma que un receptor
en una unidad MS pueda discriminar entre las señales piloto
recibidas desde las antenas de transmisión. Puesto que deberá
utilizarse un código ortogonal adicional para identificar cada
antena de transmisión, se consumirán más recursos de los códigos
ortogonales. Para un uso eficiente de los recursos limitados de los
códigos ortogonales, es preferible que el primer código ortogonal
OVSF1 305 sean todos de valor "0" en sus segmentos y el segundo
código ortogonal OVSF2 315 sean todos de valor "0" en los
primeros semisegmentos binarios y de valor de "1" en los
últimos semisegmentos binarios. Por ejemplo, el código OVSF1 305
puede ser "0000... 0000", y el código OVSF2 315 puede ser
"0000 ... 000111 ... 1111".
El código c_{sc}(t) es un código de
aleatorización 337 con la misma velocidad de los segmentos que la
correspondiente a los códigos ortogonales. La constante g es una
constante de ganancia 355 utilizada para asegurar el rendimiento de
la unidad MS que soporta la técnica de diversidad de transmisión de
2 antenas de tipo convencional.
La señal piloto A a transmitir a través de una
antena por el sistema UTRAN 201 puede ser 1 ó -1 en una modulación
BPSK y 1+j en la modulación QPSK. En consecuencia, el primer patrón
de símbolos piloto 301 se multiplica por la constante de ganancia g
355 en un multiplicador 357 y por el código ortogonal OVSF1 305 en
un multiplicador 307, y aplicándose a la entrada de un sumador 329.
El código ortogonal OVSF1 tiene una longitud de 256 segmentos a modo
de ejemplo. El primer patrón de símbolos piloto 301 se multiplica
también por el código ortogonal OVSF2 en un multiplicador 317 y
aplicándose a la entrada del sumador 329. El sumador 329 suma las
salidas de los multiplicadores 307 y 317. La suma se multiplica por
el código de aleatorización 337 en un multiplicador 339 y se
transmite a través de la primera antena 347.
Mientras tanto, el multiplicador 325 multiplica
el producto del primer patrón de símbolos piloto 301 y el segundo
código ortogonal OVSF2 315 por -1. A continuación, el sumador 331
suma la salida del multiplicador 307 y la salida del multiplicador
325 y la suma es transmitida a través de la segunda antena 349.
Mientras que el multiplicador 325 invierte la fase de la señal de
entrada mediante la multiplicación de la misma por -1, la inversión
de fase puede realizarse en cualquier terminal de entrada o terminal
de salida en el transmisor UTRAN.
El segundo patrón de símbolos piloto 303 se
multiplica por la ganancia 355 en un multiplicador 359 y por el
código ortogonal OVSF1 305 en un multiplicador 311. El segundo
patrón de símbolos piloto 303 se multiplica también por el código
ortogonal OVSF2 315 en un multiplicador 321. El sumador 333 suma las
salidas del multiplicador 311 y 321. La suma se multiplica por el
código de aleatorización 337 por un multiplicador 343 y se transmite
a través de la tercera antena 351.
Mientras tanto, el multiplicador 327 multiplica
el producto del segundo patrón de símbolos piloto 303 y el código
ortogonal OVSF2 305 por -1. Aunque el multiplicador 327 invierte la
fase de la señal de entrada mediante la multiplicación por -1, la
inversión de fase puede realizarse en cualquier terminal de entrada
o terminal de salida en el transmisor UTRAN, según se ha expuesto
anteriormente. A continuación, el sumador 335 suma las salidas de
los multiplicadores 311 y 327. La suma se multiplica por el código
de aleatorización 337 en un multiplicador 345 y se transmite a
través de la cuarta antena 353.
En la anterior estructura del transmisor, los
sumadores 329, 331, 333 y 335 pueden incorporarse en un único
sumador para sumar las señales de entrada. Así mismo, los
multiplicadores 339, 341, 343 y 345 pueden ser incorporados en un
único multiplicador para el ensanchamiento complejo porque son los
mismos para multiplicar el código de aleatorización 337 por sus
respectivas señales de entrada. Los multiplicadores 325 y 327
invierten las señales dirigidas a la segunda y cuarta antenas 349 y
353 y sus posiciones pueden cambiarse en tanto que ejecuten la
función en sí. Por ejemplo, el multiplicador 325 puede invertir un
patrón de símbolos piloto de entrada o bien el código ortogonal
OVSF2 315 antes del multiplicador 317. El mismo efecto se obtiene
cuando el multiplicador 325 se elimina, y en su lugar el sumador 331
resta la salida del multiplicador 317 de la salida del multiplicador
307. De la misma forma, es posible que el multiplicador 327 invierta
un patrón de símbolos piloto de entrada o el código ortogonal OVSF2
315 antes del multiplicador 321, o bien que el sumador 335 reste la
salida del multiplicador 321 de la salida del multiplicador 311
habiendo eliminado el multiplicador 327. Si la constante g 355 es 1,
el bloque de ganancia puede ser eliminado de la estructura física
anterior. La constante de ganancia g 355 es una constante
predeterminada o una variable que está controlada adaptativamente
sobre una base predeterminada (símbolo, intervalo, o trama) de
acuerdo con un entorno del canal o según las circunstancias del
usuario.
La figura 4 es un diagrama de bloques de un
receptor de diversidad de transmisión para evaluar las señales
piloto como contrapartida del transmisor de diversidad de
transmisión mostrado en la figura 3 de acuerdo con la realización de
la presente invención.
