ES2305902T3 - Transmision de emision con ensanchamiento espacial en un sistema de comunicacion de multiples antenas. - Google Patents

Transmision de emision con ensanchamiento espacial en un sistema de comunicacion de multiples antenas. Download PDF

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Abstract

Un procedimiento de emisión de datos en un sistema (100) de comunicación de múltiples antenas inalámbrico, que comprende: procesar al menos un bloque de datos para obtener al menos un bloque de símbolos (ND) de datos; realizar procesamiento espacial sobre el al menos un bloque de símbolos de datos con una pluralidad (NM) de matrices de apuntamiento para obtener una pluralidad (Nap) de secuencias de símbolos de transmisión; y emitir la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión desde una pluralidad (Nap) de antenas (434) de transmisión hasta una pluralidad de entidades (120) de recepción en el sistema, en el que la pluralidad de matrices de apuntamiento aleatoriza un canal efectivo observado por cada una de la pluralidad de entidades de recepción para el al menos un bloque de símbolos de datos.

Description

Transmisión de emisión con ensanchamiento espacial en un sistema de comunicación de múltiples antenas.
I. Reivindicación de prioridad en virtud de 35 U. S. C. 119
La presente solicitud de patente reivindica la prioridad para la solicitud provisional con número de serie 60/530,860, titulada "Broadcast Transmission with Pseudo-Random Transmit Steering in a Multi-Antena Communication System" presentada el 17 de diciembre de 2003, y transferida al cesionario de la presente.
Antecedentes II. Campo
La presente invención se refiere en general a la comunicación, y más específicamente a técnicas para emitir datos en un sistema de comunicación de múltiples antenas.
III. Antecedentes
Un sistema de comunicación de múltiples antenas emplea múltiples antenas de transmisión en una entidad de transmisión y una o más antenas de recepción en una entidad de recepción para la transmisión de datos. Por tanto, el sistema de comunicación de múltiples antenas puede ser un sistema de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) o un sistema de múltiples entradas única salida (MISO). Un sistema MIMO emplea múltiples (N_{T}) antenas de transmisión y múltiples (N_{R}) antenas de recepción para la transmisión de datos. Un canal MIMO formado por las antenas de transmisión y las N_{R} antenas de recepción puede descomponerse en NS canales espaciales, donde N_{S} \leq min {N_{T}, N_{R}}. Los N_{S} canales espaciales pueden utilizarse para transmitir datos de una manera para conseguir mayor fiabilidad y/o capacidad de tratamiento global superior. Un sistema MISO emplea múltiples (N_{T}) antenas de transmisión y una única antena de recepción para la transmisión de datos. Un canal MISO formado por las NT antenas de transmisión y la única antena de recepción se compone de un único canal espacial.
Un punto de acceso en un sistema MIMO puede emitir datos a un número de terminales de usuario de múltiples antenas, que pueden distribuirse por toda la zona de cobertura del punto de acceso. Se forma un canal MIMO diferente entre el punto de acceso y cada uno de estos terminales de usuario. Cada canal MIMO puede experimentar diferentes condiciones de canal (por ejemplo, diferentes efectos de interferencia, multitrayectoria y desvanecimiento de señal). En consecuencia, los canales espaciales de cada canal MIMO pueden conseguir diferentes relaciones señal a ruido e interferencia (SNR). La SNR de un canal espacial determina su capacidad de transmisión, que se cuantifica normalmente mediante una tasa de transmisión de datos particular que puede transmitirse de manera fiable sobre el canal espacial. Para un canal MIMO variable en el tiempo, la condición de canal cambia a lo largo del tiempo y la SNR de cada canal espacial también cambia a lo largo del tiempo. El documento US-A-6 198 775 describe un sistema de múltiples antenas para la transmisión de datos que utiliza diversidad de encriptación con matrices generadoras.
Una transmisión de emisión es una transmisión de datos que está prevista para recibirse por cualquier número de terminales de usuario en el sistema, en lugar de un terminal de usuario específico. Una transmisión de emisión se codifica y transmite normalmente de una manera para conseguir una calidad de servicio (QoS) especificada. Esta calidad de servicio puede cuantificarse, por ejemplo, mediante la recepción libre de errores de la transmisión de emisión mediante un porcentaje particular (por ejemplo, 99,9%) de los terminales de usuario dentro de una zona de cobertura de emisión dada en cualquier momento dado. De manera equivalente, la calidad de servicio puede cuantificarse mediante una probabilidad de "corte", que es el porcentaje (por ejemplo, 0,1%) de los terminales de usuario dentro de la zona de cobertura de emisión que no pueden descodificar correctamente la transmisión de emisión.
La transmisión de emisión observa un conjunto de canales MIMO para un conjunto de terminales de usuario en la zona de cobertura de emisión. El canal MIMO para cada terminal de usuario puede ser aleatorio con respecto a los canales MIMO para otros terminales de usuario. Además, los canales MIMO para los terminales de usuario pueden variar a lo largo del tiempo. Para garantizar que la transmisión de emisión puede cumplir la calidad de servicio especificada, la tasa de transmisión de datos para la transmisión de emisión se selecciona normalmente para que sea suficientemente baja de modo que la transmisión de emisión pueda descodificarse de manera fiable incluso por el terminal de usuario con la peor condición de canal (es decir, el terminal de usuario del peor caso). El rendimiento de emisión para un sistema de este tipo vendría entonces dictado por la condición de canal del peor caso esperado para todos de los terminales de usuario en el sistema. Un fenómeno similar se produce para un sistema MISO.
Por lo tanto, existe una necesidad en la técnica de técnicas para emitir datos de manera más eficaz en un sistema de comunicación de múltiples antenas.
Sumario
En una realización, se describe un procedimiento para emitir datos en un sistema de comunicación de múltiples antenas inalámbrico en el que se procesa al menos un bloque de datos para obtener al menos un bloque de símbolos de datos. Se realiza un procesamiento espacial sobre el al menos un bloque de símbolos de datos con una pluralidad de matrices de apuntamiento para obtener una pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión. La pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión se emite desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción en el sistema, en el que la pluralidad de matrices de apuntamiento aleatorizan un canal efectivo observado por cada una de la pluralidad de entidades de recepción para el al menos un bloque de símbolos de datos.
En otra realización, se describe un aparato en un sistema de comunicación de múltiples antenas inalámbrico que incluye un procesador de datos para procesar al menos un bloque de datos para obtener al menos un bloque de símbolos de datos; un procesador espacial para realizar procesamiento espacial sobre el al menos un bloque de símbolos de datos con una pluralidad de matrices de apuntamiento para obtener una pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión; y una pluralidad de unidades transmisoras para emitir la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción en el sistema, en el que la pluralidad de matrices de apuntamiento aleatoriza un canal efectivo observado por cada una de las entidades de recepción para el al menos un bloque de símbolos de datos.
En otra realización, se describe un aparato en un sistema de comunicación de múltiples antenas inalámbrico que incluye medios para procesar al menos un bloque de datos para obtener al menos un bloque de símbolos de datos; medios para realizar procesamiento espacial sobre el al menos un bloque de símbolos de datos con una pluralidad de matrices de apuntamiento para obtener una pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión; y medios para emitir la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción en el sistema, en el que la pluralidad de matrices de apuntamiento aleatoriza un canal efectivo observado por cada una de las entidades de recepción para el al menos un bloque de símbolos de datos.
En otra realización, se describe un procedimiento para emitir datos en un sistema de comunicación de múltiples antenas inalámbrico en el que se procesa una pluralidad de flujos de datos para obtener una pluralidad de bloques de símbolos de datos, en el que cada bloque de símbolos de datos corresponde a un bloque de datos codificados. Se realiza procesamiento espacial sobre la pluralidad de bloques de símbolos de datos con una pluralidad de matrices de apuntamiento para obtener una pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión. La pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión se emite desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción en el sistema, en el que la pluralidad de matrices de apuntamiento aleatoriza un canal efectivo observado por cada una de la pluralidad de entidades de recepción para la pluralidad de bloques de símbolos de datos.
