ES2300777T3

ES2300777T3 - Metodo y sistema para redes de comunicacion inalambricas que utilizan reemision.

Info

Publication number: ES2300777T3
Application number: ES04735151T
Authority: ES
Inventors: Peter Larsson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2008-06-16
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: AU2004244562A1; TWI342682B; RU2342800C2; PL1627511T3; TW200509713A; BRPI0410629A; ATE387787T1; US20050014464A1; CN1795651A; JP4564012B2; EP1627511A1; KR20060059884A; TW200507663A; HK1090763A1; JP2007500482A; PL1627510T3; EP1627510B1; HK1094632A1; US7933549B2; CA2522588C

Abstract

Un método para llevar a cabo la comunicación en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, en el cual se conectan un transmisor (210), un receptor (220) y al menos una estación de reemisor (215) en una sesión de comunicación, y la estación de reemisor (215) remite señales desde un primer enlace entre el transmisor (210) y la estación de reemisor (215) a un segundo enlace entre la estación de reemisor (215) y el receptor (220), caracterizado por que la remisión llevada a cabo por la al menos una estación de reemisor (215) se adapta en respuesta a características de canal de radio estimadas tanto del primer enlace como del segundo.

Description

Método y sistema para redes de comunicación inalámbricas que utilizan remisión.

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Campo de la invención

La presente invención se refiere a comunicación inalámbrica soportada por reemisor, con el fin de mejorar el rendimiento de la comunicación. En particular, la invención se refiere a un método y a un sistema para llevar a cabo la comunicación en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos.

Antecedentes de la invención

Una fuerza impelente fundamental en el desarrollo de las redes y sistemas de comunicación inalámbricos/celulares radica en proporcionar, a parte de muchos otros aspectos, una cobertura o soporte incrementado de velocidades de transmisión de datos más altas, o bien una combinación de ambos. Al mismo tiempo, el aspecto de los costes de construcción y mantenimiento del sistema es de gran importancia y se espera que llegue a serlo aún más en el futuro. A medida que se incrementan las velocidades de transmisión de datos y/o las distancias de comunicación, el problema de un consumo de batería incrementado constituye otra cuestión digna de consideración.

Hasta tiempos recientes, la principal topología de las redes inalámbricas ha permanecido esencialmente sin cambios, incluyendo las tres generaciones existentes de redes celulares. La topología estaba caracterizada por la arquitectura celular con las estaciones de base de radio fijas y las estaciones móviles como entidades de transmisión y de recepción de las redes, de tal manera una comunicación típicamente implicaba únicamente estas dos entidades. Una solución alternativa a las redes viene ejemplificada por las bien conocidas redes de múltiples saltos ("multihop"), en las que, típicamente, en un contexto inalámbrico, una comunicación implica una pluralidad de entidades de transmisión y de recepción en una configuración de reemisión. Tales sistemas ofrecen posibilidades de pérdidas en el recorrido o camino significativamente reducidas entre las entidades (reemisores) en comunicación, lo que puede beneficiar a los usuarios de terminal a terminal (ETE -"end-to-end").

Se ha puesto la atención recientemente en otro tipo de topología que tiene muchas características y ventajas en común con las redes de múltiples saltos pero que está limitada a sólo dos (o unas pocas) repeticiones de salto. En contraste con las redes de múltiples saltos, la topología anteriormente mencionada aprovecha aspectos de paralelismo y adopta también elementos de los sistemas avanzados de antenas. Estas redes, que utilizan el nuevo tipo de topología, tienen como denominador común la cooperación entre múltiples estaciones. Esto figura en la literatura de investigación reciente con varios nombres, tales como reemisión cooperativa, diversificación cooperativa, codificación cooperativa, matrices o conjuntos ordenados de antenas virtuales, etc. En la presente solicitud, se pretende que el significado de las expresiones "reemisión cooperativa" y "esquemas/métodos cooperativos" abarque todos los sistemas y redes que utilicen la cooperación entre múltiples estaciones, así como los esquemas/métodos utilizados en estos sistemas, respectivamente. En la referencia [1] se proporciona una visión global exhaustiva de los esquemas de comunicación cooperativos. Pueden desplegarse diversos formatos para una señal repetida. Una señal puede ser descodificada, modulada de nuevo y remitida, o de forma alternativa, sencillamente amplificada y remitida. Lo primero se conoce como reemisión regenerativa o con descodificación-remisión, en tanto que lo último se conoce como reemisión con amplificación y remisión, o no regenerativa. Tanto la reemisión regenerativa como la no regenerativa son bien conocidas, por ejemplo, por las soluciones tradicionales de múltiples saltos y de repetidor, respectivamente. En la referencia [2] se tratan diversos aspectos de las dos soluciones.

Los beneficios generales de la reemisión cooperativa en comunicación inalámbrica pueden resumirse como mayores velocidades de transmisión de datos, interrupción del servicio reducida (debido a las diferentes formas de diversificación), vida de la batería incrementada, cobertura extendida o aumentada (por ejemplo, para celulares).

Se han sugerido diversos esquemas y topologías que se sirven de la reemisión cooperativa, como modelos teóricos dentro del campo de la teoría de la información, o como sugerencias para redes reales en unos pocos casos como, por ejemplo, sistemas de ensayo de laboratorio. Se encuentran ejemplos en la referencia [1], páginas 37-39 y 41-44. Los diversos esquemas de cooperación pueden dividirse basándose en qué entidades tienen datos que enviar, a quién y quién coopera. En las Figuras 1a-f (técnica anterior) se ilustran esquemáticamente diferentes topologías que muestran dónde se genera el tráfico, quién es el receptor y el recorrido o camino para las transmisiones por radio.

El canal de reemisor clásico, que se ilustra en la Figura 1a, consiste en una fuente que desea comunicarse con un destino mediante el uso de reemisores. El reemisor recibe la señal transmitida por la fuente a través de un canal con ruido, la procesa o trata y la remite al destino. El destino observa una superposición de la fuente y de la transmisión del reemisor. El reemisor no tiene ninguna información que enviar; de aquí que el propósito del reemisor sea maximizar la velocidad de transmisión total del flujo de información desde la fuente al destino. El canal de reemisor clásico se ha estudiado en las referencias [1], [7] y en [3], habiéndose incorporado en ésta última la diversificación en el receptor. El canal de reemisor clásico, en su forma con tres estaciones, no saca provecho en absoluto de estaciones múltiples de reemisor y, por tanto, no proporciona las ventajas anteriormente expuestas.

Una solución más prometedora, el canal de reemisor en paralelo, se ilustra en la Figura 1b, en la que, en unos sistemas inalámbricos que emplean repetidores (tales como una estación de base celular con repetidores de soporte) con cobertura solapada, un receptor puede beneficiarse del uso de señales superpuestas que se reciben desde múltiples repetidores. Esto es algo que sucede automáticamente en los sistemas cuando los repetidores están ubicados unos cerca de otros. Recientemente, estudios teóricos sobre información han tratado este caso. Un caso particular de interés es el de Schein, referencias [4] y [5]. Schein ha llevado a cabo un estudio teórico sobre la información en una red orientada a la cooperación, con cuatro nodos, es decir, con un transmisor, un receptor y tan sólo dos reemisores intermedios. Se estudia un canal de valor real con una pérdida de propagación igual a uno. Cada reemisor emplea reemisión no regenerativa, es decir, amplificación pura. Gracias a la suposición simplificadora de la pérdida de propagación de valor real, las señales se suman coherentemente en la antena receptora. Con restricciones de la potencia de reemisor individual, Schein también indica que pueden seleccionarse factores de amplificación para maximizar la SNR [relación entre señal y ruido -"Signal-to-Noise Ratio"], si bien no deduce la expresión explícita para los factores de amplificación. Una de las estaciones envía con su potencia máxima, en tanto que la otra envía con alguna otra potencia, más pequeña. La desventaja de los esquemas de Schein es que se trata sólo de un análisis teórico sobre información, limitado a tan sólo dos estaciones de reemisor, deducido en un canal de valor con ganancia uno (y que, por tanto, desprecia suposiciones de propagación fundamentales y realistas), por lo que carece de los medios y los mecanismos para hacer que el método sea fiable en la práctica. Por ejemplo, no se tratan en absoluto los aspectos de los protocolos, los mecanismos de control de la potencia y RRM, la complejidad y la información inicial o de encabezamiento. Por lo que respecta al tratamiento de únicamente dos estaciones de reemisor, no se toman en consideración ni se saca provecho de las ganancias de antena significativamente superiores ni de los beneficios de la diversificación que se obtendrían de un número superior de reemisores.

El concepto de Canal de Acceso Múltiple con Reemisor (también conocido como Canal de Acceso Múltiple con realimentación generalizada) ha sido investigado por diversos investigadores en los últimos tiempos y se ilustra esquemáticamente en la Figura 1c. El concepto implica que dos usuarios cooperan, es decir, intercambian la información que cada uno desea transmitir, y, subsiguientemente, cada usuario envía no sólo su propia información sino también la información de otros usuarios a un receptor. El beneficio de hacer esto es que la cooperación proporciona una ganancia en la diversificación. Existen esencialmente dos esquemas que se han investigado: la diversificación cooperativa y la diversificación cooperativa codificada. Se da cuenta de los estudios, por ejemplo, en la referencia [1]. Por lo que respecta a la diversificación, se han sugerido diversas formas, tales como la diversificación de Alamouti, la diversificación de receptor, y la diversificación basada en la combinación coherente. Típicamente, los esquemas y topologías investigados se fundamentan en la descodificación de los datos antes de su transmisión. Esto significa, adicionalmente, que las estaciones han de estar ubicadas en proximidad para cooperar y excluye, por tanto, la cooperación con reemisores más distantes, así como el gran número de reemisores potenciales en caso de que pudiera formarse un grupo a gran escala. Una desventaja adicional de estos esquemas es que es bastante improbable tener estaciones ubicadas próximas entre sí y que transmitan concurrentemente. Estas desventajas indican que la topología investigada es de menor interés práctico. El canal de emisión o radiodifusión con reemisión, ilustrado en la Figura 1d, es esencialmente el inverso de la topología ilustrada en la Figura 1c, y, en consecuencia, comparte las mismas serias desventajas.

Una extensión adicional de la topología ilustrada en la Figura 1c es el denominado canal de interferencia con reemisión, que se ilustra en la Figura 1e, en el que se consideran dos receptores. Éste se ha estudiado en las referencias [8] y [1], pero sin cooperación entre los receptores y, por tanto, sin aprovecharse de las posibilidades alcanzadas potencialmente por el reemisor cooperativo.