En la figura 4, las cuatro salidas del receptor,
es decir los valores estimados de los canales para la primera a la
cuarta antenas 347 a 353 se expresan en las siguientes
ecuaciones:
(5)\hat{h}_{1}
= \int \ r(t)\cdot C_{SC}(t)\cdot C_{OVSF1}(t)\{p_{1}(t) +
p_{2}(t)\}dt
(6)\hat{h}_{2}
= \int \ r(t)\cdot C_{SC}(t)\cdot C_{OVSF1}(t)\{p_{1}(t) -
p_{2}(t)\}dt
(7)\hat{h}_{3}
= \int \ r(t)\cdot C_{SC}(t)\cdot C_{OVSF2}(t)\{p_{1}(t) +
p_{2}(t)\}dt
(8)\hat{h}_{4}
= \int \ r(t)\cdot C_{SC}(t)\cdot C_{OVSF2}(t)\{p_{1}(t) -
p_{2}(t)\}dt
en donde r(t) es una señal
recibida en la unidad MS 203 a través de una antena 401,
p_{1}(t) es un patrón de símbolos piloto 413,
p_{2}(t) es un patrón de símbolos piloto 423 ortogonal con
el patrón de símbolos piloto 413, el código c_{VSF1}(t) es
un primer código ortogonal OVSF1 407, el código
c_{OVSF2}(t) es un segundo código ortogonal OVSF2 411, y un
código c_{SC}(t) es un código de aleatorización 403. Los
patrones de símbolos piloto y el código de aleatorización son los
mismos que los utilizados en el sistema UTRAN y conocidos con
antelación en la unidad
MS.
La señal recibida r(t) se convierte en una
señal de banda base y se aplica a un des-ensanchador
405. El des-ensanchador 405
des-ensancha la señal de banda base con el código de
aleatorización 403 y suministra la señal
des-ensanchada a los
des-ensanchadores ortogonales 408 y 409. El
des-ensanchador ortogonal 408
des-ensancha la señal de entrada con el primer
código ortogonal OVSF1 407 y el des-ensanchador
ortogonal 409 des-ensancha la señal de entrada con
el segundo código ortogonal OVSF2 411. El acumulador 440 acumula la
salida del des-ensanchador ortogonal 408 sobre una
base de símbolos, un multiplicador 415 multiplica la señal acumulada
por el primer patrón de símbolos piloto 413, y un acumulador 425
acumula la salida del multiplicador 415 y amplifica la señal
acumulada con el recíproco de una primera ganancia.
Mientras tanto, el multiplicador 417 multiplica
la salida del acumulador 440 por el segundo patrón de símbolos
piloto 423, y un acumulador 427 acumula la salida del multiplicador
427 y amplifica la señal acumulada con el recíproco de una segunda
ganancia.
El acumulador 441 acumula la salida del
des-ensanchador 409 sobre una base de símbolos, el
multiplicador 419 multiplica la señal acumulada por el primer patrón
de símbolos piloto 413, y el acumulador 429 acumula la salida del
multiplicador 419. El multiplicador 421 multiplica la salida del
acumulador 441 por el segundo patrón de símbolos piloto 423, y el
acumulador 431 acumula la salida del multiplicador 421.
El sumador 433 suma las señales recibidas de los
acumuladores 425 y 429 y da salida a la suma tal como la señal del
patrón de símbolos piloto transmitida desde la primera antena 347.
Un sumador 435 suma las señales recibidas de los acumuladores 427 y
431 y da salida a la suma tal como la señal del patrón de símbolos
piloto se transmite desde la segunda antena 349. El sumador 347
resta la señal recibida de la acumulador 429 de la señal recibida
del acumulador 425 y da salida a la diferencia tal como la señal del
patrón de símbolos piloto se transmitió desde la tercera antena 351.
El sumador 439 resta la señal recibida del acumulador 431 de la
señal recibida del acumulador 427 y da salida a la diferencia tal
como se transmitió la señal patrón de símbolos piloto desde la
cuarta antena 353.
La estructura del sistema de diversidad de
transmisión para transmitir/recibir los patrones de símbolos piloto
de acuerdo con la realización de la presente invención ha sido
descrita anteriormente con referencia a las figuras 3 y 4. Se
expondrá a continuación una descripción de la estructura del sistema
de diversidad de transmisión para transmitir/recibir patrones de
símbolos de datos comunes de acuerdo con la realización de la
presente invención con referencia a las figuras 5 y 6.
La figura 5 es un diagrama de bloques del
transmisor de diversidad de transmisión, mostrando su estructura de
transmisión de datos de acuerdo con la realización de la presente
invención. Las salidas de datos de las cuatro antenas nº 1 a nº 4
(547 a 553) están expresadas en las siguientes ecuaciones,
respectivamente:
(9)[y_{1}(2t)y_{1}(2t+1)]
= [s(2t)\cdot c_{SC}(2t)s(2t+1)\cdot
c_{SC}(2t+1)]\cdot(g\cdot c_{OVSF1}(2t) +
c_{OVSF2}(2t))
(10)[y_{2}(2t)y_{2}(2t+1)]
= [s(2t)\cdot c_{SC}(2t)s(2t+1)\cdot
c_{SC}(2t+1)]\cdot(g\cdot c_{OVSF1}(2t) -
c_{OVSF2}(2t))
(11)[y_{3}(2t)y_{3}(2t+1)]
= [-s*(2t+1)\cdot c_{SC}(2t)s*(2t)\cdot
c_{SC}(2t+1)]\cdot(g\cdot c_{OVSF1}(2t) +
c_{OVSF2}(2t))
(12)[y_{4}(2t)y_{4}(2t+1)]
= [-s*(2t+1)\cdot c_{SC}(2t)s*(2t)\cdot
c_{SC}(2t+1)]\cdot(g\cdot c_{OVSF1}(2t) -
c_{OVSF2}(2t))
en donde
[s(2t)s(2t+1)] es bloque de código 50 STTD de
una antena de referencia, [-s*(2t+1)s*2(2t)] es un
bloque 503 de código STTD de una antena de diversidad que
complejo-ortogonal al patrón 501 de símbolos de dos
datos, y los códigos Walsh o códigos OVSF c_{OVSF1}(t) y
c_{OVSF2}(t) que son OVSF1 505 y OVSF2 515,
respectivamente. El código c_{SC}(t) es un código de
aleatorización 537, y g es una constante de ganancia 555 utilizada
para asegurar el rendimiento de la unidad MS que soporta la
diversidad de transmisión de 2
antenas.