En otra realización, se describe un procedimiento para recibir una transmisión de emisión en un sistema de comunicación de múltiples antenas inalámbrico en el que, a través de una pluralidad de antenas de recepción, se obtienen símbolos de datos recibidos para al menos un bloque de símbolos de datos procesado espacialmente con una pluralidad de matrices de apuntamiento antes de la emisión desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción. Se obtiene una estimación de canal para un canal de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) efectivo formado por la pluralidad de matrices de apuntamiento y un canal MIMO entre la pluralidad de antenas de transmisión y la pluralidad de antenas de recepción. Se realiza procesamiento espacial de receptor sobre los símbolos de datos recibidos con la estimación de canal para obtener estimaciones de símbolos de datos para el al menos un bloque de símbolos de datos.
En otra realización, se describe un aparato en un sistema de comunicación de múltiples antenas inalámbrico que incluye una pluralidad de unidades receptoras para obtener, a través de una pluralidad de antenas de recepción, símbolos de datos recibidos para al menos un bloque de símbolos de datos procesado espacialmente con una pluralidad de matrices de apuntamiento antes de la emisión desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción; un estimador de canal para obtener una estimación de canal para un canal de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) efectivo formado por la pluralidad de matrices de apuntamiento y un canal MIMO entre la pluralidad de antenas de transmisión y la pluralidad de antenas de recepción; y un procesador espacial para realizar procesamiento espacial de receptor sobre los símbolos de datos recibidos con la estimación de canal para obtener estimaciones de símbolos de datos para el al menos un bloque de símbolos de datos.
En otra realización, se describe un aparato en un sistema de comunicación de múltiples antenas inalámbrico que incluye medios para obtener, a través de una pluralidad de antenas de recepción, símbolos de datos recibidos para al menos un bloque de símbolos de datos procesado espacialmente con una pluralidad de matrices de apuntamiento antes de la emisión desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción; medios para obtener una estimación de canal para un canal de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) efectivo formado por la pluralidad de matrices de apuntamiento y un canal MIMO entre la pluralidad de antenas de transmisión y la pluralidad de antenas de recepción; y medios para realizar procesamiento espacial de receptor sobre los símbolos de datos recibidos con la estimación de canal para obtener estimaciones de símbolos de datos para el al menos un bloque de símbolos de datos.
En otra realización, se describe un procedimiento para recibir una transmisión de emisión en un sistema de comunicación de múltiples antenas inalámbrico en el que, a través de una única antena de recepción, se obtienen símbolos de datos recibidos para un bloque de símbolos de datos procesado espacialmente con una pluralidad de vectores de apuntamiento antes de la emisión desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción. Se obtiene una estimación de canal para un canal de múltiples entradas única salida (MISO) efectivo formado por la pluralidad de vectores de apuntamiento y un canal MISO entre la pluralidad de antenas de transmisión y la única antena de recepción. Se realiza una detección de los símbolos de datos recibidos con la estimación de canal para obtener estimaciones de símbolos de datos para el bloque de símbolos de datos.
En otra realización, se describe un aparato en un sistema de comunicación de múltiples antenas inalámbrico que incluye una unidad receptora para obtener, a través de una única antena de recepción, símbolos de datos recibidos para un bloque de símbolos de datos procesado espacialmente con una pluralidad de vectores de apuntamiento antes de la emisión desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción; un estimador de canal para obtener una estimación de canal para un canal de múltiples entradas única salida (MISO) efectivo formado por la pluralidad de vectores de apuntamiento y un canal MISO entre la pluralidad de antenas de transmisión y la única antena de recepción; y un detector para realizar una detección sobre los símbolos de datos recibidos con la estimación de canal para obtener estimaciones de símbolos de datos para el bloque de símbolos de datos.
En otra realización, se describe un aparato en un sistema de comunicación de múltiples antenas inalámbrico que incluye medios para obtener, a través de una única antena de recepción, símbolos de datos recibidos para un bloque de símbolos de datos procesado espacialmente con una pluralidad de vectores de apuntamiento antes de la emisión desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción; medios para obtener una estimación de canal para un canal de múltiples entradas única salida (MISO) efectivo formado por la pluralidad de vectores de apuntamiento y un canal MISO entre la pluralidad de antenas de transmisión y la única antena de recepción; y medios para realizar una detección sobre los símbolos de datos recibidos con la estimación de canal para obtener estimaciones de símbolos de datos para el bloque de símbolos de datos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra un sistema MIMO con un punto de acceso y terminales de usuario de múltiples antenas.
La figura 2 muestra un proceso para emitir datos con ensanchamiento espacial.
La figura 3 muestra un proceso para recibir una transmisión de emisión.
La figura 4 muestra un diagrama de bloques del punto de acceso y el terminal de usuario de múltiples antenas.
Las figuras 5A y 5B muestran dos realizaciones de un procesador de datos de transmisión (TX) y un procesador espacial TX en el punto de acceso.
Las figuras 6A y 6B muestran dos realizaciones de un procesador espacial de recepción (RX) y un procesador de datos RX en el terminal de usuario de múltiples antenas.
La figura 7 muestra un sistema MISO con un punto de acceso y terminales de usuario de una única antena.
La figura 8 muestra un diagrama de bloques del punto de acceso y un terminal de usuario de una única antena.
La figura 9 muestra un sistema de múltiples antenas híbrido con un punto de acceso y terminales de usuario de múltiples antenas y de una única antena.
Las figuras 10A y 10B muestran gráficas de la eficacia espectral global conseguida por un sistema MIMO 4 x 4 y un sistema MISO 4 x 1, respectivamente.
Descripción detallada
La palabra "ejemplar" se utiliza en el presente documento con el significado de "que sirve como ejemplo, caso o ilustración." Cualquier realización descrita en el presente documento como "ejemplar" no ha de considerarse necesariamente como preferida o ventajosa sobre otras realizaciones.
En el presente documento se describen técnicas para emitir datos utilizando ensanchamiento espacial en un sistema de comunicación de múltiples antenas. El ensanchamiento espacial se refiere a la transmisión de un símbolo de datos (que es un símbolo de modulación para datos) desde múltiples antenas de transmisión simultáneamente, posiblemente con diferentes amplitudes y/o fases determinadas por un vector de apuntamiento utilizado para ese símbolo de datos. El ensanchamiento espacial también puede denominarse apuntamiento de transmisión, apuntamiento de transmisión pseudoaleatorio, diversidad de apuntamiento, apuntamiento pseudoaleatorio de matrices, apuntamiento pseudoaleatorio de vectores, etc. Como se utiliza en el presente documento, "emisión" se refiere a la transmisión de datos a o bien (1) un grupo no especificado de terminales de usuario, por ejemplo, todos los terminales de usuario dentro de una zona de cobertura de emisión (que se denomina comúnmente como emisión) o bien (2) un grupo específico de terminales de usuario (que se denomina comúnmente como multidifusión). Estas técnicas de transmisión de emisión pueden aleatorizar un canal "efectivo" observado por cada terminal de usuario para cada bloque de símbolos de datos emitido por un punto de acceso, de modo que el rendimiento del sistema no viene dictado por la condición de canal del peor caso esperado.
\newpage
En una realización para emitir datos con ensanchamiento espacial, se procesan los datos para N_{D} flujos de datos (por ejemplo, se codifican, intercalan y modulan) para obtener N_{D} bloques de símbolos de datos que van a emitirse en N_{M} tramos de transmisión, donde N_{D} \geq 1 y N_{M} > 1. Un "tramo de transmisión" puede cubrir dimensiones de tiempo y/o frecuencia, como se describe posteriormente. Cada bloque de símbolos de datos se genera a partir de un bloque de datos codificados, que puede denominarse como un "bloque de código" o paquete de datos codificados. Cada bloque de código se codifica por separado en el punto de acceso y se descodifica por separado en un terminal de usuario. Los N_{D} bloques de símbolos de datos se dividen en N_{M} subbloques de símbolos de datos, un subbloque para cada tramo de transmisión. Se selecciona una matriz de apuntamiento (por ejemplo, de una manera determinista o pseudoaleatoria de entre un conjunto de L matrices de apuntamiento) para cada uno de los N_{M} subbloques de símbolos de datos. Cada subbloque de símbolos de datos se procesa espacialmente con la matriz de apuntamiento seleccionada para ese subbloque para obtener símbolos de transmisión. Los símbolos de transmisión para cada subbloque se procesan adicionalmente y se emiten a través de N_{T} antenas de transmisión en un tramo de transmisión a terminales de usuario dentro de la zona de cobertura de emisión.