Otra topología de la que se ha informado, que se ilustra esquemáticamente en la Figura 1f, se refiere en ocasiones como Canal de Conjunto Ordenado de Antenas Virtual, y se describe, por ejemplo, en la referencia [9]. En este concepto, se supone una expansión de anchura de banda (significativa) entre una estación en comunicación y nodos de reemisor adyacentes, y, por tanto, pueden transferirse señales que no interfieren a través de recursos ortogonales, lo que permite que sea retenida información de amplitud y de fase. Con esta arquitectura, se habilita con un único receptor de antena la comunicación de MIMO (Múltiples Entradas y Múltiples Salidas -"Multiple Input Multiple Output") (pero también otros métodos de codificación espacio-temporal). La topología puede ser utilizada de forma equivalente para la transmisión. Una suposición general es que las estaciones de reemisor están cerca del receptor (o del transmisor). Esto limita la probabilidad de encontrar un reemisor así como el número total de posibles reemisores que se pueden utilizar. Una limitación práctica significativa es que se necesita una expansión de anchura de banda muy grande para retransmitir señales, a través de canales sin interferencias, al receptor para su procesamiento.

La reemisión cooperativa tiene algunas similitudes superficiales con el concepto de Diversificación de Transmisión (también conocido como Diversificación de Transmisión con Realimentación Rica, TDRF -"Transmit Diversity with Rich Feedback"), según se describe en la referencia [10] y se ilustra esquemáticamente en la Figura 1g. Es esencial para el concepto que un transmisor con antenas situadas en posiciones fijas, por ejemplo, en una estación de base de un sistema celular, descubra los parámetros de canal (que hacen posibles efectos de desvanecimiento y fase aleatoria) desde cada elemento de antena hasta la antena receptora y utilice esta información para garantizar que una señal (carente de ruido), tras su ponderación y ajuste de fase en el transmisor, sea enviada y se sume coherentemente en la antena receptora, con lo que se maximiza la relación entre señal y ruido. Si bien la diversificación de transmisión, con un canal perfectamente conocido e implementada en una estación de base fija, proporciona beneficios significativos en el rendimiento, existen también limitaciones prácticas por lo que respecta al número de elementos de antena que se pueden implementar en un solo dispositivo o en un único emplazamiento de antena. En consecuencia, existe un límite en el grado de ganancia en el rendimiento que se puede obtener. Una desventaja para la diversificación de transmisión orientada a la estación de base radica también en que los objetos grandes situados entre el transmisor y el receptor provocan elevadas pérdidas en el recorrido o camino.

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El documento US 2002039383 describe rutinas de tratamiento de señales que se han de llevar a cabo en una estación de reemisor para reducir las interferencias. La estación de reemisor contiene un filtro digital, un denominado filtro de FIR, cuyos coeficientes son actualizados basándose en estimaciones del canal de múltiples caminos entre el transmisor y el receptor.

Así pues, se ha demostrado en la técnica que la reemisión cooperativa ofrece grandes posibilidades de proporcionar, por ejemplo, alta capacidad y flexibilidad. Con todo, las topologías y métodos propuestos en la técnica no aprovechan por completo de las ventajas anteriormente mencionadas de una red con reemisión cooperativa.

Sumario de la invención

En los métodos de la técnica anterior, no se considera la calidad del primer enlace, del segundo enlace o de una combinación de los mismos a la hora de adaptar ningún parámetro de transmisión. Esto tiene la consecuencia de que el rendimiento puede degradarse y los recursos se utilizan de un modo ineficaz.

En consecuencia, una desventaja significativa de la técnica anterior previamente expuesta es que no adapta parámetros de transmisión de los reemisores en respuesta a la calidad de un enlace o una combinación de enlaces (primero y segundo) implicados en el procedimiento de remisión. Por ello, la técnica anterior no ha sido capaz de aprovecharse por completo de las ventajas previamente mencionadas de una red de reemisión cooperativa.

Obviamente, se necesita un método y un sistema mejorados para una red de reemisión cooperativa, que consideren la calidad del primer enlace, del segundo enlace o de una combinación de los mismos en la adaptación de parámetros de transmisión según sea necesario, a fin de tener, con ello, la capacidad de aprovechar mejor las ventajas anticipadas anteriormente de una red de reemisión cooperativa.

El propósito de la invención consiste en proporcionar un método, una estación de reemisor y un sistema que superen las desventajas de las técnicas anteriores. Esto se consigue por medio del método según se define en la reivindicación 1, de la estación de reemisor según se define en la reivindicación 11 y del sistema tal y como se define en la reivindicación 14.

El problema se resuelve por cuanto que la presente invención proporciona un método, una estación de reemisor y un sistema que hacen posible utilizar características de canal de radio estimadas tanto del primer enlace como del segundo para la remisión de señales desde un primer enlace hacia un segundo enlace, llevada a cabo por la estación de reemisor.

En el método de acuerdo con la presente invención para llevar a cabo la comunicación en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, un transmisor, un receptor y al menos una estación de reemisor se acoplan o conectan en una sesión de comunicación. La estación de reemisor remite señales procedentes de un primer enlace entre el transmisor y la estación de reemisor, a un segundo enlace entre las estaciones de reemisor y el receptor. La remisión llevada a cabo por la al menos una estación de reemisor está adaptada como una respuesta a características de canal de radio estimadas de al menos el primer enlace. Preferiblemente, la remisión está adaptada como una respuesta a características de canal de radio estimadas tanto del primer enlace como del segundo.

La estación de reemisor de acuerdo con la presente invención está concebida para ser utilizada en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, de tal manera que la red comprende un transmisor, un receptor y al menos una estación de reemisor. La estación de reemisor está concebida para remitir señales desde un primer enlace entre el transmisor y la estación de reemisor hasta un segundo enlace entre las estaciones de reemisor y el receptor. La estación de reemisor está dotada de medios para adaptar la remisión basándose en la caracterización tanto del primer como del segundo enlaces.

Gracias a la invención, es posible ajustar mejor la remisión en el segundo enlace a las condiciones reales presentes durante una sesión de comunicación. Además, la remisión puede ajustarse mejor a los cambios en las condiciones.

Una de las ventajas conseguidas por la presente invención es que es posible utilizar una caracterización más precisa y fiable de los caminos de radio individuales con el fin de determinar y optimizar diferentes parámetros de transmisión. En consecuencia, pueden aprovecharse más exhaustivamente las capacidades de una red de reemisión cooperativa.

Una ventaja adicional es que la caracterización de los primer y segundo enlaces se lleva a cabo, ventajosamente, en las estaciones de reemisor. Por tanto, el método de acuerdo con la invención facilita una distribución de capacidades funcionales en la red, permitiendo un incremento en el número de estaciones de reemisor en una sesión de comunicación sin un incremento significativo en la cantidad de información de encabezamiento de protocolo que se necesita para la transmisión de datos desde el transmisor al receptor.

Aún una ventaja adicional del método y del sistema de acuerdo con la presente invención es que la caracterización mejorada de los primer y segundo enlaces facilitan aprovechar al máximo las ventajas anteriormente anticipadas de una red con reemisión cooperativa que comprende un gran número de estaciones de reemisor. Al utilizar la invención en un marco de combinación coherente, la ganancia en capacidad de dirección y la ganancia en diversificación se incrementan con un número creciente de estaciones de reemisor. La ganancia en capacidad de dirección ofrece, por sí misma, una SNR incrementada que puede ser utilizada para la extensión del alcance y/o la mejora de la velocidad de transmisión de los datos. La ganancia en diversificación aumenta la robustez de la comunicación, lo que proporciona una calidad de comunicación más uniforme a lo largo del tiempo. Si bien la ganancia en capacidad de dirección y en diversificación puede proporcionarse por medio de diversas soluciones de antena avanzada tradicionales, en los casos en que las antenas se colocan bien en el transmisor o bien en el receptor, la solución propuesta no está generalmente limitada a las restricciones de espacio físico, según se contempla en las estaciones de base o en los terminales móviles. De aquí que exista ciertamente un potencial de uso de un mayor número de reemisores que el número de antenas en una estación de base o en una estación móvil, y, por tanto, se ofrezcan unas ganancias en capacidad de dirección y en diversificación incluso superiores.

En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones de la invención. Otros propósitos, ventajas y características novedosas de la invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada de la invención, al considerarse en combinación con los dibujos y las reivindicaciones que se acompañan.

Breve descripción de los dibujos

Las características y ventajas de la presente invención anteriormente esbozadas se describen más exhaustivamente después, en la descripción detallada, en combinación con los dibujos, en los que los mismos números de referencia aluden a elementos similares en todos ellos, y en los cuales:

las Figuras 1a-g son ilustraciones esquemáticas de las topologías de algunas técnicas anteriores que utilizan reemisión cooperativa;

la Figura 2 ilustra esquemáticamente un sistema celular que utiliza reemisión cooperativa de acuerdo con la presente invención;

la Figura 3 es un modelo esquemático que se emplea para describir los parámetros y los términos utilizados en la presente invención;

la Figura 4 es un diagrama de flujo acerca del método de acuerdo con la invención;

las Figuras 5a y 5b son ilustraciones esquemáticas de dos arquitecturas o estructuras lógicas alternativas para la red de reemisión cooperativa de acuerdo con la presente invención;

la Figura 6 es un diagrama de flujo referente a una realización del método de acuerdo con la invención;

la Figura 7 es una ilustración esquemática de una realización alternativa de la invención, que utiliza estaciones de reemisor con múltiples antenas;

la Figura 8 es una ilustración esquemática de una realización alternativa de la invención, que utiliza transmisión directa entre el transmisor y el receptor.

Descripción detallada de la invención

Se describirán a continuación realizaciones de la invención con referencia a las figuras.

La red esbozada en la Figura 2 es un ejemplo de una red de reemisión cooperativa en la que se implementa la presente invención. La Figura muestra una celda 205 de la red inalámbrica, que comprende una estación de base (BS -"base station") 210, una pluralidad de estaciones de reemisor (RS -"relay stations") 215 y una pluralidad de estaciones móviles (MS -"mobile stations") 220-223. Como se muestra en la figura, las estaciones de reemisor 215 están montadas sobre unos mástiles, pero pueden también estar montadas, por ejemplo, en edificios. Pueden utilizarse reemisores fijos de manera que se establezcan condiciones de línea de visión; pueden utilizarse antenas direccionales orientadas hacia la estación de base con el fin de mejorar la SNR (relación entre señal y ruido -"Signal-to-Noise Ratio") o la supresión de interferencias; y el reemisor fijo puede no estar fuertemente limitado en la potencia de transmisión debido a que es posible utilizar, típicamente, la red de suministro de electricidad. Sin embargo, pueden también utilizarse reemisores móviles, tales como terminales móviles, ya sea como complemento de los reemisores fijos, ya sea independientemente de ellos. Las estaciones móviles 221 y 222 son ejemplos de reemisores móviles, es decir, estaciones móviles que funcionan también, temporalmente, como reemisores. La estación móvil 220 se encuentra en comunicación activa con la estación de base 210. La señalización, tal y como se indica con flechas, es esencialmente simultánea utilizando una pluralidad de caminos, caracterizados por dos saltos, es decir, a través de una estación de reemisor 215 ó una estación móvil que actúa como reemisor móvil 221, 222. La transmisión experimentará interferencias procedentes de, por ejemplo, celdas adyacentes, y el efecto de la interferencia variará a través de los diferentes caminos.