La señal de datos A a transmitir en el sistema de
diversidad de transmisión de 4 antenas puede ser 1 o -1 en la
modulación BPSK, y {1+j, -1+j, 1-j,
-1-j} en la modulación QPSK. La señal de datos A
puede someterse a una modulación de alto rendimiento tal como 8PSK,
16QAM y 64 QAM. Se supone aquí que se aplica uno de los esquemas en
modo de bucle abierto, STTD (diversidad de transmisión basado en la
codificación de bloques en el espacio-tiempo) a la
señal de datos A. El sistema STTD se aplica a un DPCH (canal físico
dedicado), a un P_CCPCH (canal físico de control común primario), a
un S_CCPCH (canal físico de control común secundario), a un SCH
(canal síncrono), a un PICH (canal de indicación de página), a un
AICH (canal de indicación de adquisición), y a un PDSCH (canal
compartido del enlace descendente físico). En la presente invención,
los canales de antena respectivos están evaluados mediante la
realización de la decodificación STTD en un canal piloto común. Si
la señal de datos A es introducida en el orden de un símbolo S_{1}
para un periodo T_{1} de codificación de diversidad de
transmisión, y un símbolo S_{2} para un periodo T_{2} de
codificación de diversidad de transmisión, los sucesivos símbolos
S_{1}S_{2} se transmitirán a través de la antena nº 1 (547) en
la forma de S_{1}S_{2}, y a través de la antena nº 2 en la forma
de -S_{2}*S_{1}* después de la codificación STTD. Para
describir la codificación STTD de símbolos sobre una base de bits
del canal, se supone que los símbolos S_{1} y S_{2} son los bits
del canal b_{o}b_{1} y b_{2}b_{3}, respectivamente. Después
de la codificación STTD, la antena nº 1 (547) da salida a los bits
del canal b_{o}b_{1}b_{2}b_{3}(S_{1}S_{2}), y la
antena nº 2 da salida a los bits del canal
-b_{2}b_{3}b_{o}-b_{1}(-S_{2}*S_{1}*)
para la entrada S_{1}S_{2}, es decir,
b_{o}b_{1}b_{2}b_{3}. En este caso, la antena nº 1 (547) es
una antena de referencia y la antena nº 2 (549) es una antena de
diversidad.
Los patrones de símbolos S_{1}S_{2} y
-S_{2}*S_{1}* se denomina respectivamente como el bloque 501 del
código STTD de la antena de referencia, y el bloque 503 del código
STTD de la antena de diversidad. El multiplicador 557 multiplica el
bloque 501 del código STTD de la antena de referencia por la
constante de ganancia g 555 y el multiplicador 507 multiplica la
salida del multiplicador 557 por el primer código ortogonal OVSF1
505. El primer código ortogonal OVSF1 505 tiene una longitud de 256
segmentos a modo de ejemplo. El multiplicador 517 multiplica el
bloque 501 del código STTD de la antena de referencia por el segundo
código ortogonal OVSF2 515. El sumador 529 suma las salidas de los
multiplicadores 507 y 517 y el multiplicador 539 multiplica la suma
por el código de aleatorización 537. La salida del multiplicador 539
se transmite a través de la antena nº 1 (547).
Mientras tanto, el multiplicador 525 multiplica
el producto del bloque 501 del código STTD de la antena de
referencia y el segundo código ortogonal OVSF2 515 por -1. El
sumador 531 suma las salidas de los multiplicadores 507 y 525. El
multiplicador 541 multiplica la suma por el código de aleatorización
537. La salida del multiplicador 541 se transmite a través de la
antena nº 2 (549).
El multiplicador 559 multiplica el bloque 503 del
código STTD de la antena de diversidad por la constante de ganancia
g 555 y el multiplicador 511 multiplica la salida del multiplicador
559 por el primer código ortogonal OVSF1 505. El multiplicador 521
multiplica el bloque 503 del código STTD de la antena de diversidad
por el segundo código ortogonal OVSF2 515. El sumador 533 suma las
salidas de los multiplicadores 511 y 512 y el multiplicador 543
multiplica la suma por el código de aleatorización 537. La salida
del multiplicador 543 se transmite a través de la antena nº 3
(551).
Mientras tanto, el multiplicador 527 multiplica
el producto del bloque 503 del código STTD de la antena de
diversidad y el segundo código ortogonal OVSF2 515 por -1. El
sumador 535 suma las salidas de los multiplicadores 511 y 527. El
multiplicador 545 multiplica la suma por el código de aleatorización
537. La salida del multiplicador 545 se transmite a través de la
antena nº 4 (553).
En la estructura anterior del transmisor, los
sumadores 529, 531, 533 y 535 pueden ser incorporados en un sumador
para sumar las señales de entrada. Así mismo, los multiplicadores
539, 541, 543 y 545 pueden ser incorporados en un multiplicador
parea el ensanchamiento complejo porque son los mismos en la
multiplicación del código de aleatorización 537 por sus señales de
entrada respectivas. Los multiplicadores 525 y 527 invierten las
señales dirigidas a la antena nº 2 y nº 4 (549 y 553) y sus
posiciones pueden ser cambiadas en tanto que puedan ejecutar la
función de forma correcta. Por ejemplo, el multiplicador 525 puede
invertir un patrón de símbolos de datos de entrada o el código
ortogonal OVSF2 515 antes del multiplicador 517. El mismo efecto se
obtiene cuando el multiplicador 525 se elimina, y en su lugar el
sumador 531 resta la salida del multiplicador 517 de la salida del
multiplicador 507. De la misma forma, es posible que el
multiplicador 527 invierta un patrón de símbolos de datos de entrada
o el código ortogonal OVSF2 antes del multiplicador 521, o bien que
el sumador 535 reste la salida del multiplicador 521 de la salida
del multiplicador 511 habiendo eliminado el multiplicador 527. Si la
constante g 555 es 1, se eliminará el bloque de ganancia de la
estructura física anterior. La constante de ganancia g 555 es una
constante predeterminada o una variable que está controlada
adaptativamente sobre una base de símbolos de acuerdo con un entorno
del canal o según las circunstancias del usuario.
La figura 6 es un diagrama de bloques del
receptor de diversidad de transmisión, mostrando su estructura común
de evaluación de datos como contrapartida del transmisor de
diversidad de transmisión mostrado en la figura 5, de acuerdo con la
realización de la presente invención.