Para una emisión MIMO, cada matriz de apuntamiento contiene N_{T} filas y N_{S} columnas, donde N_{S} > 1. Los N_{D} bloques de símbolos de datos se emiten entonces a través de N_{S} canales espaciales de un canal MIMO efectivo. Por ejemplo, si N_{D} = N_{S}, entonces los N_{D} bloques de símbolos de datos pueden multiplexarse de manera que se emite un bloque de símbolos de datos sobre cada uno de los N_{S} canales espaciales. Para una emisión MISO, cada matriz de apuntamiento contiene N_{T} filas y una única columna y puede considerarse como una matriz o vector degenerativo. Los N_{D} bloques de símbolos de datos se emiten entonces a través de un único canal espacial de un canal MISO efectivo. Tanto para emisiones MIMO como MISO, los N_{D} bloques de símbolos de datos se procesan espacialmente con N_{M} matrices de apuntamiento y observan un conjunto de canales efectivos en cada terminal de usuario.
A continuación se describen con más detalle diversos aspectos y realizaciones de la invención.
Las técnicas de transmisión de emisión descritas en el presente documento pueden utilizarse para un sistema de comunicación de múltiples antenas, que puede ser un sistema MIMO o un sistema MISO. Como se utiliza en el presente documento, "emisión MIMO" se refiere a transmisión de emisión sobre múltiples canales espaciales, y "emisión MISO " se refiere a una transmisión de emisión sobre un único canal espacial. El número de canales espaciales disponibles para la transmisión se determina por el número de antenas de transmisión, el número de antenas de recepción, y el canal o enlace inalámbrico. Las técnicas de transmisión de emisión también pueden utilizarse para sistemas de única portadora y multiportadora. Las múltiples portadoras pueden proporcionarse mediante multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) o algunos otros principipios. OFDM divide de manera efectiva el ancho de banda del sistema global en múltiples (N_{F}) subbandas de frecuencia ortogonales, que también se denominan como tonos, subportadoras, pasos y canales de frecuencia. Con OFDM, cada subbanda se asocia con una subportadora respectiva que puede modularse con datos.
Las técnicas de transmisión de emisión descritas en el presente documento pueden utilizarse para diversos tipos de datos de emisión. Por ejemplo, estas técnicas pueden utilizarse para servicios de emisión que emiten continuamente datos (por ejemplo, vídeo, audio, noticias, etc.) a terminales de usuario. Estas técnicas también pueden utilizarse para canales suplementarios (por ejemplo, canales de emisión, radiomensajería, y control) en un sistema de comunicación inalámbrico.
1. Emisión MIMO
La figura 1 muestra un sistema 100 MIMO con un punto 110 de acceso (AP) y terminales 120 de usuario (UT). Un punto de acceso es generalmente una estación fija que se comunica con los terminales de usuario y también puede denominarse como una estación base o alguna otra terminología. Un terminal de usuario puede ser fijo o móvil y también puede denominarse como una estación móvil, un dispositivo inalámbrico, o alguna otra terminología. El punto 110 de acceso está equipado con múltiples (N_{ap}) antenas para la transmisión de datos. Cada terminal 120 de usuario está equipado con múltiples (N_{ut}) antenas para la recepción de datos. En general, los terminales de usuario en el sistema pueden estar equipados con el mismo o diferente número de antenas. Para mayor simplicidad, la siguiente descripción supone que los terminales de usuario en el sistema MIMO están equipados con el mismo número de antenas. Para una arquitectura centralizada, el controlador 130 del sistema proporciona coordinación y control para los puntos de acceso.
Para un sistema MIMO de una única portadora, un canal MIMO formado por las N_{ap} antenas en el punto de acceso y las N_{ut} antenas en un terminal u de usuario dado puede caracterizarse por una matriz H_{u} de respuesta de canal N_{ut} x N_{ap}, que puede expresarse como:
1
donde la entrada h_{i,j}, para i = 1 ... N_{ut} y j = 1 ... N_{ap}, denota el acoplamiento o ganancia compleja entre la antena j de punto de acceso y la antena i determinal de usuario. Tal como se muestra en la figura 1, los terminales de usuario pueden distribuirse por toda la zona de cobertura del punto de acceso. Se forma un canal MIMO diferente por las N_{ap} antenas en el punto de acceso y las N_{ut} antenas en cada terminal de usuario.
Los datos pueden transmitirse de diversas maneras en el sistema MIMO de una única portadora. En un esquema de transmisión sencillo, se transmite un flujo de símbolos de datos desde cada antena de punto de acceso, y se transmiten simultáneamente N_{S} flujos de símbolos de datos desde N_{S} de las N_{ap} antenas de punto de acceso, donde N_{S} es el número de canales espaciales y N_{S} \leq min {N_{ap}, N_{ut}}. Los símbolos recibidos en el terminal u de usuario para este esquema de transmisión pueden expresarse como:
2
donde s es un vector N_{ap} x 1 con N_{S} entradas distintas de cero para N_{S} símbolos de datos que van a transmitirse simultáneamente mediante el punto de acceso;
r_{u} es un vector N_{ut} x 1 con entradas para N_{ut} símbolos recibidos obtenidos a través de las N_{ut} antenas en el terminal u de usuario; y
n_{u} es un vector de ruido observado en el terminal u de usuario. Para mayor simplicidad, se supone que el ruido es ruido blanco gaussiano aditivo (AWGN) con un vector de media cero y una matriz de covarianza de \Lambda_{u} = \sigma^{2}_{u}I, donde \sigma^{2}_{u} es la varianza del ruido observado por el terminal u de usuario e I es la matriz de identidad.
Los N_{S} flujos de símbolos de datos transmitidos desde las N_{ap} antenas de punto de acceso interfieren entre sí en el terminal u de usuario. Un flujo de símbolos de datos dado transmitido desde una antena de punto de acceso puede recibirse por todas las N_{ut} antenas de terminal de usuario en diferentes amplitudes y fases. Cada flujo de símbolos recibido incluye una componente de cada uno de los N_{S} flujos de símbolos de datos transmitidos. Los N_{ut} flujos de símbolos recibidos incluirían colectivamente todos de los N_{S} flujos de símbolos de datos. Sin embargo, estos N_{S} flujos de símbolos de datos se dispersan entre los N_{ut} flujos de símbolos recibidos. El terminal u de usuario realiza procesamiento espacial de receptor sobre los N_{ut} flujos de símbolos recibidos para recuperar los N_{S} flujos de símbolos de datos transmitidos por el punto de acceso.
El rendimiento que puede conseguirse para el terminal u de usuario depende (en gran medida) de su matriz H_{u} de respuesta de canal. Si existe un alto grado de correlación dentro de H_{u}, entonces cada flujo de símbolos de datos observaría una gran cantidad de interferencia de los otros flujos, que no puede eliminarse mediante un procesamiento espacial de receptor en el terminal de usuario. El alto nivel de interferencia degrada la SNR de cada flujo de símbolos de datos afectado, posiblemente hasta un punto en el que el flujo de símbolos de datos no puede descodificarse correctamente por el terminal de usuario.
Para una transmisión de datos a un terminal de usuario específico a través de un canal MIMO dado, puede conseguirse capacidad del sistema si el punto de acceso está dotado de suficiente información de estado de canal relativa al canal MIMO. El punto de acceso puede entonces utilizar esta información para procesar datos de una manera para maximizar la capacidad de tratamiento para el terminal de usuario (por ejemplo, seleccionar la tasa apropiada para cada flujo de datos). Puesto que diferentes terminales de usuario observan diferentes canales MIMO, el punto de acceso necesitaría normalmente procesar datos de manera diferente para cada terminal de usuario para maximizar la capacidad de tratamiento para ese terminal de usuario.
Para una transmisión de emisión, el punto de acceso transmite los mismos datos a un número de terminales de usuario dentro de una zona de cobertura de emisión. Para la emisión, el punto de acceso normalmente no presenta información de estado de canal para los terminales de usuario. Además, normalmente no es práctico procesar datos previstos para múltiples terminales de usuario basándose en información de estado de canal para un terminal de usuario específico.