Ha de apreciarse que, si bien la comunicación basada en el reemisor se utiliza para mejorar las comunicaciones, puede seguir utilizándose la comunicación directa de BS a MS. De hecho, puede requerirse alguna señalización básica de baja velocidad de transmisión entre BS y MS para el establecimiento de un canal de comunicación soportado por reemisores. Por ejemplo, un sistema celular funciona de tal manera que la comunicación por busca puede no utilizar reemisor basado en combinación coherente, ya que el reemisor hacia los canales de MS no se conoce a priori, y, en lugar de ello, preferiblemente, se emplea una comunicación directa de BS a MS durante el establecimiento de la llamada y procedimientos similares.

Se constituye un modelo del sistema celular del mundo real que se ha esbozado en la Figura 2, por medio del modelo de sistema que se muestra en la Figura 3, el cual se concentra aquí en un único par de transmisor y receptor, con un número arbitrario K de estaciones de reemisor. La notación está adaptada a una estación de base 210 como transmisor y a una estación móvil 220 como receptor, si bien no se limita a ello. La comunicación entre la estación de base 210 y la estación móvil 220 puede describirse de forma que comprende dos partes principales: las transmisiones desde la estación de base 210 a las estaciones de reemisor 215:k, a las que se hace referencia como Enlace 1, y las transmisiones desde las estaciones de reemisor 215:k a la estación móvil 220, a las que se hace referencia como
Enlace 2.

El transmisor, esto es, BS 220, transmite con una potencia P_{BS}. Cada estación de reemisor 215:k, donde k \in {1, 2,..., K} y K es el número total de estaciones de reemisor, recibe la señal y la retransmite con una potencia total P_{k}. La potencia de transmisión sumada de todas las estaciones de reemisor 215:k se denota por P_{RS}. h_{1,k} es la ganancia de camino compleja desde la estación de base 210 hasta la estación de reemisor k215:k, y h_{2,k} es la ganancia de camino compleja desde la estación de reemisor k hasta la estación móvil, es decir, h_{1,k} y h_{2,k} caracterizan los caminos de señal individuales. El receptor, es decir, MS 220, recibe una señal total que se denota por C_{r} y experimenta el ruido total N_{r}.

Típicamente, en un escenario realista, una BS situada dentro de una celda se encuentra conectada en comunicación simultánea con una pluralidad de estaciones móviles. Esto puede contemplarse considerando que cada comunicación responde al modelo de acuerdo con la Figura 3. En aras de la claridad, sólo se considerará en la presente solicitud una sesión de comunicación que implique una única BS, una única MS y una pluralidad de estaciones de reemisor. Sin embargo, como será evidente para el experto de la técnica, la arquitectura y/o método/esquema de la invención son de fácil aplicación también en el caso de una pluralidad de comunicaciones simultáneas entre la estación de base y las estaciones móviles.

Como se constata por parte del experto de la técnica, en una red de acuerdo con el modelo anterior se necesita ajustar y, preferiblemente, optimizar un gran número de parámetros con el fin de aprovechar al máximo las posibilidades y capacidad ofrecidas por semejante red. Es también aquí, tal y como se ha explicado anteriormente, donde los sistemas de la técnica anterior muestran sus desventajas como sistemas de múltiples reemisores, y, debido a su presumible complejidad, no se exponen. Los parámetros que es necesario considerar y, preferiblemente, optimizar incluyen, si bien no se limitan a éstos, la potencia de transmisión de la estación de base 210 y de cada estación de reemisor 215:k, considerando las estaciones de reemisor que deberán usarse en la comunicación, en el control de fase (si se ha de utilizar combinación coherente), codificación, retardo (en el caso de diversificación de retardo), parámetros de antena (conformación de haz, multiplexación espacial), etc. Se hará referencia a los parámetros necesarios para controlar y optimizar la transmisión como parámetros de transmisión (TP -"transmission parameters"). La optimización preferida incluye, si bien no está limitada a ello, optimizar las potencias transmitidas de la estación de base 210 y de las estaciones de reemisor 215:k, con el fin de obtener una SNR específica en la estación móvil receptora, que corresponde, a su vez, con una cierta calidad del servicio o capacidad, por ejemplo, por lo que respecta al consumo de potencia de las diferentes entidades en el nivel de interfaz en la celda y las celdas adyacentes, por ejemplo.

Es fundamental para toda la optimización y necesaria para un uso eficiente de los recursos de radio una caracterización precisa de los caminos de radio en los primer y segundo enlaces, así como un control sobre el modo como cualesquiera cambios en cualquier parámetro de transmisión afectarán al rendimiento global. El método de acuerdo con la presente invención proporciona un método en el que una estación de reemisor 215:k utiliza características de canal tanto del primer como del segundo enlaces para determinar parámetros de transmisión para la remisión por el segundo enlace. Además, de acuerdo con el método, cada estación de reemisor 215:k puede, opcionalmente, adaptar su remisión por el segundo enlace a una medida de la calidad en la comunicación en su conjunto, según se percibe por el receptor 220, por ejemplo. Se hará referencia a la medida de la calidad en la comunicación en su conjunto como el parámetro de transmisión común.

En el método de acuerdo con la presente invención para llevar a cabo la comunicación en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, un transmisor 210, un receptor 220 y al menos una estación de reemisor 215 se conectan en una sesión de comunicación. La estación de reemisor 215 remite señales desde un primer enlace entre el transmisor 210 y la estación de reemisor 215, a un segundo enlace entre las estaciones de reemisor 215 y el receptor 220. La remisión llevada a cabo por la al menos una estación de reemisor 215 está adaptada en respuesta a características de canal de radio estimadas de al menos el primer enlace. Preferiblemente, la remisión está adaptada como una respuesta a características de canal de radio estimadas tanto del primer enlace como del segundo.

El método de acuerdo con la invención se describirá con referencia al diagrama de flujo de la Figura 4. El método comprende las etapas principales de:

400: Enviar señales piloto por los k caminos del enlace 1;

410: Caracterizar los k caminos del enlace 1;

420: Enviar señales piloto por los k caminos del enlace 2;

430: Caracterizar los k caminos del enlace 2;

440: Determinar parámetros de transmisión relativos para cada estación de reemisor 215, de tal modo que cada parámetro relativo esté basado en la caracterización de los respectivos caminos del enlace 1 o de una combinación del enlace 1 y el enlace 2;

450: Cada estación de reemisor 215:k se adapta a la remisión por el enlace 2 al receptor 220 utilizando su respectivo parámetro de transmisión relativo.

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Opcionalmente, el método comprende las etapas de:

445: Determinar un parámetro de transmisión común que refleja la calidad de la comunicación en su conjunto;

447: Distribuir el parámetro de transmisión común a las estaciones de reemisor (215);

y la etapa 450 se reemplaza subsiguientemente por:

450': Cada estación de reemisor 215:k adapta la remisión por el segundo enlace hasta el receptor 220 utilizando su respectivo parámetro de transmisión relativo y el parámetro de transmisión común.

Las expresiones "señales piloto" y "envío de señales piloto" han de interpretarse como el envío de cualquier clase de símbolos de estimación de canal. Puede utilizarse también para este propósito la expresión "hola, mensajes".

Ha de apreciarse que el envío de señales piloto no tiene por qué producirse en el orden anterior, y que puede también ser simultánea por el enlace 1 y por el 2.

La caracterización de los caminos de radio en las etapas 410 y 430 se adapta preferiblemente a la técnica de transmisión utilizada y, posiblemente, también al tipo de optimización que ha de utilizar la caracterización. La caracterización puede comprender, pero no está limitada a:

Estimar ganancias de camino complejas h_{1,k} y h_{2,k} que caracterizan cada camino de los primer y segundo enlaces, respectivamente.

Como existen dos enlaces, del transmisor al reemisor y del reemisor al receptor, existen cuatro posibilidades para la(s) estación (estaciones) que transmite(n) y la(s) estación (estaciones) que estima(n) el (los) canal(es). Las cuatro posibilidades se presentan sumariamente en la Tabla 1. El propósito consiste en ilustrar que es posible adoptar varias soluciones de implementación diferentes de la invención.

TABLA 1

1

Dado que se ha llevado a cabo la estimación del canal en alguna estación, es también un asunto de interés quién lleva a cabo el tratamiento de la información examinada, esto es, la determinación de los parámetros de transmisión relativos. Esencialmente, existen tres posibilidades de elección: el transmisor BS 210, el receptor MS 220 ó un conjunto de estaciones de elevo RS 215. Puesto que son las estaciones de reemisor las que deben llevar a cabo los ajustes de la remisión por el enlace 2, es éste el lugar preferido para determinar los parámetros de transmisión relativos. Si una estación de reemisor envía una señal piloto, es necesario dar cuenta, de vuelta al reemisor, de una representación de la caracterización del canal. Si una estación de reemisor recibe, en lugar de ello, una señal piloto, no es necesario dar cuenta a ninguna parte de la represtación de la caracterización del canal (lo que corresponde al caso 1). El caso uno es, en muchas situaciones, la alternativa preferida, puesto que minimiza la señalización de información de encabezamiento. Por otra parte, puede desearse mantener las estaciones de reemisor tan simples como sea posible y llevar a cabo todos los cálculos en el receptor y/o en el transmisor, o bien en entidades en conexión con el receptor o con el transmisor. Si es así, se preferirá el caso 4 de la tabla 1, y todas las estimaciones y cálculos se realizarán en otras entidades diferentes a las estaciones de reemisor. La información necesaria para las estaciones de reemisor, a fin de que ajusten su remisión respectiva, se envía a cada estación de reemisor. Como se ilustra, existen muchas combinaciones posibles y la invención no está limitada a una específica.