En la figura 6, las dos salidas del receptor, es
decir, el primero y segundo valores estimados de los símbolos de los
datos, se encuentran expresadas en las siguientes ecuaciones:
(13)\hat{s}_{1} = \hat{s}_{11} +
\hat{s}_{21}
(14)\hat{s}_{2} = \hat{s}_{12} +
\hat{s}_{22}
en donde s_{11} y s_{12} son la
salida de un primer decodificador de software STTD 617, y s_{21} y
s_{22} son la salida de un segundo decodificador de software 619
STTD.
La señal recibida en la unidad MS 203 a través de
la antena 601 se convierte en una señal de banda base y se aplica a
un des-ensanchador 605. El
des-ensanchador 605 des-ensancha la
señal de banda base con un código de aleatorización 603 y suministra
la señal des-ensanchada a los
des-ensanchadores ortogonales 609 y 611. El
des-ensanchador ortogonal 609
des-ensancha la señal de entrada con un primer
código ortogonal OVSF1 607 y el des-ensanchador
ortogonal 611 des-ensancha la señal de entrada con
el segundo código ortogonal OVSF2 613. El decodificador de software
STTD 617 ejecuta la decodificación por software en la salida del
multiplicador 609, utilizando los dos símbolos iniciales de la
salida del valor estimado del canal anterior a partir de un
estimador de canales 615 y suministra los dos resultados a los
sumadores 621 y 623, respectivamente. El decodificador por software
STTD 619 ejecuta la decodificación por software en la salida del
multiplicador 611 utilizando los dos símbolos de cola de la salida
del valor estimado del canal previo a partir del estimador de
canales 615, y suministra los dos resultados a los sumadores 621 y
623, respectivamente. El sumador 621 da salida a su suma como un
primer valor estimado de datos y el sumador 632 da salida a su suma
como un segundo valor estimado de datos. Si la constante de
ganancia g 355 para los canales piloto es diferente de la constante
de ganancia g 555 para los canales de datos comunes, la salida del
decodificador por software STTD 617 se multiplica por una relación
entre la constante de ganancia g 555 con respecto a la constante de
ganancia g 355 antes de sumarse a la salida del decodificador por
software STTD 619 en el sumador 621. De forma similar, la salida
del decodificador por software STTD 619 se multiplica por la
relación entre la constante de ganancia g 555 con respecto a la
constante de ganancia g 355 antes de ser sumada a la salida del
decodificador por software STTD 617 en el sumador 632.
La operación del sistema de diversidad de
transmisión de acuerdo con la realización de la presente invención
se describirá a continuación con detalle con referencia a las
figuras 2 a 6.
En general, el sistema de diversidad de antenas
de transmisión se refiere a un sistema en el que la información se
transmite a través de una pluralidad de antenas, de forma que a
pesar de la información de una antena específica, pueda recuperarse
una señal con efectividad basándose en la información recibida de
las demás antenas. En consecuencia, una unidad MS en este sistema de
diversidad de antenas de transmisión evalúa los múltiples canales de
la antena y genera valores de ponderación que satisfagan la máxima
combinación de una tasa dada. Tal como se ha expuesto anteriormente,
la ponderación se realimenta al sistema UTRAN de forma que el
sistema UTRAN asigne un valor de ponderación en un modo de bucle
cerrado, mientras que el valor de ponderación se utiliza para
combinar las señales de la antena recibidas en una unidad MS en un
modo de bucle abierto. Las características del sistema de diversidad
de antenas de transmisión depende del número de antenas utilizadas y
es posible aplicar la diversidad de transmisión con dos o más
antenas.
Cuando una unidad MS de diversidad de transmisión
de dos antenas entra en el área de cobertura de una sistema UTRAN de
diversidad de transmisión de 4 antenas, utilizando las antenas nº 1
al nº 4, el sistema UTRAN opera como si estuviera atendido a través
de dos antenas mediante la agrupación de las antenas nº 1 y nº 2 y
las antenas nº 3 y nº 4. Por el contrario, si una unidad MS de
diversidad de transmisión de 4 antenas entra en la zona de cobertura
del sistema UTRAN, el sistema UTRAN ejecuta una diversidad de
transmisión de 4 antenas mediante la transmisión de señales a través
de las antenas respectivas.
Un sistema UTRAN de diversidad de transmisión de
2 antenas en un sistema W-CDMA asigna dos patrones
de símbolos piloto ortogonales a dos antenas y una unidad MS evalúa
los dos canales de las antenas diferentes. La unidad MS estima un
canal de la primera antena basándose en un primer patrón de símbolos
ortogonales y un canal de la segunda antena basándose en un segundo
patrón de símbolos ortogonal. Mientras tanto, el sistema UTRAN de
diversidad de 4 antenas transmite las señales piloto mediante las
cuales puedan discriminarse los canales de las cuatro antenas. Para
permitir que la unidad MS de diversidad de dos antenas pueda operar
sin modificación y para distribuir uniformemente la potencia de la
señal para la ejecución de la diversidad de 2 antenas a través de
las cuatro antenas, las antenas nº 1 y nº 2 se agrupan en una antena
efectiva A y las antenas nº 3 y nº 4 se agrupan en una antena
efectiva B. Entre muchos métodos de agrupación de dos antenas en
términos del procesamiento de la señal, la misma señal se transmite
a través de dos antenas en este caso. La unidad MS de diversidad de
transmisión de 2 antenas recibe virtualmente las señales de las
antenas efectivas A y B.
Si los canales de las antenas nº 1 a nº 4 son
h_{1} a h_{4}, el canal de la antena efectiva A h_{A} =
h_{1} + h_{2}, y el canal de la antena efectiva B h_{B} =
h_{3} + h_{4}. A la vista de la naturaleza de los canales de
diversidad, se supone que los canales h_{A} y h_{B} tienen las
mismas características que los canales de diversidad para dos
antenas. Para la unidad MS de diversidad de 4 antenas, la diversidad
se ejecuta a través de los cuatro canales h_{1} a h_{4},
mientras que la unidad MS de diversidad de 2 antenas, la diversidad
se ejecuta a través de los dos canales h_{A} y h_{B}.