La transmisión de emisión desde el punto de acceso observa un conjunto de canales MIMO para diferentes terminales de usuario en la zona de cobertura de emisión. Un cierto porcentaje de los canales MIMO pueden considerarse como "malos". Por ejemplo, puede producirse un canal malo cuando la matriz H de respuesta de canal muestra un alto grado de correlación, o cuando hay insuficiente dispersión, multitrayectoria (ancho de banda de coherencia grande), o desvanecimiento de señal temporal (tiempo de coherencia grande) en el canal. La frecuencia de aparición de canales "malos" es aleatoria, y es deseable minimizar el porcentaje de tiempo en que ésta puede producirse para cada terminal de usuario.
Para la emisión, el punto de acceso necesita transmitir cada flujo de símbolos de datos a una tasa suficientemente baja de modo que el flujo puede recuperarse mediante los terminales de usuario incluso bajo la condición de canal del peor caso. Entonces el rendimiento de emisión viene dictado por la condición de canal del peor caso esperado para todos de los terminales de usuario en la zona de cobertura.
A. Transmisión de emisión MIMO
El ensanchamiento espacial puede utilizarse para aleatorizar un canal MIMO efectivo observado por cada terminal de usuario de modo que el rendimiento de emisión no venga dictado por una relación de canal único sobre un bloque de código. Con ensanchamiento espacial, el punto de acceso realiza procesamiento espacial sobre cada bloque de código con múltiples matrices de apuntamiento para aleatorizar de manera efectiva el canal MIMO para cada terminal de usuario. En consecuencia, cada terminal de usuario observa un conjunto de canales a través de cada bloque de código y no se atranca en un único canal para una parte extendida del bloque de código.
El procesamiento espacial en el punto de acceso para el ensanchamiento espacial en el sistema MIMO puede expresarse como:
3
donde s(m) es un vector N_{S} x 1 con N_{S} símbolos de datos que van a enviarse en el tramo m de transmisión;
V(m) es una matriz de apuntamiento N_{ap} x N_{S} para el tramo m de transmisión; y
x_{mimo}(m) es un vector N_{ap} x 1 con N_{ap} símbolos de transmisión que van a enviarse desde las N_{ap} antenas de punto de acceso en el tramo m de transmisión.
Un tramo de transmisión puede cubrir dimensiones de tiempo y/o frecuencia. Por ejemplo, en un sistema MIMO de una única portadora, un tramo de transmisión puede corresponder a un periodo de símbolo, que es la duración de tiempo para transmitir un símbolo de datos. Como otro ejemplo, en un sistema MIMO multiportadora, tal como un sistema MIMO que utiliza OFDM, un tramo de transmisión puede corresponder a una subbanda en un periodo de símbolo OFDM. Un tramo de transmisión también puede cubrir múltiples periodos de símbolo y/o múltiples subbandas. Por tanto, m puede ser un índice para tiempo y/o frecuencia. Un tramo de transmisión también puede denominarse como un intervalo de transmisión, un intervalo de señalización, una ranura, etc.
Un conjunto de L matrices de apuntamiento puede generarse como se describe posteriormente y utilizarse para ensanchamiento espacial. Este conjunto de matrices de apuntamiento se denota como {V}, o V(i) para i = 1 ... L, donde L puede ser cualquier entero mayor que uno. Puede seleccionarse una matriz de apuntamiento en el conjunto para cada tramo m de transmisión y utilizarse para procesamiento espacial por el punto de acceso para ese tramo de transmisión. Los resultados del procesamiento espacial son N_{ap} flujos de símbolos de transmisión para la emisión desde las N_{ap} antenas de punto de acceso.
Los símbolos recibidos en cada terminal de usuario con ensanchamiento espacial pueden expresarse como:
4
donde r(m) es un vector N_{ut} x 1 con N_{ut} símbolos recibidos para el tramo m de transmisión;
H(m) es una matriz de respuesta de canal N_{ut} x N_{ap} para el tramo m de transmisión;
H_{eff}(m) es una matriz de respuesta de canal efectiva N_{ut} x N_{S} para el tramo m de transmisión, que es H_{eff}(m) = H(m) \cdot V(m); y
n(m) es un vector de ruido para el tramo m de transmisión m. Para mayor simplicidad, se supone que la respuesta H(m) de canal es constante en cada tramo de transmisión. Las cantidades H(m), H_{eff}(m), r(m) y n(m) son diferentes para diferentes terminales de usuario, mientras que las cantidades V(m) y s(m) son las mismas para todos los terminales de usuario. Para simplificar la notación, se omite el subíndice "u" para el terminal u de usuario de las cantidades específicas de usuario en la ecuación (4) y en la siguiente descripción.
Como se muestra en la ecuación (4), debido al ensanchamiento espacial realizado por el punto de acceso, los N_{S} flujos de símbolos de datos observan la respuesta H_{eff}(m) de canal efectivo en lugar de la respuesta H(m) de canal real para cada terminal de usuario. Si se utilizan múltiples matrices de apuntamiento para la transmisión de emisión, entonces cada flujo de símbolos de datos observa de manera efectiva un conjunto de canales espaciales de H(m). Además, si se utilizan múltiples matrices de apuntamiento a través de un bloque de código, entonces los símbolos de datos en el bloque de código observarían diferentes canales a través del bloque de código.
En general, el punto de acceso puede emitir cualquier número de (N_{D}) flujos de datos simultáneamente a los terminales de usuario, donde N_{S} \geq N_{D} \geq 1. Por ejemplo, si N_{D} = N_{S}, entonces el punto de acceso puede emitir un flujo de datos sobre cada canal espacial de H_{eff}(m). El número máximo de flujos de datos que pueden emitirse simultáneamente se determina por el número de canales espaciales para todos los terminales de usuario, que a su vez se determina por (1) el número de antenas en el punto de acceso y (2) el número mínimo de antenas en todos de los terminales de usuario. Si todos los terminales de usuario están equipados con el mismo número de antenas, entonces min {N_{ap}, N_{ut}} \geq N_{S} \geq N_{D}. Si N_{D} =1, entonces el punto de acceso puede emitir un flujo de datos desde sus N_{ap}
antenas.
La figura 2 muestra un proceso 200 para emitir datos con ensanchamiento espacial. Inicialmente, el punto de acceso procesa datos para N_{D} flujos de datos para obtener un conjunto de N_{D} bloques de símbolos de datos, un bloque para cada flujo de datos (bloque 212). Cada bloque de símbolos de datos contiene símbolos de datos generados a partir de un bloque de datos codificados, que puede denominarse un bloque de código o un paquete de datos codificado. El procesamiento de datos puede realizarse como se describe posteriormente. El punto de acceso entonces divide los N_{D} bloques de símbolos de datos en N_{M} subbloques de símbolos de datos que van a emitirse en N_{M} tramos de transmisión, un subbloque en cada tramo de transmisión (bloque 214). N_{M} también se denomina como la longitud de bloque y es mayor que uno, o N_{M} > 1. Cada subbloque puede contener uno o más símbolos de datos a partir de cada uno de los N_{D} bloques. Por ejemplo, si N_{D}=N_{S}, entonces cada subbloque puede contener N_{S} símbolos de datos de N_{S} bloques para N_{S} flujos de datos. Como otro ejemplo, si N_{D} =1, entonces cada subbloque puede contener N_{S} símbolos de datos de un bloque para un flujo de datos. El índice m utilizado para denotar el tramo de transmisión para el conjunto actual de bloques de símbolos de datos se fija a 1 (bloque 216).