Se describirá con referencia a la Figura 5a un sistema preferido de acuerdo con la invención, concebido para ser capaz de llevar a cabo el caso 1 anteriormente descrito. Cada estación de reemisor 215:k tiene medios 216 para llevar a cabo una caracterización de canal y medios 217 para determinar parámetros de transmisión relativos basándose en la caracterización de canal, así como medios 218 para ajustar la remisión basándose en parámetros de transmisión relativos y, opcionalmente, en un parámetro de transmisión común. El receptor 220 tiene medios para llevar a cabo una medición de la calidad de la señal colectiva 221 y, opcionalmente, medios para determinar un parámetro de transmisión común 222. El parámetro de transmisión común se distribuye desde el receptor 220 a las estaciones de reemisor 215:k, bien como una radiodifusión directa a las estaciones de reemisor 215:k o bien a través del transmisor 210. Las estaciones de reemisor 215:k reciben el parámetro de transmisión común y, en combinación con sus parámetros de transmisión relativos, ajustan su remisión de la señal. Esto puede contemplarse de manera que comprende un bucle de control lógico entre el receptor 220 y las estaciones de reemisor 215:k. Típicamente, existe otro bucle de control lógico entre el receptor 220 y el transmisor 210, que regula los parámetros de transmisión del transmisor tales como la potencia de salida, el modo de modulación, etc. Por consiguiente, la realización preferida de la presente invención comprende dos bucles de control lógicos: un primer bucle de control 505, situado entre el receptor 220 y las estaciones de reemisor 215:k, que proporciona a las estaciones de reemisor el parámetro de transmisión común, y un segundo bucle de control 510, que proporciona como realimentación información de transmisión desde el receptor 220 al transmisor 210.

En una realización alternativa, concebida para ser capaz de efectuar los casos anteriormente descritos 3-4, y descrita con referencia a la Figura 5b, los medios 216 para llevar a cabo la caracterización de canal y los medios tanto para determinar, 217, los parámetros de transmisión relativos como para determinar, 222, los parámetros de transmisión comunes, están centralizados y situados en el receptor 220, por ejemplo. El receptor recibe los resultados sin procesar de la señal piloto desde la estación de reemisor 215 y/o el transmisor 210. El receptor lleva a cabo las estimaciones necesarias y envía información sobre los parámetros de transmisión relativos y el parámetro de transmisión común a las estaciones de reemisor 215, ya sea como un mensaje radiodifundido que incluye todos los parámetros de transmisión relativos o como mensajes dedicados a cada estación de reemisor. Alternativamente, el transmisor puede llevar a cabo la estimación de los caminos de radio del primer enlace (caso 2) y, por tanto, tener los medios para ello. Una alternativa adicional consiste en que se lleva a cabo la caracterización y la determinación de parámetros de transmisión. Sin embargo, preferiblemente, el receptor y el transmisor se comunican, para presentar un mensaje o mensajes recogidos con toda la información de parámetros de transmisión, a las estaciones de reemisor, ya sea como un mensaje radiodifundido a todas las estaciones de reemisor, o como mensajes dedicados a cada estación de reemisor. Una alternativa adicional consiste en que la caracterización y la determinación de parámetros de transmisión se lleva a cabo en alguna otra parte de la red, por ejemplo, en un controlador de red de radio (RNC -"Radio Network Controller") o en una entidad con una capacidad funcional similar.

Como se ha descrito, la presente invención hace posible determinar de forma más precisa y fiable, y optimizar, diferentes parámetros de transmisión. Esto hace posible, a su vez, aprovechar al máximo las capacidades de una red de reemisión, en particular, las capacidades de una red de reemisión cooperativa.

El método de acuerdo con la invención facilita una distribución de capacidades funcionales en la red que permite un incremento en el número de estaciones de reemisor en una sesión de comunicación sin ningún incremento significativo en la cantidad de información de encabezamiento de protocolo que se necesita para la transmisión de datos desde el transmisor al receptor.

Al objeto de implementar el método de acuerdo con lo anterior, es deseable un procedimiento para tener en cuenta la caracterización de los caminos de radio de ambos enlaces, y, posiblemente, mediciones de calidad comunes, a la hora de determinar los parámetros de remisión. En lo que sigue se esboza un procedimiento eficiente, y se proporciona, al final de la descripción detallada, una deducción completa de las expresiones incluidas, en la "Obtención de expresiones analíticas". Se proporciona también más adelante el modo como el procedimiento puede ser adaptado para controlar y optimizar la transmisión de potencia, la fase y la activación de las estaciones de reemisor, lo que representa diferentes realizaciones.

Cada estación de reemisor k transmite con una potencia total definida por

3

donde P_{RS} es la potencia de transmisión sumada para todas las estaciones de reemisor, a_{k} es un factor de ganancia complejo no normalizado para la estación de reemisor k \in {1, 2,..., K}, y K es el número total de estaciones de reemisor.

En la "Obtención de expresiones analíticas" se muestra que la SNR de receptor máxima se alcanza (siempre y cuando la señal recibida esté normalizada a la potencia unidad) si

4

\vskip1.000000\baselineskip

y si

5

\vskip1.000000\baselineskip

donde

6

\vskip1.000000\baselineskip

y

7

y P_{BS} es la potencia transmitida de la estación de base, \sigma^{2}_{RS,k} es el nivel de ruido más interferencia en cualquier estación de reemisor, \sigma^{2}_{MS} es el nivel de ruido en la estación móvil, h_{1,k} es la ganancia de camino compleja desde la estación de base hasta la estación de reemisor k, y, finalmente, h_{2,k} es la ganancia de camino compleja desde la estación de reemisor k hasta la estación móvil.

Puede demostrarse (véase la Obtención detallada) que una estación de reemisor k que recibe una señal y_{k} transmitirá la siguiente señal:

8

Ha de apreciarse que \Gamma_{RS,k} se refiere a los caminos de radio del primer enlace y \Gamma_{MS,k} se refiere a los caminos de radio del segundo enlace. Por tanto, las características de radio de ambos enlaces se toman en cuenta en cada una de las estaciones de reemisor que remiten. \Gamma_{RS,k} y \Gamma_{MS,k} son, preferiblemente pero no necesariamente, calculados en cada estación de reemisión.

El término \Sigma|a_{k}|^{2} actúa como un factor de normalización de la potencia, denotado como \varphi, y se observa que no puede ser determinado individualmente para cada reemisor. En lugar de ello, se sugiere aquí que \varphi ha de ser determinado en alguna otra estación adecuada, y distribuido a los reemisores. 1/\varphi corresponde al parámetro de transmisión común, y 9 al parámetro de transmisión relativo para la estación de reemisor k.

La SNR [relación entre señal y ruido -"Signal-to-Noise Ratio"] máxima alcanzable bajo limitación de potencias de transmisión de reemisor sumadas, puede determinarse como

10

En una inspección más detallada, se observa que la contribución de SNR de cada reemisor individual a \Gamma^{(max)}_{Eff} es equivalente a la que sería si cada estación de reemisor transmitiese, por sí misma, con toda la potencia de transmisión de reemisor P_{RS}.

Por otra parte, se presenta también la "obtención de expresiones analíticas", expresiones para una composición de combinación coherente regenerativa y no regenerativa. Cuando se estudia la combinación coherente regenerativa y no regenerativa, una observación interesante es que una solución regenerativa es, generalmente, inferior a una solución no regenerativa, debido a que la reemisión regenerativa está, por necesidad, confinada a una región en torno al transmisor y no puede sacar provecho de todos los reemisores disponibles de una manera óptima. En otras palabras, incluso aunque una señal pueda no estar codificada, puede aún contribuir cuando se emplea la combinación coherente. En cualquier caso, una combinación del esquema no regenerativo y el regenerativo se comportará ligeramente mejor que si sólo se considerase el método no regenerativo. Los mecanismos para el control de la potencia y de la fase que se exponen en lo que sigue son independientes y genéricos con respecto a si se emplea también la reemisión regenerativa.

Control de fase

Como primer ejemplo de implementación, la arquitectura lógica y el método de acuerdo con la presente invención están destinados al uso para facilitar la combinación coherente. Un requisito previo para la combinación coherente es que las señales estén alineadas en fase en el receptor. Esto se hace posible al compensar la fase compleja desde el transmisor 210 a la estación de reemisor 215, así como la fase compleja desde la estación de reemisor 215 al receptor 220. En la práctica, en cada estación de reemisor, la señal recibida, y_{k}, se multiplica por el factor de fase e^{-j \cdot arg(ak)}, donde arg{a_{k}} = -arg{h_{1,k}}-arg{h_{2,k}}.

En consecuencia, la información de fase de canal explícita o implícita ha de hacerse disponible en cada estación de reemisor individual. Existen, esencialmente, dos esquemas básicos que pueden utilizarse para obtener la información de fase: uno basado en control de bucle cerrado y otro en control de bucle abierto. Es necesario utilizar el control de bucle cerrado cuando no se puede aprovechar la reciprocidad de canal, tal como en FDD (que se utiliza a través de un enlace individual), o cuando se requiere una alta precisión en el control. El esquema de control de bucle abierto aprovecha, en lugar de ello, la reciprocidad de canal, por ejemplo, permitida por TDD (que se utiliza a través de un enlace individual), con sondeo de canal que opera dentro del tiempo de coherencia de canal. El control de bucle abierto es generalmente menos preciso que el control de bucle cerrado, debido a las asimetrías en las cadenas de transmisión/recepción para un estación. Las diferencias son la parte esencial del esfuerzo que se pone en el diseño de los dispositivos físicos o hardware, y siempre pueden ser compensadas por un diseño mejorado. También, la incorporación ocasional de ciclos de control de bucle cerrado puede compensar los errores de bucle abierto estáticos. Sin embargo, en la presente invención, el error de fase puede ser, en principio, hasta \pm90º, y seguir combinándose coherentemente (si bien no de forma muy eficiente) con otras señales reproducidas. En consecuencia, no es una obligación una precisión absoluta en la fase, aunque ciertamente se prefiere. Un esquema de control cerrado generalmente se basa en una señalización explícita, que notifica el resultado de las mediciones y, por tanto, consume más recursos de comunicación e incurre en latencia con respecto a un esquema de bucle abierto. Nótese que esta exposición sobre TDD frente a FDD considera una técnica de duplicación o dúplex a través de un único enlace en un cierto instante, por ejemplo, de la estación de reemisor al enlace receptor, en tanto que es también posible caracterizar la comunicación global en la red basándose en la división de tiempo y de frecuencia. Por ejemplo, el enlace uno y el enlace dos pueden compartir una banda de frecuencias o utilizar bandas diferentes. Desde el punto de vista de la invención, sin embargo, puede utilizarse cualquier combinación de esquemas dúplex y de acceso múltiple, siempre y cuando pueda determinarse información de fase de canal y utilizarse para la compensación de fase en las estaciones de reemisor.

Estrechamente asociado con el control de bucle cerrado y de bucle abierto está el asunto de qué estación envía las señales piloto, que se ha explicado previamente con referencia a la tabla 1. Puesto que son las estaciones de reemisor las que han de llevar a cabo el ajuste de fase, éste es el lugar natural para determinar arg{a_{k}}. Si una estación de reemisor envía una señal piloto, se necesita notificar los parámetros de fase (o de canal) de vuelta al reemisor. Esto corresponde al caso de bucle cerrado. Si, en lugar de ello, una estación de reemisor recibe una señal piloto, no necesita notificarse a ninguna parte el parámetro de fase (o de canal). Esto corresponde al caso de bucle abierto. Queda claro que, dependiendo de si es necesario enviar información de fase (es decir, de canal) en un paquete de control, o puede ser mantenida en la misma estación, ello tiene un impacto en la eficiencia de los recursos de radio, en el consumo de potencia, así como en la complejidad de la implementación. En cualquier caso, como se observa por lo anterior, existe una miríada de posibilidades y se seleccionarán las más prometedoras. Se expondrá más adelante una combinación preferida de duplicación y acceso múltiple. Sin embargo, como se aprecia por parte del experto de la técnica, existe un gran número de posibilidades y la invención no está limitada a lo que se especifica más adelante.