El sistema UTRAN de diversidad de transmisión de
4 antenas puede realizar la diversidad de transmisión a través de
las antenas efectivas A y B para la unidad MS de muchas formas. Una
de ellas es transmitir una señal idéntica a través de las antenas nº
1 y nº 2 (es decir, la antena efectiva A) y otra señal idéntica a
través de las antenas nº 3 y nº 4 (es decir, la antena efectiva
B).
En uno de los esquemas de diversidad de
transmisión en bucle abierto, STTD, los datos originales se
transmiten a través de la antena efectiva A, y los datos de
diversidad a través de la antena efectiva B a la unidad MS de
diversidad de transmisión de 2 antenas. Por el contrario, en uno de
los esquemas de diversidad de transmisión de bucle cerrado, TxAA,
(conjunto de antenas de transmisión), el producto de los datos y un
primer valor de ponderación se transmiten a través de la antena
efectiva A, y el producto de los datos y un segundo valor de
ponderación a través de la antena efectiva B.
El sistema UTRAN de diversidad de transmisión de
4 antenas transmite los patrones de símbolos piloto en los canales,
siendo cada uno una combinación de dos canales de forma que la
unidad MS de diversidad de transmisión de 2 antenas pueda estimar
los canales h_{A} (h_{1} + h_{2}) y h_{B} (h_{3} +
h_{4}). La tabla 1 que se muestra más adelante ilustra una regla
de transmisión piloto para una unidad MS de diversidad de 2 antenas
en el sistema de diversidad de transmisión de 4 antenas. Tal como
se muestra en la Tabla 1, si el sistema UTRAN transmite los patrones
de símbolos piloto, la unidad MS adquirirá los canales, siendo cada
uno la suma de dos canales. Los patrones de símbolos piloto son
patrones de símbolos piloto ortogonales para discriminar las
antenas. Los patrones de símbolos ortogonales se generan mediante
códigos Walsh y similares. En un sistema W-CDMA, se
transmite una señal piloto en un canal piloto común que tiene un
código de canalización exclusivo. La unidad MS estima el canal
h_{A} (h_{1} + h_{2}) mediante la
auto-correlación de una señal recibida en el canal
piloto común para el patrón nº 1 y el canal h_{B} (h_{3} +
h_{4}) mediante la auto-correlación de la señal
recibida con el patrón nº 2.
\vskip1.000000\baselineskip
| Número de la antena | Antena nº 1 | Antena nº 2 | Antena nº 3 | Antena nº 4 |
| Canal | h_{1} | h_{2} | h_{3} | h_{4} |
| Patrón de símbolos piloto | Patrón nº 1 | Patrón nº 1 | Patrón nº 2 | Patrón nº 2 |
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema UTRAN de diversidad de transmisión de
4 antenas compatible con la unidad MS de diversidad de transmisión
de 2 antenas utiliza un canal piloto común adicional para ayudar a
estimación del canal en un una unidad MS de diversidad de
transmisión de 4 antenas. El canal piloto común existente se
denomina como canal piloto común nº 1 y un canal piloto común
adicional, como canal piloto común nº 2. La unidad MS de diversidad
de transmisión de 4 antenas deberá estimar todos los cuatro canales
de las antenas, h_{1} a h_{4}, mediante la combinación lineal de
los valores estimados del canal piloto común nº 1 y el canal piloto
común nº 2 en el caso en que se transmitan las señales piloto de
acuerdo con la regla de transmisión mostrada en la Tabla 2, la cual
incorpora la regla de transmisión de la Tabla 1 en este caso. A la
recepción del canal piloto común nº 1, la unidad MS de transmisión
de 4 antenas hace la estimación de los canales h_{A} (h_{1} +
h_{2}) y h_{B} (h_{3} + h_{4}), y a la recepción del canal
piloto común nº 2, estima los canales h_{C} (h_{1} - h_{2}) y
h_{D} (h_{3} - h_{4}). La Tabla 2 muestra otra regla de
transmisión piloto para una unidad MS de diversidad de 2 antenas en
el sistema de diversidad de transmisión de 4 antenas.
| Número de antena | Antena nº 1 | Antena nº 2 | Antena nº 3 | Antena nº 4 | ||||
| canal | h_{1} | h_{2} | h_{3} | h_{4} | ||||
| Patrón de símbolos piloto | Nº 1 | Nº 1 | Nº 1 | - Nº 1 | Nº 2 | Nº 2 | Nº 2 | - Nº 2 |
| CPICH | Nº 1 | Nº 2 | Nº 1 | Nº 2 | Nº 1 | Nº 2 | Nº 1 | Nº 2 |
El sistema UTRAN de diversidad de transmisión de
4 antenas transmite señales a través de dos grupos de antenas, es
decir, dos antenas efectivas que incluyen cada una dos antenas para
soportar la compatibilidad con la unidad MS de diversidad de
transmisión de 2 antenas. Para la unidad MS de diversidad de
transmisión de 4 antenas, se ejecuta la diversidad a través de los
canales de las cuatro antenas. Para habilitar que la unidad MS de
diversidad de transmisión de 2 antenas pueda operar como si
recibiera señales desde dos antenas de transmisión, el sistema UTRAN
transmite patrones de símbolos piloto en los canales piloto comunes
nº 1 y nº 2 de acuerdo con la regla de transmisión mostrada en la
Tabla 2. En consecuencia, la unidad MS de diversidad de transmisión
de 4 antenas efectúa la estimación de los cuatro canales de las
antenas mediante la combinación lineal de los pilotos.