Para cada tramo m de transmisión, el punto de acceso selecciona una matriz de apuntamiento, que se denota como V(m), por ejemplo, del conjunto de L matrices de apuntamiento (bloque 218). El punto de acceso realiza entonces un procesamiento espacial sobre el subbloque m de símbolos de datos con la matriz V(m) de apuntamiento para obtener símbolos de transmisión (bloque 220). Si el tramo m de transmisión cubre un vector de símbolos de datos, entonces el punto de acceso forma un vector s(m) con hasta N_{S} símbolos de datos del subbloque m de símbolos de datos y procesa espacialmente el vector s(m) con la matriz V(m) para obtener el vector x_{mimo}(m) de símbolos de transmisión, como se muestra en la ecuación (3). Si el tramo m de transmisión cubre múltiples (N_{V}) vectores de símbolos de datos, entonces el punto de acceso forma N_{V} vectores s_{\lambda}(m), para \lambda = 1 ... NV, a partir del subbloque m de símbolos de datos y procesa espacialmente cada vector s_{\lambda}(m) con la misma matriz V(m) de apuntamiento para obtener un vector x_{mimo}, _{\lambda}(m) de símbolos de transmisión correspondiente. En cualquier caso, el punto de acceso utiliza la misma matriz V(m) de apuntamiento para el procesamiento espacial para todos los vectores de símbolos de datos en el tramo m de transmisión. El punto de acceso procesa adicionalmente y emite los vectores de símbolos de transmisión resultantes a través de las N_{ap} antenas de transmisión en el tramo m de transmisión (bloque 222).
Entonces se realiza una determinación de si todos los N_{M} subbloques de símbolos de datos se han procesado y transmitido(es decir, de si m=N_{M}) (bloque 224). Si la respuesta es "No", entonces se incremente el índice m para el siguiente subbloque/tramo de transmisión (bloque 226), y el proceso vuelve al bloque 218. Si la respuesta es "Sí" para el bloque 224, entonces se realiza una determinación de si hay más datos que emitir (bloque 228). Si la respuesta es "Sí", entonces el proceso vuelve al bloque 212 para empezar el procesamiento para el siguiente conjunto de bloques de símbolos de datos. Si no, el proceso termina.
Cada conjunto de bloques de símbolos de datos se procesa espacialmente por tanto con N_{M} matrices de apuntamiento para obtener N_{ap} secuencias de símbolos de transmisión. Cada secuencia de símbolos de transmisión se emite desde una antena en N_{M} tramos de transmisión. Las N_{M} matrices de apuntamiento aleatorizan el canal MIMO efectivo observado por cada terminal de usuario para los N_{D} bloques de símbolos de datos. La aleatorización del canal MIMO resulta de utilizar diferentes matrices de apuntamiento y no necesariamente de la aleatoriedad en los elementos de las matrices de apuntamiento.
Como se comentó anteriormente, un tramo de transmisión puede definirse para cubrir uno o más periodos de símbolo y/o una o más subbandas. Para un rendimiento mejorado, es deseable seleccionar el tramo de transmisión para que sea tan pequeño como sea posible de modo que (1) puedan utilizarse más matrices de apuntamiento para cada bloque de símbolos de datos y (2) cada terminal de usuario pueda obtener tantas "vistas" del canal MIMO como sea posible para cada bloque de símbolos de datos. El tramo de transmisión debería también ser más corto que el tiempo de coherencia del canal MIMO, que es la duración de tiempo a lo largo de la cual puede suponerse que el canal MIMO es aproximadamente estático. De manera similar, el tramo de transmisión debería ser más pequeño que el ancho de banda de coherencia del canal MIMO para un sistema de banda ancha (por ejemplo, un sistema OFDM).
B. Recepción de emisión MIMO
La figura 3 muestra un proceso 300 para recibir una transmisión de emisión con ensanchamiento espacial por un terminal de usuario dado. Inicialmente, el índice m utilizado para denotar el tramo de transmisión para el conjunto actual de bloques de símbolos de datos se fija a 1 (bloque 312). El terminal de usuario obtiene símbolos de datos recibidos desde las N_{ut} antenas de recepción para el subbloque m de símbolos de datos (bloque 314). El terminal de usuario determina la matriz V(m) de apuntamiento utilizada por el punto de acceso para el subbloque m (bloque 316) y utiliza V(m) para obtener \hat{H}_{eff}(m), que es una estimación de la respuesta de canal del canal MIMO efectivo observado por el terminal de usuario para el subbloque m (bloque 318). En la siguiente descripción, "^" sobre una matriz, un vector, o un escalar denota una estimación de la matriz, vector o escalar real. El terminal de usuario entonces realiza un procesamiento espacial de receptor sobre los símbolos de datos recibidos con la estimación \hat{H}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo y obtiene símbolos detectados (o estimaciones de símbolos de datos) para el subbloque m (bloque 320).
Entonces se realiza una determinación de si se han recibido todos los N_{M} subbloques de símbolos de datos para el conjunto de bloques de símbolos de datos actual (es decir, si m = N_{M}) (bloque 322). Si la respuesta es "No", entonces se incrementa el índice m para el siguiente subbloque/tramo de transmisión (bloque 324), y el proceso vuelve al bloque 314. Si la respuesta es "Sí" para el bloque 322, entonces el terminal de usuario procesa (por ejemplo, demodula, desintercala y descodifica) los símbolos detectados para todos los N_{M} subbloques para obtener datos descodificados para el conjunto de bloques de símbolos de datos actual (bloque 326). Entonces se realiza una determinación de si hay más datos para recibir (bloque 328). Si la respuesta es "Sí", entonces el proceso vuelve al bloque 312 para empezar a recibir el siguiente conjunto de bloques de símbolos de datos. Si no, el proceso termina.
Cada terminal de usuario puede obtener estimaciones de los símbolos de datos transmitidos utilizando diversas técnicas de procesamiento de receptor. Estas técnicas incluyen una técnica de inversión de matriz de correlación de canal (CCMI) (que también se denomina comúnmente como técnica de forzado a cero), una técnica de mínimo error cuadrático medio (MMSE), una técnica de cancelación sucesiva de interferencia (SIC), etc. En la siguiente descripción, se emite un flujo de símbolos de datos sobre cada canal espacial de H_{eff}(m).
Para la técnica CCMI, el terminal de usuario obtiene una matriz M_{ccmi}(m) de filtro espacial para cada tramo m de transmisión basándose en la estimación \hat{H}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo, como a continuación:
5
donde "^{H}" denota la conjugada traspuesta. El terminal de usuario puede estimar la matriz de respuesta de canal, por ejemplo, basándose en símbolos piloto recibidos. Un símbolo piloto es un símbolo de modulación para el piloto, que son datos que se conocen a priori tanto por el punto de acceso como por los terminales de usuario. El terminal de usuario puede entonces calcular la matriz de respuesta de canal efectivo estimada como \hat{H}_{eff}(m) = \hat{H} (m) \cdot V(m). Como alternativa, el terminal de usuario puede estimar directamente la matriz de respuesta de canal efectivo, por ejemplo, basándose símbolos piloto recibidos que se han transmitido utilizando V(m).
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El terminal de usuario realiza un procesamiento espacial CCMI como a continuación:
6
donde \hat{s}_{ccmi}(m) es un vector N_{S} x 1 con símbolos detectados para el tramo m de transmisión; y
n_{ccmi}(m) = M_{ccmi}(m) \cdotn(m) es el ruido filtrado por CCMI para el tramo m de transmisión.
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La SNR para la técnica CCMI puede expresarse como:
7
donde P_{\lambda} (m) es la potencia de transmisión para el flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos en el tramo m de transmisión;
r_{\lambda \lambda} (m) es el \lambda-ésimo elemento diagonal de R^{-1}(m);
\sigma^{2}_{n} es la varianza del ruido en el terminal de usuario; y
\gamma_{ccmi}, _{\lambda}(m) es la SNR del flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos en el tramo m de transmisión. La cantidad P_{l}(m)/\sigma^{2}_{n} es la SNR del flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos en el terminal de usuario antes del procesamiento espacial de receptor y se denomina comúnmente como la SNR recibida, la SNR de funcionamiento, o el margen de enlace. La cantidad \gamma_{ccmi}, _{\lambda}(m) es la SNR del flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos después del procesamiento espacial de receptor y también se denomina como la SNR posterior a la detección. En la siguiente descripción, "SNR" se refiere a la SNR posterior a la detección a menos que se indique lo contrario. Debido a la estructura de R(m), la técnica CCMI puede amplificar el ruido.