El caso 1 (véase la tabla 1), que es del tipo de bucle abierto y es adecuado para TDD con tiempo de coherencia "suficiente", ofrece la complejidad de señalización más baja, al ser necesarias tan sólo dos transmisiones y ser el procesamiento o tratamiento distribuido en todas las estaciones de reemisor. Aquí, el transmisor, así como el receptor pretendido, emiten símbolos de estimación de canal lo suficientemente a menudo o siempre que se necesite, de tal modo que cada reemisor puede efectuar un seguimiento de ambos canales. La estación de reemisor estima subsiguientemente las fases de canal que determinan el factor de fase a_{k}.

Control de potencia

Un segundo aspecto importante para la comunicación eficiente de los recursos, aparte del control de fase, es el control de la potencia, puesto que proporciona medios para garantizar una calidad de comunicación satisfactoria. La arquitectura lógica y el método de acuerdo con la presente invención se adaptan fácilmente a su uso para un control efectivo de la potencia. El método de control de potencia está basado en el hecho de que la SNR efectiva en el receptor se controla con vistas a una SNR de objetivo o pretendida, \Gamma_{0}, que establece la deseada calidad del enlace. La SNR de objetivo puede, por supuesto, cambiar con el tiempo dependiendo de cómo el modo de enlace o el requisito de QoS cambie con el tiempo. De conformidad con la arquitectura lógica y con el método de acuerdo con la presente invención, puede ajustarse la potencia en el transmisor e, individualmente, en cada reemisor. El control de potencia de reemisor tiene componente de reemisor común, así como individual. Con el objetivo de minimizar la potencia sumada, se aborda el asunto de las minimizaciones de interferencia de acceso múltiple, así como la minimización del consumo de potencia en los reemisores. Sin embargo, cuando una MS actúa como transmisor, puede utilizarse también el control de la potencia como método para minimizar significativamente el consumo de potencia y la potencia radiada para la MS, lo que, entre otras ventajas, prolonga la vida de la batería de la MS.

En el nivel más alto, el problema del control de la potencia puede definirse como:

Encontrar

\hskip0,5cm

{P_{BS}, P_{k}}, \forallk \in {1, 2,..., K};

\hskip0,5cm

tal que

\hskip0,5cm

\Gamma^{(max)}_{eff} = \Gamma_{0}

Esto se lleva a cabo, preferiblemente, bajo ciertas limitaciones, tales como la minimización de P_{RS} = \SigmaP_{k}, y con P_{BS} fijo, si bien pueden considerarse también otras restricciones, por ejemplo, la minimización de la potencia de transmisión total P_{RS} + P_{BS}, o tener en cuenta la ubicación de la generación de interferencias inducida por reemisor. En lo que sigue, se supondrá la minimización de P_{RS} = \SigmaP_{k}, con la adaptación fija (o relativamente lenta) de P_{BS}. Es éste un objetivo de diseño razonable en el enlace descendente, pero para el enlace ascendente puede ser de mayor interés minimizar la potencia del transmisor. Sin embargo, si los reemisores son móviles y están basados en la potencia de unas baterías, la potencia sumada de los reemisores y del transmisor puede ser minimizada.

Ésta es la función básica del control de potencia. Desde el punto de vista práctico, el cometido global de controlar la potencia en una red de reemisor cooperativo en general, y con combinación coherente en particular, es utilizar conocimiento previo de la potencia utilizada P_{BS} y P_{k}, y actualizar estos parámetros para satisfacer la calidad de comunicación deseada.

El control de potencia comparte muchos de sus rasgos con el control de fase, ya que la ganancia de los enlaces puede ser estimada de diversas maneras, dependiendo del bucle cerrado/abierto, de TTD/FDD, de aspectos de la distribución del control... Por tanto, también aquí puede contemplarse una gama de implementaciones alternativas. En lo que sigue, similarmente a la explicación del control de fase, se supone que el transmisor y el receptor emiten señales de estimación de canal, y que puede suponerse la reciprocidad en la ganancia de canal, si bien la invención no está limitada a ello.

El control de potencia que aquí se propone tiene tanto un componente distribuido para cada estación de reemisor, como el parámetro de transmisión relativo y un componente común a todos los reemisores: el parámetro de transmisión común. El esquema funciona como sigue: a través de la estimación de canal, y con el conocimiento de la potencia utilizada para enviar la señal piloto, cada estación de reemisor puede determinar su ganancia de camino respectiva hacia el transmisor y el receptor, respectivamente, aunque también pueden estimarse, al mismo tiempo, niveles de interferencia y de ruido. Basándose en una medición de la ganancia de camino y en información sobre P_{RS} y \sigma^{2}_{MS}, es posible determinar \Gamma_{MS,k}. Posiblemente también basándose en la ganancia de camino, en el ruido con estimaciones de interferencia y el conocimiento de P_{BS}, o simplemente por mediciones directas de la SNR en cualquier señal recibida, es posible determinar la SNR en la estación de reemisor, \Gamma_{RS,k}. Basándose en esto, pueden determinarse los niveles de potencia de transmisión relativos en cada estación de reemisor, de una manera completamente distribuida. Sin embargo, cada nivel de potencia de transmisión relativo necesita ser regulado en escala con el factor de normalización \varphi con el fin de garantizar que la potencia de transmisión sumada es idéntica, o al menos cercana, a la potencia de transmisión sumada P_{RS}. Ésta es la parte de control de potencia común. Si \varphi es demasiado pequeño, entonces se envía más potencia que la P_{RS} óptima, y, por tanto, existe una asignación de potencia relativa más adecuada para la potencia de transmisión empleada. Lo mismo es válido cuando \varphi es demasiado grande. Por tanto, es importante para una inversión o empleo óptimo de los recursos controlar \varphi de tal manera que la potencia pretendida P_{RS} sea el nivel de potencia sumada que es transmitido por los reemisores. N. B., no es un problema significativo desde el punto de vista del rendimiento que \varphi sea un tanto pequeño como para sólo mejorar la SNR efectiva, puesto que el impacto relativo del ruido interno del receptor es reducido.

Haciendo referencia ahora a la arquitectura lógica que se ilustra en la Figura 5, el factor de normalización, al ser un parámetro de transmisión común, es, preferiblemente, determinado, así como distribuido, desde el receptor. Esto debe contemplarse como una arquitectura lógica, puesto que es también posible remitir toda la información de control al transmisor, que la distribuye entonces, por ejemplo, a las estaciones de reemisor. El primer bucle de control 505 entre el receptor 220' y las estaciones de reemisor 215:k proporciona a las estaciones de reemisor la P_{RS}, en tanto que el segundo bucle de control 510 que va desde el receptor 220 al transmisor 210, proporciona al transmisor la P_{BS}. Opcionalmente, si el transmisor tiene una mejor visión de todo el sistema de radio, incluyendo muchos grupos de enlaces de TX-RS-RX cooperativos, similar a la que tendría una estación de base conectada a una red troncal en un sistema celular, entonces puede incorporar aspectos adicionales que se propongan optimizar el sistema en su conjunto.

Se proporciona a continuación un método para implementar el bucle de control en el receptor, suponiendo entonces que P_{BS} es fija (o se controla lentamente). A partir de una transmisión, que se produce en un instante denotado por n, el receptor mide la potencia de la señal de interés, combinada coherentemente, C_{r}, el ruido inducido por el reemisor, medido en el receptor, N_{r}, y el ruido interno del receptor, N_{i}. Basándose en esto, y condicionado a \Gamma_{0}, el receptor determina P^{(n+1)}_{RS} y una actualización de un factor de normalización, \varphi^{(n+1)}. Esto puede escribirse como una relación de correspondencia a través de una función de objetivo f como

(6)f(C_{r}, N_{r}, N_{i}) \rightarrow {P^{(n+1)}_{RS}, \varphi^{(n+1)}};

\hskip0,5cm

tal que

\hskip0,5cm

\Gamma^{(max)}_{eff} = \Gamma_{0}

El receptor distribuye entonces las actualizaciones, P^{(n+1)}_{RS} y \varphi^{(n+1)}, a todos los reemisores a través de un mensaje de control de multi-difusión o difusión múltiple. Para ilustrar la idea, supóngase que P_{RS} se mantiene fija desde la transmisión previa, pero que ha de adaptarse el factor de normalización. En la sección "Obtención de expresiones analíticas" se muestra que una normalización óptima requiere un equilibrio entre la señal recibida, C_{r}, y el ruido total recibido, ruido de interferencia y ruido interno del receptor, N_{r} + N_{i}, de acuerdo con

(7)C_{r} = (N_{r} + N_{i})^{2}

Por tanto, incluyendo el factor de normalización previo \varphi^{(n)}, que es conocido por el receptor, y la actualización necesaria \varphi^{(n+1)} para equilibrar la ecuación, la relación se convierte en

14

que da \varphi^{(n+1)} mediante la resolución de una simple ecuación de segundo orden.

Si tanto P_{RS} como \varphi necesitan ser actualizados, la anterior ecuación de equilibrio, la relación para la SNR de receptor, \Gamma, puede ser utilizada conjuntamente con niveles de señal medidos y resolverse para P_{RS} y \varphi. Es posible utilizar para este propósito, preferiblemente, técnicas de linealización, tales como la expansión de Taylor y diferenciales, y resolverla para \DeltaP_{RS} y \Delta\varphi.

Se aprecia que, para la primera transmisión, el factor de normalización no se da a priori. Pueden adoptarse diferentes estrategias para adaptar rápidamente la potencia. Por ejemplo, puede determinarse inicialmente un límite de potencia de transmisión superior por cada reemisor, ya que puede hacerse que estén al corriente de \Gamma_{0} y pueden también determinar su contribución a SNR (combinación coherente). Si cada reemisor permanece sobradamente por debajo de su límite superior con algún factor, la potencia puede hacerse crecer en rampa sucesivamente por parte del bucle de control, de tal manera que las comunicaciones en curso no se vean interferidas repentinamente por ello. Esto permite que bucles de control para otras estaciones de comunicación se adapten a las nuevas fuentes de interferencia de una manera controlada y distribuida.

Nótese también que, incluso aunque se produzcan limitaciones de potencia de transmisión en cualquiera de los reemisores, el bucle de control de potencia garantiza que la SNR se maximiza en todas las condiciones.