En el sistema W-CDMA, los datos
comunes se transmiten en un canal de datos coman que tiene un código
de canalización único. La unidad MS de diversidad de transmisión de
2 antenas detecta los símbolos de los datos estimados por la
decodificación STTD de la señal recibida en el canal de datos común,
utilizando los valores estimados del canal h_{A} (h_{1} +
h_{2}) y el canal h_{B} (h_{3} + h_{4}). La Tabla 3 muestra
una regla de transmisión de datos común para la unidad MS de
diversidad de transmisión de 2 antenas en el sistema de diversidad
de transmisión de 4 antenas.
| Número de antena | Antena nº 1 | Antena nº 2 | Antena nº 3 | Antena nº 4 |
| Canal | h_{1} | h_{2} | h_{3} | h_{4} |
| Bloque de código | Bloque de antena | Bloque de antena | Bloque de antena | Bloque de antena |
| STTD | de referencia | de referencia | de diversidad | de diversidad |
| Código de canal | Nº 3 | Nº 3 | Nº 3 | Nº 3 |
El sistema UTRAN de diversidad de transmisión de
4 antenas compatible con la unidad MS de diversidad de transmisión
de 2 antenas utiliza un canal de datos común adicional para la
estimación en la unidad MS de diversidad de transmisión de 4
antenas. El canal de datos común existente y el canal de datos
común adicional se denominan aquí, respectivamente, el canal de
datos común nº 1 y el canal de datos común nº 2. La unidad MS de
diversidad de transmisión de 4 antenas deberá estimar todos los
canales de cuatro antenas h_{1} a h_{4}. Si las señales piloto
se transmiten de acuerdo con la regla mostrada en la Tabla 4 que
incorpora la regla de transmisión de la Tabla 3 en la misma, los
símbolos transmitidos se estiman mediante la combinación lineal de
los valores estimados de los canales de datos comunes nº 1 y nº 2.
El canal de datos común nº 1 se recupera para los símbolos
transmitidos basándose en los valores estimados de h_{A} (h_{1}
+ h_{2}) y h_{B} (h_{3} + h_{4}) y el canal de datos común
nº 2 se recupera para los símbolos transmitidos basándose en los
valores estimados de h_{C} (h_{1} - h_{2}) y h_{D} (h_{3}
- h_{4}). La Tabla 4 muestra otra regla de transmisión de datos
comunes para la diversidad de transmisión de 2 antenas en el sistema
de diversidad de transmisión de 4 antenas.
| Número de antena | Antena nº 1 | Antena nº 2 | Antena nº 3 | Antena nº 4 | ||||
| Canal | h_{1} | h_{2} | h_{3} | h_{4} | ||||
| Símbolo de datos comunes (STTD) | Nº 1 | Nº 1 | Nº 1 | - nº 1 | Nº 2 | Nº 2 | Nº 2 | - nº 2 |
| Código de canal | Nº 1 | Nº 2 | Nº 1 | Nº 2 | Nº 1 | Nº 2 | Nº 1 | Nº 2 |
En la Tabla 4, el símbolo de datos comunes nº 1
es un bloque de codificación de antena de referencia y el símbolo de
datos comunes nº 2 es un bloque de codificación de antena de
diversidad.
El sistema UTRAN de diversidad de transmisión de
4 antenas transmite señales a través de dos grupos de antenas, es
decir, dos antenas efectivas teniendo cada una dos antenas con el
fin de operar en forma compatible con la unidad MS de diversidad de
transmisión de 2 antenas. Para la unidad MS de diversidad de
transmisión de 4 antenas, el sistema UTRAN ejecuta la diversidad a
través de los canales de cuatro antenas. Para habilitar que la
unidad MS de diversidad de transmisión de 2 antenas opera como si
fueran dos canales de acuerdo con el método de la invención, el
sistema UTRAN transmite los datos comunes en dos canales de datos
comunes de acuerdo con la regla de transmisión definida en la Tabla
4. La unidad MS de diversidad de transmisión de 4 antenas detecta
las señales originales a partir de las señales recibidas en los
canales de datos comunes en el esquema de diversidad de transmisión
de 4 antenas.
Tal como se ha descrito anteriormente, la
presente invención es ventajosa porque cuando una unidad MS que
soporta un esquema distinto de diversidad de transmisión de antenas
con respecto al soportado por un sistema UTRAN se encuentre en el
área de servicio del sistema UTRAN, quedará asegurada la
compatibilidad entre los esquemas diferentes de diversidad de
transmisión, y por tanto se configurará el equilibrio de potencias
entre las antenas.
Sobre la suposición de que un sistema UTRAN da
servicio hasta para 100 usuarios, el sistema UTRAN consume un valor
de 100/4 de potencia por cada antena, en el caso de existir solo una
unidad MS de diversidad de transmisión de 4 antenas dentro de su
área de servicio, y hasta un valor de 100/2 de potencia en cada
antena utilizada si el sistema UTRAN da servicio a la unidad MS de
diversidad de transmisión de 2 antenas a través solamente de dos
antenas. De acuerdo con la presente invención, aunque exista una
unidad MS de diversidad de transmisión de 2 antenas dentro del área
de servicio, no se consumirá un valor superior a 100/4 de potencia
máxima por cada antena. Así pues, no hay necesidad de suministrar
dispositivos de RF tales como amplificadores de potencia complicados
y costosos.
Así mismo, en el caso en que coexistan unidades
MS de diversidad de transmisión de 2 antenas con unidades MS de
diversidad de transmisión de 4 antenas, dentro del sistema de
diversidad de transmisión de 4 antenas, se transmitirán patrones de
símbolos piloto de forma que el primero estimará los canales de dos
antenas y el última estimará los canales de cuatro antenas. Como
resultado de ello, la unidad MS de diversidad de transmisión de 2
antenas no precisa estar equipada con un dispositivo adicional para
la estimación de los cuatro canales, y la unidad MS de diversidad de
transmisión de 4 antenas operará con un número mínimo de
dispositivos.
Una cuarta ventaja de la presente invención es
que la diversidad de 4 antenas está implementada para los datos
comunes, siendo mientras tanto compatible con la unidad MS de
diversidad de transmisión de 2 antenas.
Adicionalmente, puesto que está configurado un
primer código ortogonal con un valor de "0" en su totalidad, y
estando configurado un segundo código ortogonal con un valor de
"0" en sus primeros semisegmentos binarios, y con el valor de
"1" en sus últimos semisegmentos binarios como códigos
ortogonales para identificar las señales de las antenas en un
transmisor de diversidad de transmisión, se utilizarán con
eficiencia los recursos limitados de los códigos ortogonales.
Aunque la invención se ha mostrado y descrito con
referencia a una cierta realización preferida de la misma, se
comprenderá por los técnicos especializados en el arte que pueden
realizarse varios cambios en la forma y detalles, sin desviarse del
alcance de la invención según se define en la reivindicaciones
adjuntas.