\newpage
Para la técnica MMSE, el terminal de usuario obtiene una matriz M_{mmse}(m) de filtro espacial para cada tramo m de transmisión basándose en la estimación \hat{H}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo, como a continuación:
8
donde \varphi_{nn}(m) es una matriz de autocovarianza del vector n(m) de ruido, que es \varphi_{nn}(m) = E[n(m) \cdot n^{H}(m)], donde E[x] es el valor esperado de x. La segunda igualdad en la ecuación (8) supone que el vector n(m) de ruido es AWGN con media cero y varianza de \sigma^{2}_{n}. La matriz M_{mmse}(m) de filtro espacial minimiza el error cuadrático medio entre las estimaciones de símbolos del filtro espacial y los símbolos de datos.
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El terminal de usuario realiza procesamiento espacial MMSE como a continuación:
9
donde \hat{s}_{mmse}(m) es un vector N_{S} x 1 con símbolos detectados para el tramo m de transmisión;
Q(m) = M_{mmse}(m) \cdotH_{eff}(m)
D_{Q}(m) es una matriz diagonal cuyos elementos diagonales son los elementos diagonales de Q^{-1}(m), o D_{Q}(m) = [diag [Q(m)]]^{-1}; y
n_{mmse}(m) = D_{Q}(m) \cdotM_{mmse}(m) \cdotn(m) es el ruido filtrado por MMSE. Las estimaciones de símbolos del filtro espacial son estimaciones no normalizadas de los símbolos de datos. La multiplicación con la matriz D_{Q}(m) de escalado proporciona estimaciones normalizadas de los símbolos de datos.
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La SNR para la técnica MMSE puede expresarse como:
10
donde q_{\lambda \lambda} (m) es el \lambda-ésimo elemento diagonal de Q(m); y
\gamma_{mmse}, _{\lambda}(m) es la SNR para el flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos en el tramo m de transmisión.
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Para la técnica SIC, el terminal de usuario procesa los N_{ut} flujos de símbolos recibidos en N_{D} etapas sucesivas para los N_{D} flujos de datos. Para cada etapa, el terminal de usuario realiza un procesamiento espacial sobre o bien los N_{ut} flujos de símbolos recibidos o los N_{ut} flujos de símbolos modificados de la etapa anterior (por ejemplo, utilizando la técnica CCMI, MMSE, o alguna otra técnica) para obtener un flujo de símbolos detectados. El terminal de usuario entonces procesa (por ejemplo, demodula, desintercala y descodifica) este flujo de símbolos detectados para obtener un flujo de datos descodificado correspondiente. El terminal de usuario a continuación estima y cancela la interferencia debida a este flujo y obtiene N_{ut} flujos de símbolos modificados para la siguiente etapa. El terminal de usuario entonces repite el mismo procesamiento sobre los N_{ut} flujos de símbolos modificados para recuperar otro flujo de datos. Si la interferencia debida a cada flujo de datos puede estimarse con precisión y cancelarse, entonces los flujos de datos recuperados más tarde experimentan menos interferencia y en general pueden conseguir SNR superiores de media. Esto permite a la emisión MIMO emplear tasas de transmisión de datos superiores sobre aquellos flujos que se detectan más tarde, mejorando de manera efectiva la capacidad de tratamiento de la emisión. Si se emplean diferentes tasas de transmisión de datos sobre diferentes flujos de datos transmitidos, entonces los terminales de usuario pueden descodificar estos flujos en un orden predeterminado desde el flujo de tasa de transmisión de datos más baja hasta el flujo de tasa de transmisión de datos más alta.
Para la técnica SIC, puede conseguirse rendimiento mejorado estimando la interferencia utilizando datos descodificados en lugar de los símbolos detectados. En este caso, los N_{D} bloques de símbolos de datos para cada longitud de bloque se recuperan un bloque cada vez. Cada bloque de símbolos de datos se detecta y descodifica en una etapa, y los datos descodificados se utilizan para estimar y cancelar la interferencia debida al bloque de símbolos de
datos.
Para mayor claridad, la siguiente descripción supone que (1) N_{D}=N_{S} y cada flujo/bloque de símbolos de datos se transmite como una entrada del vector s(m) de símbolos de datos y (2) los N_{D} flujos de símbolos de datos se recuperan en orden secuencial de modo que el flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos se recupera en la etapa \lambda, para \lambda = 1 ... N_{S}. Para la técnica SIC, los flujos de símbolos de entrada (recibidos o modificados) para la etapa \lambda, donde \lambda = 1 ... N_{S}, pueden expresarse como:
11
donde r^{l}_{sic}(m) es un vector de N_{ut} símbolos modificados para el tramo m de transmisión en la etapa \lambda,
y r^{l}_{sic}(m) = r(m) para la primera etapa;
s^{\lambda} (m) es un vector de N_{S} - \lambda + 1 símbolos de datos no recuperados aún para el tramo m de transmisión en la etapa \lambda;
H^{\lambda}_{eff}(m) es un matriz de respuesta de canal efectivo reducida N_{ut} x (N_{ap} - \lambda + 1) para el tramo m de transmisión en la etapa \lambda; y
n^{\lambda}(m) es un vector reducido de n(m).
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La ecuación (11) supone que los flujos de símbolos de datos recuperados en las \lambda - 1 etapas anteriores se cancelan. Las dimensiones de la matriz H_{eff}(m) se reducen sucesivamente en una columna para cada etapa puesto que se recupera y cancela un flujo de símbolos de datos. Para la etapa \lambda, la matriz H^{\lambda}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo reducida se obtiene eliminando \lambda - 1 columnas en la matriz H_{eff}(m) original correspondientes a los \lambda - 1 flujos de símbolos de datos recuperados previamente, o H^{l}_{eff}(m) = [h_{eff,l}(m) h_{eff, l+1}(m) ... h_{eff, N_{s}}(m)], donde h_{eff, \lambda}(m) es un vector N_{ut} x 1 para la respuesta de canal efectivo observada por el flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos en el tramo m de trans-
misión.
Para la etapa \lambda, el terminal de usuario obtiene un matriz M^{\lambda}_{sic}(m) de filtro espacial basándose en la estimación \hat{H}^{\lambda}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo reducida (en lugar de la estimación \hat{H}^{\lambda}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo original) utilizado la técnica CCMI como se muestra en la ecuación (5), la técnica MMSE como se muestra en la ecuación (8), o alguna otra técnica. La matriz M^{\lambda}_{sic}(m) de filtro espacial tiene dimensiones de (N_{S} - \lambda + 1) x N_{ut}. Puesto que \hat{H}^{\lambda}_{eff}(m) es diferente para cada etapa, la matriz M^{\lambda}_{sic}(m) también es diferente para cada etapa.
El terminal de usuario realiza procesamiento espacial para la etapa, como a continuación:
12
donde \hat{s}^{\lambda}_{sic}(m) es un vector con N_{S} - \lambda + 1 símbolos detectados para el tramo m de transmisión en la etapa \lambda;
Q^{l}_{sic}(m) = M^{l}_{sic}(m) \cdotH^{l}_{eff}(m);
D^{\lambda}_{sic}(m) es una matriz de elementos diagonales de [Q^{\lambda}_{sic}(m)]^{-1}; y
n^{\lambda}_{sic}(m) es el ruido filtrado para el tramo m de transmisión en la etapa \lambda.
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El terminal de usuario selecciona uno de los flujos de símbolos detectados para su recuperación.
\newpage
Puesto que sólo se recupera un flujo de símbolos de datos en cada etapa, el terminal de usuario puede simplemente obtener un vector m^{\lambda}(m) fila de filtro espacial 1 x N_{ut} para el flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos que va a recuperarse en la etapa \lambda. El vector m^{\lambda}(m) fila es una fila de la matriz M^{\lambda}_{sic}(m). En este caso, el procesamiento espacial para la etapa \lambda puede expresarse como:
13
donde q^{\lambda}(k) es la fila de Q^{\lambda}_{sic}(m) correspondiente al flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos y \alpha_{\lambda} es un factor de escala para el flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos.