Otro método, posiblemente más preciso, para determinar el factor de normalización consiste en determinar el término |a_{k}| en cada reemisor y, a continuación, enviarlo al receptor, en el que se calcula \Sigma|a_{k}|^{2} y se obtiene, por tanto, el factor de normalización \varphi. Subsiguientemente, \varphi se distribuye a todos los reemisores, similarmente a la realización previa. Nótese que la cantidad de señalización puede ser reducida y mantenida en un nivel aceptable tomando muestras únicamente de un subconjunto de todos los reemisores, esto es, algunos de los reemisores más importantes, al objeto de producir una estimación lo suficientemente buena del término \Sigma|a_{k}|^{2}. Esto viene motivado adicionalmente por el hecho de que el término \Sigma|a_{k}|^{2} no cambiará generalmente mucho a lo largo de un tiempo corto, incluso en canales en desvanecimiento, debido a las grandes ganancias de diversificación inherentes a la invención.

Si bien se ha descrito el control de potencia en el contexto de la combinación coherente, el esquema de funcionamiento es también aplicable para el control de potencia en otros tipos de esquemas de cooperación de reemisores, tales como la diversificación de transmisión inducida por varios reemisores, tal como la diversificación de Alamouti. El esquema de funcionamiento es similar por cuanto que el control de potencia considera combinaciones de potencia de transmisor, potencia de reemisor individual y potencia de reemisores sumados. Otro ejemplo de diversificación de transmisión inducida por reemisores es la diversificación de retardo (cíclica/lineal). Cada reemisor impone un retardo aleatorio o lineal controlado (o cíclico) en las señales retransmitidas y, por tanto, provoca una selectividad adicional en la frecuencia. La diversificación de retardo es una diversificación de transmisión bien conocida por la comunicación de CDMA [Acceso Múltiple por División en Código -"Code Division Multiple Access"] y de OFDM [Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales -"Orthogonal Frequency Division Multiplexing"].

Con el fin de hacer un sumario de esta sección, esta invención sugiere utilizar el control de potencia como un concepto para asegurar la optimización del rendimiento para la combinación coherente basándose en la reemisión cooperativa en un canal realista y, en particular, para optimizar la relación entre señal y ruido bajo limitaciones de potencia de transmisión de reemisor sumada. Este concepto de control de potencia no está limitado a la combinación coherente basada en redes de retardo cooperativo, sino que también otras redes orientadas al retardo cooperativo pueden hacer uso del mismo concepto, si bien, en tal caso, con objetivos de optimización más adecuados para el esquema que está siendo utilizado. Además, se sugieren las características básicas para un protocolo basado en el sondeo de canal y en la estimación de parámetros de ganancia a través tanto del enlace uno como del enlace dos. Se ha esbozado también una elección de diseño razonable para el diseño de protocolo (con similitudes con el control de fase), basada en una baja complejidad, una baja información de encabezamiento de señalización y un bajo consumo de potencia total. En particular, se muestra que es posible utilizar la combinación de los bucles de control de potencia que incluye el control de la potencia de reemisor y de transmisor. Recientemente se ha demostrado que el bucle de control para los reemisores puede ser construido sobre decisiones de control de potencia distribuidas en cada reemisor, así como una parte de control de potencia común, en la que se controla conjuntamente todo el conjunto de reemisores.

En el diagrama de flujo de la Figura 7 se ilustran las etapas principales de la realización que utiliza el método y la arquitectura de la invención para un control de potencia y un control de fase eficientes. El método comprende las etapas de:

600: Enviar señales piloto por los k caminos del enlace 1, desde el transmisor 210' a las estaciones de reemisor 215:k;

610: Cada estación de reemisor 215:k estima el canal k del enlace 1, h_{1,k}; También se estiman los niveles de interferencia y de ruido con el fin de calcular \Gamma_{RS,k}.

620: Enviar señales piloto por los k caminos del enlace 2, desde el receptor 220' a las estaciones de reemisor 215:k;

630: Cada estación de reemisor 215:k estima su canal respectivo del canal k de 2, h_{2,k};

640: Cada estación de reemisor 215:k determina parámetros de transmisión relativos basándose en las estimaciones de canal.

650: El receptor 220' determina un factor de normalización \varphi.

660: El receptor 220' radiodifunde el factor de normalización \varphi, P_{RS} y \sigma^{2}_{RS} a las estaciones de reemisor 215:k.

670: Cada estación de reemisor 215:k utiliza los \varphi, P_{RS} radiodifundidos y los \Gamma_{MS,k} y \Gamma_{RS,k} localmente determinados, así como la fase de las estimaciones de canal h_{1,k}, h_{2,k}, para, con la recepción de la señal y_{k}, transmitir la siguiente señal:

\vskip1.000000\baselineskip

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donde el parámetro \Gamma_{RS,k} se calcula basándose en la estimación de canal, P_{BS} y \sigma^{2}_{RS}, y \Gamma_{MS,k} se calcula basándose en P_{RS} y \sigma^{2}_{MS}.

Si se está considerando la primera transmisión al receptor (entonces el bucle de potencia no está al corriente de la calidad de enlace que está por venir), a modo de ejemplo, el reemisor puede modificar y aumentar el límite del factor de normalización \varphi recibido, de tal manera que \varphi_{k} = c\cdot|a_{k}|^{2}, donde c \leq 1 es enviado desde el receptor o es conocido a priori.

675: El receptor 220' suministra como realimentación información de control al transmisor 210' (P_{BS}).

\newpage

El primer bucle de control, indicado en la etapa 760, puede comprender adicionalmente las sub-etapas de:

660:1: El receptor mide en el instante n la calidad de la señal recibida, o, más concretamente, la potencia de la señal combinada de forma coherente, C_{r}, el ruido inducido por el reemisor, medido en el receptor, N_{r}, y el ruido interno en el receptor, N_{i}.

660:2: El receptor determina, basándose en la medición de la etapa 675:1, y con la condición de un \Gamma_{0} de objetivo deseado, una actualización de al menos uno de entre el factor de normalización \varphi^{(n+1)} y la potencia de reemisor sumada P^{(n+1)}_{RS}.

660:3: El receptor distribuye las actualizaciones P^{(n+1)}_{RS} y \varphi^{(n+1)} a todos los reemisores a través de un mensaje de control de difusión múltiple.

De forma similar, el segundo bucle de control, indicado en la etapa 675, puede comprender, opcionalmente:

675:1: El receptor actualiza la potencia de transmisor (BS), P^{(n+1)}_{BS}.

Alternativamente, si no se han de realizar estimaciones y cálculos por parte de las estaciones de reemisor, se remiten resultados sin procesar de las señales piloto a una capacidad funcional centralizada, en el receptor, por ejemplo, y se transmiten parámetros de transmisión relevantes a cada estación de reemisor.

Control de activación de estaciones de reemisor

El método y la arquitectura de la presente invención pueden ser utilizados, ventajosamente, para decidir qué estaciones de reemisor 215:k se han de incluir en una comunicación, ya sea en el establecimiento de la comunicación, ya sea durante la sesión de comunicación. Como algunos reemisores experimentan unas condiciones de SNR deficientes en uno de los enlaces (transmisor-reemisor y reemisor-receptor) o en ambos, pueden contribuir muy poco a las mejoras globales en la SNR. Aún así, estos reemisores pueden, con todo, consumir una potencia significativa debido al receptor, al transmisor y a las funciones de tratamiento de señal. Puede ser también de interés tener algunos medios de control para localizar o ubicar la generación de interferencias de reemisor en un número menor de reemisores. De aquí que pueda considerarse, por lo tanto, como derrochador el uso de algunas de las estaciones de reemisor. En consecuencia, una función deseable consiste en activar reemisores basándose en criterios predeterminados. Tales criterios pueden consistir en un umbral inferior preestablecido de SNR aceptable en uno de los enlaces, en ambos enlaces o en la contribución a la SNR efectiva. El límite puede ser también adaptable y controlado por alguna entidad, preferiblemente la estación receptora, ya que ésta tiene información acerca de la SNR efectiva en ese momento. El reemisor puede, por tanto, por ejemplo, conjuntamente con información de control de potencia y símbolos de estimación de canal, recibir un umbral de SNR de activación de reemisor, \Gamma_{Activo}, desde el receptor con el que se compara la contribución de SNR esperada, y si se supera este umbral, se permite la transmisión, y en caso contrario, no. El umbral de SNR de activación de reemisor, \Gamma_{Activo}, corresponde a un parámetro de transmisión común, preferiblemente determinado por el receptor 220' y distribuido a la estación de reemisor 215. El procedimiento de decisión real, en el que cada estación de reemisor utiliza parámetros locales (correspondientes a los parámetros de transmisión relativos), se distribuye a las estaciones de reemisor de la manera proporcionada por el método y la arquitectura de la invención. Este ensayo, que se lleva a cabo preferiblemente en cada reemisor antes de la transmisión, puede, por ejemplo, formularse de acuerdo con:

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aunque pueden utilizarse también otras condiciones, dependiendo de métodos de reemisor que incluyan técnicas de diversificación de reemisor alternativas. Por ejemplo, la condición de activación de reemisor puede, más generalmente, estar caracterizada como una función de objetivo f_{2} de acuerdo con f_{2}(\Gamma_{RS,k}, \Gamma_{MS,k}).

Por otra parte, el mensaje radiodifundido que contiene el \Gamma_{Activo} podría comprender adicionalmente campos que pueden ser utilizados para precisar reemisores concretos (por medio de direcciones de reemisor asignadas) que deberán ser incorporados, o tan sólo se le permite a él ser utilizado, o bien debe ser excluido, o cualquier combinación de estas situaciones. Otros métodos para dirigirse a ciertos reemisores pueden estar basados, por ejemplo, en alcances de direccionamiento. Esto le permite a uno limitar el número de reemisores implicados según se desee.

De la anterior explicación y de la expresión (9), puede apreciarse que el receptor 220' puede, al experimentar una SNR que se debilita, por ejemplo, debido al movimiento de la MS [estación móvil], escoger ordenar una potencia de transmisión incrementada y/o incluir más estaciones de reemisor 215 al rebajar el umbral \Gamma_{Activo}. Otras condiciones de la calidad de comunicación, tales como la proporción de errores de paquetes o de bits, pueden utilizarse también por el receptor para desencadenar cambios en los parámetros comunes, tales como una regulación de la escala de potencia de transmisión conjunta para todas las potencias de los reemisores.

El control de la activación de los reemisores puede incorporarse al algoritmo de control de potencia y fase que se ha descrito con referencia a la Figura 7, mediante la modificación de las etapas 750-770, de tal manera que:

en la 650: el receptor 220' también determina un umbral de SNR de activación, \Gamma_{Activo};

en la 660: el receptor 220' también radiodifunde \Gamma_{Activo} a las estaciones de reemisor 215:k;

en la 670: cada estación de reemisor 215:k determina primeramente si ha de radiodifundir utilizando el umbral de SNR de activación, \Gamma_{Activo}, por ejemplo, de acuerdo con la expresión (9).