Claims (19)
1. Un transmisor de una red de acceso
radioeléctrico terrestre UMTS (201) que tiene al menos cuatro
antenas en un sistema de comunicaciones móviles, que comprende:
un primer sumador (329, 529) conectado a una
primera antena (347, 547) para sumar una primera señal de
ensanchamiento mediante el ensanchamiento de un primer patrón de
símbolos (301, 501) con un primer código ortogonal (305, 505) y una
segunda señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del
primer patrón de símbolos con un segundo código ortogonal (315, 515)
ortogonal con respecto al primer código ortogonal;
un segundo sumador (331, 531) conectado a una
segunda antena (349, 549), para sumar la primera señal de
ensanchamiento y una tercera señal de ensanchamiento generada por el
ensanchamiento de un primer patrón de símbolos invertidos que
resulte de la inversión de la fase del primer patrón de símbolos con
el segundo código ortogonal;
un tercer sumador (333, 533) conectado a una
tercera antena (351, 551), para sumar una cuarta señal de
ensanchamiento generada por el ensanchamiento de un segundo patrón
de símbolos (303, 503) ortogonal con el primer patrón de símbolos
con el primer código ortogonal y una quinta señal de ensanchamiento
generada por el ensanchamiento del segundo patrón de símbolos con un
segundo código ortogonal; y
un cuarto sumador (335, 535) conectado a una
cuarta antena (353, 553), para sumar la cuarta señal de
ensanchamiento y una sexta señal de ensanchamiento generada por el
ensanchamiento de un segundo patrón de símbolos invertidos que
resulte de la inversión de la fase del segundo patrón de símbolos
con el segundo código ortogonal.
2. El transmisor de la reivindicación 1, en el
que los patrones de símbolos corresponden a uno de los patrones de
símbolos piloto (301, 303) y los patrones de símbolos de datos (501,
503).
3. El transmisor de la reivindicación 2 adaptado
para generar la primera señal de ensanchamiento mediante la
multiplicación del mencionado primer patrón de símbolos por una
constante de ganancia (355, 555) y ensanchando el producto con el
primer código ortogonal (305, 505).
4. El transmisor de la reivindicación 3, adaptado
para producir la cuarta señal de ensanchamiento mediante la
multiplicación del mencionado segundo patrón de símbolos por una
constante de ganancia (355, 555), y ensanchando el producto con el
primer código ortogonal (305, 505).
5. El transmisor de la reivindicación 4, en el
que la constante de ganancia se configura para asegurar el
rendimiento de recepción de una estación móvil comunicable con un
transmisor de una red de acceso radioeléctrico terrestre UMTS que
tenga menos de cuatro antenas.
6. El transmisor de la reivindicación 4, en el
que la constante de ganancia se ajusta para asegurar el rendimiento
de recepción de una estación móvil comunicable con un transmisor de
una red de acceso radioeléctrico terrestre UMTS que tenga menos de
dos antenas.
7. El transmisor de una de las reivindicaciones 3
a 6, en el que el primer código ortogonal tiene segmentos binarios
de "0" en su totalidad, y el segundo código ortogonal de
ensanchamiento tiene un valor de "0" en su totalidad en los
primeros semisegmentos binarios y el valor de "1" en los
últimos semisegmentos binarios.
8. Un método de transmisión de señales en una red
de acceso radioeléctrico terrestre UMTS (201) que tiene al menos
cuatro antenas en un sistema de comunicaciones móviles, que
comprende las etapas de:
sumar una primera señal generada por el
ensanchamiento de un primer patrón de símbolos (301, 501) con un
primer código ortogonal (305, 505) y una segunda señal de
ensanchamiento generada por el ensanchamiento del primer patrón de
símbolos con un segundo código ortogonal (315, 515) que es ortogonal
con el primer código ortogonal, y transmitiendo la suma a través de
una primera antena (347, 547);
sumar la primera señal de ensanchamiento y una
tercera señal de ensanchamiento generadas por el ensanchamiento de
un primer patrón de símbolos invertidos que resulte de la inversión
de fase del primer patrón de símbolos con el segundo código
ortogonal, y transmitiendo la suma a través de una segunda antena
(349, 549);
sumar una cuarta señal de ensanchamiento generada
por el ensanchamiento de un segundo patrón de símbolos (303, 503)
ortogonal con respecto al primer patrón de símbolos con el primer
código ortogonal, y una quinta señal de ensanchamiento generada por
el ensanchamiento del segundo patrón de símbolos con el segundo
código ortogonal, y transmitiendo la suma a través de una tercera
antena (351, 551); y
sumar la cuarta señal de ensanchamiento y una
sexta señal de ensanchamiento generadas por el ensanchamiento de un
segundo patrón de símbolos invertidos a partir de la inversión de la
fase del segundo patrón de símbolos con el segundo código ortogonal,
y transmitiendo la suma a través de una cuarta antena (353,
553).
9. El método de la reivindicación 8, en el que
los patrones de los símbolos son uno de los patrones de símbolos
piloto (301, 303) y los patrones de símbolos de datos (501,
503).
10. El método de la reivindicación 9, adaptado
para generar la primera señal de ensanchamiento mediante la
multiplicación del mencionado primer patrón de símbolos por una
constante de ganancia (355, 555) y ensanchando el producto con el
primer código ortogonal (305, 505).
11. El método de la reivindicación 10, adaptado
para generar la cuarta señal de ensanchamiento mediante la
multiplicación del mencionado segundo patrón de símbolos por una
constante de ganancia (355, 555) y ensanchando el producto con el
primer código ortogonal.
12. El método de la reivindicación 11, en el que
la constante de ganancia se ajusta para asegurar el rendimiento de
la recepción de una estación móvil comunicable con un transmisor de
una red de acceso radioeléctrico terrestre UMTS que tenga menos de
cuatro antenas.
13. El método de la reivindicación 11, en el que
la constante de ganancia se ajusta para asegurar el rendimiento de
la recepción de una estación móvil comunicable con un transmisor de
una red de acceso radioeléctrico terrestre UMTS que tenga dos
antenas.