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En cualquier caso, el terminal de usuario procesa (por ejemplo, demodula, desintercala y descodifica) el flujo {\hat{s}_{\lambda}} de símbolos detectados para obtener un flujo {\hat{d}_{\lambda}} de datos descodificado. El terminal de usuario también forma una estimación de la interferencia que provoca este flujo para los otros flujos de símbolos de datos no recuperados aún. Para estimar la interferencia, el terminal de usuario vuelve a codificar, intercalar y mapear por símbolo el flujo {\hat{d}_{\lambda}} de datos descodificado de la misma manera que se realiza en el punto de acceso y obtiene un flujo de símbolos {\breve{s}_{\lambda}} "remodulado", que es una estimación del flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos que se acaba de recuperar. El terminal de usuario entonces convoluciona el flujo {\breve{s}_{\lambda}} de símbolos remodulado con cada uno de los N_{ut} elementos en el vector h_{eff, \lambda}(m) de respuesta de canal efectivo para el flujo {s_{\lambda}} para obtener N_{ut} componentes i^{\lambda}(m) de interferencia provocadas por este flujo. Las N_{ut} componentes de interferencia se restan entonces de los N_{ut} flujos r^{\lambda}_{sic}(m) de símbolos modificados para la etapa \lambda para obtener N_{ut} flujos r^{l+1}_{sic,u}(m) de símbolos modificados para la siguiente etapa, o r^{l+1}_{sic}(m) = r^{l}_{sic}(m) - i^{l}(m). Los flujos r^{l+1}_{sic,u}(m) de símbolos modificados representan los flujos que se habrían recibido si el flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos no se hubiese transmitido, suponiendo que la cancelación de interferencia se realizó de manera efectiva.
Para la técnica SIC, la SNR de cada flujo de símbolos de datos depende de (1) la técnica de procesamiento espacial (por ejemplo, CCMI o MMSE) utilizada para cada etapa, (2) la etapa específica en la que se recupera el flujo de símbolos de datos, y (3) la cantidad de interferencia debida a los flujos de símbolos de datos recuperados en las últimas etapas. La SNR para la técnica SIC con CCMI puede expresarse como:
14
donde r_{\lambda}(m) es el elemento diagonal de [R^{\lambda}(m)]^{-1} para el flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos, y
R^{l}(m) = [H^{l}_{eff}(m)]^{H}\cdotH^{l}_{eff}(m)
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La SNR para la técnica SIC con MMSE puede expresarse como:
15
donde q_{\lambda}(m) es el elemento diagonal de Q^{\lambda}_{sic}(m) para el flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos, donde Q^{\lambda}_{sic}(m) se obtiene como se muestra para la ecuación (9) pero basándose en la matriz \hat{H}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo reducida en lugar de la matriz \hat{H}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo original.
En general, la SNR mejora progresivamente para flujos de símbolos de datos recuperados en las últimas etapas porque se cancela la interferencia de flujos de símbolos de datos recuperados en etapas anteriores. Esto permite entonces que se utilicen tasas superiores para flujos de símbolos de datos recuperados más tarde.
La descripción anterior para la técnica SIC supone que cada bloque de símbolos de datos se envía como una entrada de s(m). En general, cada etapa descodifica y recupera un bloque de símbolos de datos, que puede haberse demultiplexado y enviado en un número de entradas de s(m). La descripción anterior también supone que los flujos de datos se recuperan en un orden secuencial determinado por el índice \lambda de flujo. Puede conseguirse un mejor rendimiento recuperando los flujos de datos en un orden secuencial determinado por sus SNR requeridas. Por ejemplo, el flujo de datos que requiere la SNR más baja (por ejemplo, el flujo de datos enviado con la tasa de transmisión de datos más baja y/o la potencia de transmisión más alta) puede recuperarse primero, seguido por el flujo de datos con la SNR requerida más baja siguiente, etc.
C. Selección de matriz de apuntamiento
Como se comentó anteriormente, puede generarse un conjunto de L matrices de apuntamiento y utilizarse para el ensanchamiento espacial. Las matrices de apuntamiento en el conjunto pueden seleccionarse para su uso de diversas maneras. En una realización, las matrices de apuntamiento se seleccionan a partir del conjunto de una manera determinista. Por ejemplo, las L matrices de apuntamiento pueden disponerse de manera cíclica y seleccionarse en orden secuencial, empezando con la primera matriz V(1) de apuntamiento, luego la segunda matriz V(2) de apuntamiento, etc., y luego la última matriz V(L) de apuntamiento. En otra realización, las matrices de apuntamiento se seleccionan a partir del conjunto de una manera pseudoaleatoria. Por ejemplo, la matriz de apuntamiento a utilizar para cada tramo m de transmisión puede seleccionarse basándose en una función f(m) que selecciona de manera pseudoaleatoria una de las L matrices de apuntamiento, o matriz V(f(m)) de apuntamiento. En aún otra realización, las matrices de apuntamiento se seleccionan a partir del conjunto de una manera "permutada". Por ejemplo, las L matrices de apuntamiento pueden disponerse de manera cíclica y seleccionarse para su uso en orden secuencial. Sin embargo, la matriz de apuntamiento de inicio para cada ciclo puede seleccionarse de una manera pseudoaleatoria, en lugar de ser siempre la primera matriz V(1) de apuntamiento. Las L matrices de apuntamiento también pueden seleccionarse de otras maneras, y esto está dentro del alcance de la invención.
La selección de matrices de apuntamiento también puede depender del número (L) de matrices de apuntamiento en el conjunto y la longitud (N_{M}) de bloque. En general, el número de matrices de apuntamiento puede ser mayor que, igual a, o menor que la longitud de bloque. La selección de matrices de apuntamiento para estos tres casos puede realizarse como se describe a continuación.
Si L = N_{M}, entonces el número de matrices de apuntamiento coincide con la longitud de bloque. En este caso, puede seleccionarse una matriz de apuntamiento diferente para cada uno de los N_{M} tramos de transmisión utilizados para emitir un conjunto de bloques de símbolos de datos. Las N_{M} matrices de apuntamiento para los N_{M} tramos de transmisión pueden seleccionarse de una manera determinista, pseudoaleatoria o permutada, como se describió anteriormente.
Si L>N_{M}, entonces la longitud de bloque es mayor que el número de matrices de apuntamiento en el conjunto. En este caso, las matrices de apuntamiento se reutilizan para cada conjunto de bloques de símbolos de datos y pueden seleccionarse como se describió anteriormente.
Si L > N_{M}, entonces se utiliza un subconjunto de las matrices de apuntamiento para cada conjunto de bloques de símbolos de datos. La selección del subconjunto específico a utilizar para cada conjunto de bloques de símbolos de datos puede ser determinista o pseudoaleatoria. Por ejemplo, la primera matriz de apuntamiento a utilizar para el conjunto de bloques de símbolos de datos actual puede ser la matriz de apuntamiento después de la última utilizada para un conjunto de bloques de símbolos de datos anterior.
D. Sistema MIMO
La figura 4 muestra un diagrama de bloques del punto 110 de acceso y el terminal 120 de usuario en el sistema 100 MIMO. El terminal 120 de usuario es uno de los terminales de usuario en la figura 1. En el punto 110 de acceso, un procesador 420 de datos TX recibe y procesa (por ejemplo, codifica, intercala y modula) datos para N_{D} flujos de datos y proporciona N_{S} flujos de símbolos de datos, donde N_{S} \geq N_{D} \geq 1. Un procesador 430 espacial TX recibe y procesa espacialmente los N_{S} flujos de símbolos de datos para el ensanchamiento espacial, multiplexa en símbolos piloto, y proporciona N_{ap} flujos de símbolos de transmisión a N_{ap} unidades 432a a 432ap transmisoras (TMTR). El procesamiento mediante el procesador 420 de datos TX se describe más adelante, y el procesamiento espacial mediante el procesador 430 espacial TX es como se describió anteriormente. Cada unidad 432 transmisora acondiciona (por ejemplo, convierte a analógico, filtra, amplifica y convierte ascendentemente en frecuencia) un flujo de símbolos de transmisión respectivo para generar una señal modulada. Las N_{ap} unidades 432a a 432ap transmisoras proporcionan N_{ap} señales moduladas para la transmisión desde las N_{ap} antenas 434a a 434ap, respectivamente.