El método y la arquitectura de acuerdo con la presente invención pueden adaptarse a otras topologías diferentes de las anteriormente proporcionadas como ejemplo. La topología de la Figura 5 puede, por ejemplo, modificarse de manera que incluya múltiples antenas en cada estación de reemisor, como se muestra en la Figura 7. El beneficio de hacerlo así es que puede reducirse el número de estaciones de reemisor a la vez que se sigue obteniendo una ganancia en la capacidad de dirección total de las antenas similar. Si cada elemento de antena es separado más que la distancia de coherencia, se proporciona también una ganancia en la diversificación. Globalmente, esto puede reducir el coste al tiempo que proporciona un rendimiento casi idéntico. Sin embargo, la reducción del número de reemisores puede tener un impacto perjudicial debido al ensombrecimiento (es decir, el desvanecimiento normal por obstáculos) y ha de aplicarse cuidadosamente. Desde el punto de vista de la señal, del tratamiento y del protocolo, cada antena puede ser tratada como una estación de reemisor independiente. Otro beneficio de esta solución es, sin embargo, que es posible compartir los recursos internos y otros. Además, la reemisión puede ser potencialmente coordinada de forma interna entre las antenas, con lo que se mitiga la generación de interferencias hacia receptores no deseados.

La calidad de la comunicación puede mejorarse adicionalmente al incorporar también la señal directa desde el transmisor 210 al receptor 220. Existen al menos dos métodos principales concebibles para incorporar la señal procedente del transmisor. La Figura 8 representa la topología cuando se considera también la transmisión directa desde el transmisor.

En el primer método se requieren dos fases de comunicación. El receptor combina la señal recibida directamente desde el transmisor, en la primera fase, con la transmisión de reemisor, procedente de la segunda fase. Esto es en cierta medida similar a la combinación basada en el receptor del canal de reemisor clásico, pero con una reemisión basada en la combinación coherente. Es posible emplear una combinación de relación máxima o de rechazo de interferencias.

En el segundo método, la Combinación Coherente Orientada al Reemisor de Transmisión, únicamente se usa una fase de comunicación, que se utiliza para la combinación coherente de la señal directa que va del transmisor al receptor con las señales de reemisor. Esto puede hacerse posible si los reemisores pueden transmitir y recibir de forma concurrente, por ejemplo, a través de antenas independientes. La fase de a_{k} debe entonces garantizar la alineación de la señal relevada o retransmitida con la señal directa, como

arg{a_{k}} = -arg{h_{1,k}}-arg{h_{2,k}}-arg{h_{BS,MS}} + c_{1}

donde h_{BS,MS} es el canal complejo desde la estación de base hasta la estación móvil. Una consecuencia de incorporar la señal directa para la combinación coherente es que los reemisores han de ajustar de forma adaptativa su fase con respecto a la señal directa. Puede utilizarse para esto un bucle cerrado. Similarmente al control de potencia del factor de normalización, el receptor emite mensajes de control de fase a todo el grupo de estaciones de reemisor, pero con un incremento o delta de fase \theta que se ha de restar de la compensación de fase calculada (-arg{h_{1,k}}-arg{h_{2,k}}).

Como la estación de base no induce ningún ruido a través de su transmisión, su potencia de transmisión no necesita ser ajustada para un rendimiento óptimo, como era necesario para los reemisores. En lugar de ello, el rendimiento se incrementa monótonamente con el crecimiento de la potencia de transmisión de la estación de base. Una opción es, sin embargo, tratar de minimizar la potencia de transmisión global, la potencia de reemisor sumada y la potencia de la estación de base. El ajuste de parámetros para ello es similar al que se ha obtenido en la explicación de la reemisión regenerativa, suponiendo que se considere la estación de base como un reemisor. Además de lo anterior, pueden utilizarse también múltiples elementos de antena en el transmisor, similarmente a las explicaciones acerca de los reemisores con múltiples antenas.

La obtención de los parámetros de transmisión relativos y comunes es también directamente aplicable a la transmisión de portadora múltiple, tal como la OFDM [Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales -"Orthogonal Frequency Division Multiplexing"], al manejar cada sub-portadora independientemente. Esto incluirá entonces una normalización de amplitud común, y compensación de fase y de amplitud de reemisor distribuida por sub-portadora. Para llevar esto a cabo, se toma el camino a través de FFT-tratamiento-IFFT, o bien, posiblemente, a través de filtración en el dominio del tiempo. El control de potencia puede enviar un factor de normalización \varphi y una indicación de potencia de reemisor P_{RS} en forma de vector con el fin de optimizar el rendimiento por sub-portadora. Una solución más práctica consiste en enviar \varphi y P_{RS} como escalares, actuando en todas las sub-portadoras. En el caso de la optimización de sub-portadora, el control de potencia puede entonces tratar de minimizar la potencia de transmisión total a través de todas las sub-portadoras para satisfacer la calidad de comunicación deseada. Esto proporciona entonces una cierta ganancia de diversificación en el dominio de la frecuencia.

Otro aspecto de la OFDM es que se trata de una elección preferida para la Combinación Coherente Orientada a Reemisor de Transmisión que se ha descrito anteriormente. La razón es que el prefijo cíclico permite una cierta latencia de transferencia de reemisor corta, de manera que la fase y la amplitud se modifican a través de un filtro en el dominio del tiempo que hace posible una transmisión inmediata.

Para transmisiones de portadora única, tales como el CDMA, y con canales selectivos de frecuencia, es posible emplear un funcionamiento en el dominio de la frecuencia similar a la OFDM u, opcionalmente, puede llevarse a cabo la alineación de fases en el camino de señal más intensa, o bien con un filtro en el dominio temporal, como se ha explicado para la OFDM.

Para que la combinación coherente funcione, es importante sincronizar la frecuencia de estación de reemisor con una fuente común. En un sistema celular, la BS es una fuente natural, puesto que la precisión de la señal de reloj es generalmente mejor en la estación de base que en cualquier estación móvil. Esta función puede sacar provecho de la compensación de desplazamiento en frecuencia normal según se lleva a cabo en implementaciones de receptor de OFDM tradicionales, lo que mitiga la interferencia entre canales.

Sin embargo, los reemisores pueden aprovecharse opcionalmente del GPS para la sincronización en frecuencia, caso de estar disponible.

Si bien la invención se ha descrito fundamentalmente en un contexto de combinación coherente, la invención no está limitada a ello. La invención puede ser aplicada en varios tipos de métodos existentes y previstos para reemisión (cooperativa) de dos saltos. En el caso más general, los parámetros de transmisión de los reemisores son funciones de características de comunicación del primer enlace, de características de comunicación del segundo enlace, o de una combinación de las mismas. La calidad de comunicación ha sido descrita de resultas de la ganancia de canal compleja (adecuada para la combinación coherente); sin embargo, cuando se consideran otros esquemas (que ofrecen diversificación y/o ganancias de multiplexación espacial), otras magnitudes medidas características del enlace pueden ser de más relevancia. Como ejemplo, para la diversificación de Alamouti, puede ser más preferible utilizar la magnitud de ganancia de camino promedio, G, en lugar de ganancias de canal complejo, h.

Si bien la invención se ha descrito en relación con lo que se considera en el presente como las realizaciones más prácticas y preferidas, ha de comprenderse que la invención no está limitada a las realizaciones descritas, sino que, por el contrario, se pretende que cubra diversas modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas en el ámbito de las reivindicaciones que se acompañan.

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Obtención detallada

En el análisis, se supondrá que existen K estaciones de reemisor arbitrariamente situadas. Cada estación de reemisor k \in {1, 2,..., K} recibe una señal compuesta por una versión atenuada de la señal deseada, por ejemplo, que se ajusta a un modelo de curva Gaussiana compleja x \sim N(0,1), así como un término de ruido más interferencia, n_{RS,k}, de acuerdo con

y_{k} = h_{1,k} \cdot \sqrt{P_{BS}} \cdot x + n_{RS,k}

donde h_{1,k} es la ganancia de camino compleja desde la estación de base hasta la estación de reemisor k, y P_{BS} es la potencia de transmisión de la estación de base.

En el reemisor, y_{k} es (para su manejabilidad de análisis) normalizada a la potencia unidad, y multiplicada por un factor complejo que genera la salida z_{k}. Subsiguientemente, z_{k} se envía a través del enlace dos, hacia el receptor, y se atenúa a lo largo de su camino con la ganancia de camino compleja h_{2,k}, donde se superpone con señales procedentes de otros reemisores, a las que se añaden ruido e interferencias.

Como se supone que cada reemisor normaliza la potencia recibida más el ruido a la potencia unidad antes de su amplificación y el ajuste de su fase, la limitación de potencia de transmisión en el reemisor puede ser incorporada al análisis al permitir que cada estación k utilice potencia de transmisión dada por la expresión:

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donde P_{RS} es la potencia de transmisión total de todas las estaciones de reemisor, y a_{k} es un factor de ganancia complejo no normalizado para la estación de reemisor k.

Para la transmisión de reemisor limitada por la potencia sumada, la SNR en el receptor (se supone aquí una estación móvil, MS) puede entonces escribirse como

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donde \sigma^{2}_{MS} es el nivel de ruido más interferencia en la estación móvil.

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Una condición para la combinación coherente es la alineación en fase de las señales, lo que puede conseguirse garantizando que

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donde c_{1} es una constante arbitraria.

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La expresión para la SNR efectiva que resulta de la combinación coherente puede rescribirse entonces como

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donde

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y

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Nótese que \Gamma_{MS,k} es una "SNR virtual" en el sentido de que sería la SNR en el caso de que la estación de reemisor k utilizase por sí sola toda la potencia de transmisión de las estaciones de reemisor sumada.

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Se aprecia que la expresión para SNR tiene la forma

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la cual puede transformarse con el uso de

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lo que conduce a

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Ahora bien, el numerador está limitado superiormente por la desigualdad o inecuación de Cauchy-Schwarz:

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de donde puede obtenerse una igualdad para una b_{k} óptima, y la SNR resultante es entonces

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Esto puede expresarse convenientemente en SNRs como

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Mediante identificación o identidad, se observa que puede obtenerse la máxima SNR si

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donde Const es una constante arbitraria que puede ajustarse en uno por conveniencia.

Desde el punto de vista del control de potencia, es interesante apreciar que el numerador es exactamente el cuadrado del denominador para la SNR óptima. Este conocimiento puede ser utilizado, por tanto, como un objetivo del control de potencia.