14. El método de la reivindicación 11, en el que
los patrones de símbolos son uno de los patrones de símbolos piloto
y patrones de símbolos de datos, en el que los patrones de símbolos
de datos son bloques de códigos generados por la aplicación de la
codificación de bloques de tiempo espacial basándose en la
diversidad de transmisión.
15. El método de una de las reivindicaciones 10 a
14, en el que el primer código ortogonal tiene segmentos binarios
de valor "0" en su totalidad, y un segundo código ortogonal de
ensanchamiento que tiene un valor de "0" en su totalidad en el
primer semisegmento binario y con un valor de "1" en los
últimos semisegmentos binarios.
16. Una estación móvil en un sistema de
comunicaciones móviles, que recibe una primera señal de transmisión
hasta una cuarta señal de transmisión en al menos canales de
transmisión de cuatro antenas, en el que la primera señal de
transmisión es la suma de una primera señal de ensanchamiento
generada por el ensanchamiento de un primer patrón de símbolos (301,
501) con un primer código ortogonal (305, 505) y una segunda señal
de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del primer patrón
de símbolos con un segundo código ortogonal (315, 515) ortogonal con
el primer código ortogonal, en el que la segunda señal de
transmisión es la suma de la primera señal de ensanchamiento y una
tercera señal de ensanchamiento generadas por el ensanchamieno de un
primer patrón de símbolos invertidos que resultan de la inversión de
la fase del primer patrón de símbolos con el segundo código
ortogonal, en el que la tercera seña de transmisión es la suma de
una cuarta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento de
un segundo patrón de símbolos (303, 503) ortogonal con respecto al
primer patrón de símbolos con el primer código ortogonal y una
quinta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del
segundo patrón de símbolos con el segundo código ortogonal, y en el
que la cuarta señal de transmisión es la suma de la cuarta señal de
ensanchamiento y una sexta señal de ensanchamiento generadas por el
ensanchamiento de un segundo patrón de símbolos invertidos que
resultan de la inversión de la fase del segundo patrón de símbolos
con el segundo código ortogonal, comprendiendo la estación
móvil:
una pluralidad de
des-ensanchadores (408, 409, 609, 611) para generar
una primera señal de des-ensanchamiento utilizando
el primer código ortogonal y el primer patrón de símbolos, en el que
una segunda señal de des-ensanchamiento utiliza el
primer código ortogonal y el segundo patrón de símbolos, una
tercera señal de des-ensanchamiento que utiliza el
segundo código ortogonal y el primer patrón de símbolos, y una
cuarta señal de des-ensanchamiento que utiliza el
segundo código ortogonal y el segundo patrón de símbolos; y
una pluralidad de sumadores (433, 435, 437, 439)
para generar una primera señal de estimación del canal, mediante la
suma de la primera y segunda señales de
des-ensanchamiento, una segunda señal de estimación
del canal mediante la suma de la segunda y tercera señales de
des-ensanchamiento, una tercera señal de estimación
del canal mediante la resta de la tercera señal de
des-ensanchamiento de la primera señal de
des-ensanchamiento, y una cuarta señal de estimación
del canal mediante la resta de la cuarta señal de
des-ensanchamiento de la segunda señal de
des-ensanchamiento.
17. La estación móvil de la reivindicación 16, en
la que los patrones de símbolos son uno de los patrones de símbolos
piloto y los patrones de símbolos de datos.
18. Un método de recepción de señales en una
estación móvil de un sistema de comunicaciones móviles, que
comprende las etapas de:
recepción de una primera señal de transmisión
hasta una cuarta señal de transmisión en al menos los canales de
transmisión de cuatro antenas, en el que la primera señal de
transmisión es la suma de una primera señal de ensanchamiento
generada por el ensanchamiento de un primer patrón de símbolos (301,
501) con un primer código ortogonal (305, 505), y una segunda señal
de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del primer patrón
de símbolos con un segundo código ortogonal (315, 515) ortogonal con
respecto al primer código ortogonal, siendo la segunda señal de
transmisión la suma de la primera señal de ensanchamiento y una
tercera señal de ensanchamiento generadas por el ensanchamiento de
un primer patrón de símbolos invertidos que resultan de la inversión
de la fase del primer patrón de símbolos con el segundo código
ortogonal, en el que la tercera señal de transmisión es la suma de
una cuarta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento de
un segundo patrón de símbolos (303, 503) ortogonal con respecto al
primer patrón de símbolos con el primer código ortogonal y una
quinta señal de ensanchamiento generada por el ensanchamiento del
segundo patrón de símbolos con el segundo código ortogonal, y la
cuarta señal de transmisión que es la suma de la cuarta señal de
ensanchamiento y una sexta señal de ensanchamiento generadas por el
ensanchamiento de un segundo patrón de símbolos invertidos que
resulta de la inversión de fase del segundo patrón de símbolos con
el segundo código ortogonal;
generar una primera señal de
des-ensanchamiento mediante el
des-ensanchamiento de las señales de transmisión con
el primer código ortogonal y el primer patrón de símbolos, una
segunda señal de des-ensanchamiento mediante el
des-ensanchamiento de las señales de transmisión con
el primer código ortogonal y el segundo patrón de símbolos, una
tercera señal de des-ensanchamiento mediante el
des-ensanchamiento de las señales de transmisión con
el segundo código ortogonal h el primer patrón de símbolos, y una
cuarta señal de des-ensanchamiento mediante el
des-ensanchamiento de las señales de transmisión con
el segundo código ortogonal y el segundo patrón de símbolos, y
evaluar una primera señal del canal mediante la
suma de la primera y segunda señales de
des-ensanchamiento, una segunda señal del canal
mediante la adición de la segunda y cuarta señales de
des-ensanchamiento, una tercera señal del canal
mediante la resta de la tercera señal de
des-ensanchamiento de la primera señal de
des-ensanchamiento, y una cuarta señal del canal
mediante la resta de la cuarta señal de
des-ensanchamiento de la segunda señal de
des-ensanchamiento.
19. El método de la reivindicación 18, en el que
los patrones de los símbolos son uno de los patrones de símbolos
piloto y los patrones de símbolos de datos.
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