Usando la transformación inversa, se obtiene

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o, expresado en SNRs:

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De aquí que un reemisor que recibe una señal y_{k} pueda determinar z_{k} mediante la determinación

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Adición de reemisión regenerativa

Si la SNR en una estación de reemisor es lo suficientemente alta, la señal recibida puede ser descodificada antes de retransmitir la señal. Para proporcionar un modelo de este comportamiento, puede decirse que una SNR más grande que un mínimo, \Gamma_{Descodificación}, es suficiente para descodificar. El beneficio de hacerlo así es que es posible evitar por completo la remisión de ruido perjudicial (e interferencia) y, por tanto, el resultado es una SNR adicionalmente mejorada en el receptor. En este caso, sin embargo, la señal descodificada ha de ser compensada en fase únicamente para el segundo salto, esto es:

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Ajustando \sigma^{2}_{RS,k} = 0 para esas estaciones en las expresiones anteriores, puede obtenerse la magnitud del factor multiplicativo |a_{k}| así como la contribución a la mejora de la SNR. La combinación de las dos transmisiones, la carente de ruido (regenerativa) y la ruidosa (no regenerativa), adopta entonces la forma:

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y

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y

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Nótese que \Gamma_{RS,k} < \Gamma_{Descodificación} es sólo un modelo útil para evaluar el rendimiento en un escenario de reemisión no regenerativa y regenerativa mezcladas. En la práctica, las expresiones de arriba, es decir, las correspondientes a \Gamma_{RS,k} < \Gamma_{Descodificación}, se utilizan cuando la señal no es remitida de una manera no regenerativa, y las expresiones de abajo, esto es, las correspondientes a \Gamma_{RS,k} > \Gamma_{Descodificación}, se utilizan cuando la señal no es remitida de una manera regenerativa.

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Referencias

[1] J. N. Laneman, Cooperative Diversity in Wireless Networks: Algorithms and Architectures, Ph.D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, agosto de 2002. <Tesis>.

[2] J. N. Laneman y G. W. Wornell, "An Efficient Protocol for Realizing Distributed Spatial Diversity in Wireless Ad-Hoc Networks", en Proc. of ARL FedLab Symposium on Advanced Telecommunications and Information Distribution (ATIRP-2001), (College Park, MD), marzo de 2001. <Informe>.

[3] J. N. Laneman y G. W. Wornell, "Energy-Efficient Antenna-Sharing and Relaying for Wireless Networks", en Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC-2000), (Chicago, IL), septiembre de 2000.

[4] B. Schein y R. Gallagher, "The Gaussian parallel relay network", en IEEE International Symposium on Information Theory, ISIT2000, Sorrento, Italia, del 25 al 30 de junio de 2000.

[5] B. Schein, "Distributed Coordination in Network Information Theory", PhD thesis, págs. 64-68, MIT, Cambridge, MA, agosto de 2001. Lippman, Bletsas

[6] T. M. Cover y A. A. El Gamal, "Capacity theorems for the relay channel", IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 25, nº 5, págs. 572-584, septiembre de 1979.

[7] E. V. D. Meulen, "Three-terminal communication channels", Advances in Applied Prob-ability, vol. 3, págs. 120-154, 1971.

[8] A. Sendonaris, E. Erkip, B. Aazhang, "Increasing CDMA Cell Capacity via In-Cell User Cooperation", Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Rice University, Poster Titles, 11 de noviembre de 1977.

[9] M. Dohler, E. Lefranc, H. Aghvami, "Virtual Antenna Arrays for Future Wireless Mobile Communication Systems", ICT2002, junio de 2002.

[10] G. W. Wornell, V. Poor, "Wireless Communications: Signal Processing Perspectives" (Prentice Hall Signal Processing Series), Prentice Hall, 1ª edición (abril de 1988).

Claims

1. Un método para llevar a cabo la comunicación en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, en el cual se conectan un transmisor (210), un receptor (220) y al menos una estación de reemisor (215) en una sesión de comunicación, y la estación de reemisor (215) remite señales desde un primer enlace entre el transmisor (210) y la estación de reemisor (215) a un segundo enlace entre la estación de reemisor (215) y el receptor (220), caracterizado por que la remisión llevada a cabo por la al menos una estación de reemisor (215) se adapta en respuesta a características de canal de radio estimadas tanto del primer enlace como del segundo.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la sesión de comunicación implica una pluralidad de estaciones de reemisor (215), de tal manera que cada estación de reemisor (215) recibe señales desde el transmisor (210) y remite las señales al receptor (220), y su respectiva remisión se adapta basándose en un parámetro de transmisión relativo que es específico para cada estación de reemisor, y un parámetro de transmisión común que es común a todas las estaciones de reemisor.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, de tal manera que el método comprende las etapas de:

- caracterizar (410, 430) los caminos de radio del primer y del segundo enlaces mediante el uso de señales piloto;

- determinar (440) al menos un parámetro de transmisión relativo basado, al menos parcialmente, en ambas estimaciones de canal de cada uno de los caminos de estaciones de relevo del primer y del segundo enlace;

- determinar (445) al menos un parámetro de transmisión común;

- distribuir al menos dicho parámetro de transmisión común a todas las estaciones de reemisor;

- remitir (450; 450') la señal desde el primer enlace por el segundo enlace, de tal manera que la señal remitida es adaptada basándose en el parámetro de transmisión relativo de cada estación de reemisor y en el parámetro de transmisión común.

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la adaptación de la señal transmitida comprende un ajuste de fase.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la adaptación de la señal transmitida comprende un ajuste de la potencia de transmisión.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la adaptación de la señal transmitida comprende un ajuste de potencia de transmisión y fase.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual la adaptación de la señal transmitida comprende un ajuste de parámetros relativos a la diversificación.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en el cual la adaptación de la señal transmitida comprende un ajuste de parámetros relativos a la diversificación de retardo.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en el cual la adaptación de la señal transmitida comprende un ajuste de parámetros relativos a la diversificación codificada en el espacio y el tiempo.

10. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual la etapa de utilizar el parámetro de transmisión relativo de la estación de reemisor respectiva y el (los) parámetro(s) de transmisión común (comunes) para adaptar las transmisiones subsiguientes por el enlace 2, comprende transmitir, con la recepción de la señal y_{k}, la señal (670):

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donde los parámetros \Gamma_{RS,k} y \Gamma_{MS,k} son los parámetros de trasmisión relativos determinados localmente basándose en las estimaciones de canal h_{1,k}, h_{2,k}, P_{BS} es la potencia transmitida del transmisor, \sigma^{2}_{RS} es el nivel de ruido e interferencia en la estación de reemisor, P_{RS} es la potencia de transmisión sumada desde todas las estaciones de reemisor, \sigma^{2}_{MS} es el nivel de ruido en cada receptor, y donde el factor de normalización \varphi es un parámetro común basado en la calidad de comunicación total experimentada por el receptor (220').

11. Un estación de reemisor (215) destinada a utilizarse en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, de manera que la red comprende un transmisor (20), un receptor (220) y al menos una estación de reemisor (25), de tal modo que la estación de reemisor (215) está destinada a remitir señales desde un primer enlace entre el transmisor (210) y la estación de reemisor (215), a un segundo enlace entre las estaciones de reemisor (215) y el receptor (220), caracterizada por que la estación de reemisor (215) está dotada de medios para adaptar (218) la remisión basándose en caracterizaciones de canal de radio tanto del primer enlace como del segundo.

12. La estación de reemisor de acuerdo con la reivindicación 11, de tal modo que la estación de reemisor (215) está dotada adicionalmente de medios (216) para llevar a cabo la caracterización de canal y de medios (217) para determinar parámetros de transmisión relativos basándose en la caracterización de canal, y la adaptación de la remisión está basada, al menos parcialmente, en dichos parámetros de transmisión relativos.

13. La estación de reemisor de acuerdo con la reivindicación 11 ó la reivindicación 12, de tal modo que la estación de reemisor (215) está provista adicionalmente de medios para recibir un parámetro de transmisión común, y la adaptación de la remisión está basada, al menos parcialmente, en dichos parámetros de transmisión relativos y en dicho segundo parámetro de transmisión común.

14. Un sistema adaptado para la comunicación en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, de tal manera que la red comprende un transmisor (210), un receptor (220) y al menos una estación de reemisor (215), de modo que la estación de reemisor (215) está destinada a remitir señales desde un primer enlace entre el transmisor (210) y la estación de reemisor (215), a un segundo enlace entre las estaciones de reemisor (215) y el receptor (220), caracterizado por que la estación de reemisor (215) utiliza características de canal de radio tanto del primer enlace como del segundo para la adaptación de la remisión por el segundo enlace.

15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 14, en el cual la estación de reemisor (215) está dotada adicionalmente de medios (216) para llevar a cabo la caracterización de canal y de medios (217) para determinar parámetros de transmisión relativos basándose en la caracterización de canal, y la adaptación de la remisión está basada, al menos parcialmente, en dichos parámetros de transmisión relativos.

16. El sistema de acuerdo con la reivindicación 14, de tal modo que el sistema está provisto de medios para determinar un parámetro de transmisión común que está basado en la calidad de comunicación total entre el transmisor (210') y el receptor (220'), y la estación de reemisor (215) está provista adicionalmente de medios para recibir el parámetro de transmisión común, y la adaptación de la remisión por el segundo enlace está basada, al menos parcialmente, en dichos parámetros de transmisión relativos y en dicho parámetro de transmisión común.

17. Un receptor (220') destinado a ser utilizado en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, de tal manera que la red comprende un transmisor (210), un receptor (220) y al menos una estación de reemisor (215), de modo que la estación de reemisor (215) se adapta para remitir señales desde un primer enlace entre el transmisor (210) y la estación de reemisor (215), a un segundo enlace entre las estaciones de reemisor (215) y el receptor (220), caracterizado por que el receptor (220') está dotado de medios para determinar al menos un parámetro de transmisión relativo que se ha de utilizar en la adaptación de la remisión de señales desde la estación de reemisor (215), de manera que los medios para determinar un parámetro de transmisión relativo se adaptan para basar la determinación en una caracterización del canal de radio tanto del primer enlace como del segundo, y de medios para distribuir dicho parámetro de transmisión relativo a la estación de reemisor.

18. El receptor (220') de acuerdo con la reivindicación 17, en el cual los medios de determinación están destinados a determinar una pluralidad de parámetros de transmisión relativos, uno para cada estación de reemisor (215) que se conecta en la sesión de comunicación.

19. El receptor (220') de acuerdo con la reivindicación 17 ó la reivindicación 18, en el cual el parámetro de transmisión relativo está basado en caracterizaciones tanto del primer enlace como del segundo.

20. El receptor (220') de acuerdo con las reivindicaciones 17 a 19, de tal manera que el receptor está dotado adicionalmente de medios para determinar un parámetro de transmisión común que está basado en la calidad de comunicación total entre el transmisor (210') y el receptor (220').

21. Una estación de base (210) destinada a ser utilizada en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, que comprende un receptor (220') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20.

22. Una estación móvil (220) destinada a ser utilizada en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, que comprende un receptor (220') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20.