En el terminal 120 de usuario, N_{ut} antenas 452a a 452ut reciben las N_{ap} señales transmitidas, y cada antena 452 proporciona una señal recibida a una unidad 454 receptora (RCVR) respectiva. Cada unidad 454 receptora realiza un procesamiento complementario al realizado por la unidad 432 transmisora y proporciona (1) símbolos de datos recibidos a un procesador 460 espacial RX y (2) símbolos piloto recibidos a un estimador 484 de canal dentro de un controlador 480. El procesador 460 espacial de recepción realiza un procesamiento espacial sobre N_{ut} flujos de símbolos recibidos desde N_{ut} unidades 454a a 454ut receptoras con matrices de filtro espacial del controlador 480 y proporciona N_{S} flujos de símbolos detectados, que son estimaciones de los N_{S} flujos de símbolos de datos emitidos por el punto 110 de acceso. Un procesador 470 de datos RX entonces procesa (por ejemplo, demapea, desintercala y descodifica) los N_{S} flujos de símbolos detectados y proporciona N_{D} flujos de datos descodificados, que son estimaciones de los N_{D} flujos de datos.
Los controladores 440 y 480 controlan el funcionamiento de diversas unidades de procesamiento en el punto 110 de acceso y el terminal 120 de usuario, respectivamente. Las unidades 442 y 482 de memoria almacenan datos y/o códigos de programa utilizados por los controladores 440 y 480, respectivamente.
\newpage
La figura 5A muestra un diagrama de bloques de un procesador 420a de datos TX y un procesador 430a espacial TX, que son una realización del procesador 420 de datos TX y el procesador 430 espacial TX en el punto 110 de acceso. Para esta realización, el procesador 420a de datos TX incluye N_{D} procesadores 520a a 520nd de flujos de datos TX para N_{D} flujos de datos, {d_{\lambda}} para \lambda = 1 ... N_{D}.
Dentro de cada procesador 520 de flujos de datos TX, un codificador 522 recibe y codifica flujo de datos {d_{\lambda}} basándose en un esquema de codificación y proporciona bits de código. El flujo de datos puede llevar uno o más paquetes de datos, y cada paquete de datos se codifica normalmente por separado para obtener un bloque de código o paquete de datos codificado. La codificación aumenta la fiabilidad de la transmisión de datos. El esquema de codificación puede incluir generación de comprobación de redundancia cíclica (CRC), codificación convolucional, codificación Turbo, codificación de comprobación de paridad de baja densidad (LDPC), codificación de bloques, otra codificación, o una combinación de los mismos. Con ensanchamiento espacial, la SNR puede variar a través de un bloque de código incluso si el canal MIMO es estático sobre el bloque de código. Puede utilizarse un esquema de codificación suficientemente potente para combatir la variación de SNR a través del bloque de código, de modo que el rendimiento codificado es proporcional a la media de SNR a través del bloque de código. Algunos esquemas de codificación ejemplares que pueden proporcionar buen rendimiento para ensanchamiento espacial incluyen código Turbo (por ejemplo, el definido por IS-856), código LDPC, y código convolucional.
Un intercalador 524 de canales intercala (es decir, reordena) los bits de código basándose en un esquema de intercalación para conseguir diversidad de frecuencia, tiempo y/o espacial. La intercalación puede realizarse a través de un bloque de código, un bloque de código parcial, múltiples bloques de código, uno o más tramos de transmisión, etc. Una unidad 526 de mapeo por símbolo mapea los bits intercalados basándose en un esquema de modulación y proporciona un flujo {s_{\lambda}} de símbolos de datos. La unidad 526 agrupa cada conjunto de B bits intercalados para formar un valor de B bits, donde B \geq 1, y además mapea cada valor de B bits con un símbolo de modulación específico basándose en el esquema de modulación (por ejemplo, QPSK, M-PSK, o M-QAM, donde M = 2^{B}). La unidad 526 proporciona un bloque de símbolos de datos para cada bloque de código.
En la figura 5A, N_{D} procesadores 520a a 520nd de flujos de datos TX procesan los N_{D} flujos de datos y proporcionan N_{D} bloques de símbolos de datos para cada longitud de bloque de N_{M} tramos de transmisión. Un procesador 520 de flujos de datos TX también puede procesar los N_{D} flujos de datos, por ejemplo, de una manera con multiplexación por división de tiempo (TDM). Pueden utilizarse el mismo o diferentes esquemas de codificación y modulación para los N_{D} flujos de datos. Además, pueden utilizarse la misma o diferentes tasas de transmisión de datos para los N_{D} flujos de datos. La tasa de transmisión de datos para cada flujo de datos se determina mediante los esquemas de codificación y modulación utilizados para ese flujo.
Un multiplexor/demultiplexor 528 (Mux/Demux) recibe y multiplexa/demultiplexa los símbolos de datos para los N_{D} flujos de datos en N_{S} flujos de símbolos de datos. Si N_{D}=N_{S}, entonces el Mux/Demux 528 puede proporcionar simplemente los símbolos de datos para cada flujo de datos como un flujo de símbolos de datos respectivo. Si N_{D} =1, entonces el Mux/Demux 528 demultiplexa los símbolos de datos para el flujo de datos en N_{S} flujos de símbolos de datos.
El procesador 430a espacial TX recibe N_{D} bloques de símbolos de datos desde el procesador 420a de datos TX y N_{M} matrices V(m) de apuntamiento desde el controlador 440 para cada longitud de bloque de N_{M} tramos de transmisión. Las matrices de apuntamiento pueden recuperarse de un almacenamiento 542 de matrices de apuntamiento (SM) dentro de la unidad 442 de memoria o generarse por el controlador 440 cuando se necesiten. Dentro del procesador 430a espacial TX, una unidad 532 de multiplicación de matrices realiza un procesamiento espacial sobre los símbolos de datos para cada tramo m de transmisión con la matriz V(m) de apuntamiento y proporciona símbolos de transmisión para ese tramo de transmisión. Un multiplexor 534 multiplexa los símbolos de transmisión con símbolos piloto, por ejemplo, de una manera multiplexada por división de tiempo. Para cada tramo de transmisión, el procesador 430a espacial TX proporciona N_{ap} secuencias de símbolos de transmisión para la emisión desde las N_{ap} antenas de punto de acceso en uno o más periodos de símbolo y/o en una o más subbandas para ese tramo de transmisión. El procesador 430a espacial TX multiplexa además las N_{ap} secuencias de símbolos de transmisión para diferentes tramos de transmisión y proporciona N_{ap} flujos de símbolos de transmisión, {x_{j}} para j =1 ... N_{ap}, para las N_{ap} antenas de punto de acceso.
La figura 5B muestra un diagrama de bloques de un procesador 420b de datos TX y un procesador 430b espacial TX, que son otra realización del procesador 420 de datos TX y el procesador 430 espacial TX en el punto 110 de acceso. Para esta realización, el procesador 420b de datos TX incluye un procesador 520 de flujos de datos TX para un flujo de datos {d}. El procesador 520 de flujos de datos TX procesa el flujo {d} de datos como se describió anteriormente para la figura 5A y proporciona símbolos de datos. Un demultiplexor 529 demultiplexa los símbolos de datos del procesador 520 en N_{S} flujos de símbolos de datos, {s_{\lambda}} para \lambda = 1 ... N_{S}, de modo que cada bloque de símbolos de datos se emite sobre N_{S} canales espaciales de H(m).
Dentro del procesador 430b espacial TX, un multiplexor 530 recibe los N_{S} flujos de símbolos de datos desde el procesador 420b de datos TX, multiplexa en símbolos piloto, y proporciona N_{S} flujos de símbolos de datos/piloto. La unidad 532 de multiplicación de matrices realiza un procesamiento espacial sobre los símbolos de datos/piloto para cada tramo m de transmisión con la matriz V(m) de apuntamiento y proporciona símbolos de transmisión para ese tramo de transmisión. El procesador 430b espacial TX proporciona N_{ap} flujos de símbolos de transmisión, {x_{j}} para
j =1 ... N_{ap}, para las N_{ap} antenas de punto de acceso. El procesador 430b espacial TX realiza ensanchamiento espacial tanto sobre los símbolos de datos como piloto, mientras que el procesador 430a espacial TX realiza ensanchamiento espacial sobre símbolos de datos pero no sobre símbolos piloto.
Las figuras 5A y 5B muestran realizaciones ejemplares del procesador 420 de datos TX y el procesador 430 espacial TX en el punto 110 de acceso. Los procesadores 420 y 430 también pueden implementarse de otras maneras, y esto está dentro del alcance de la invención.
La figura 6A muestra un diagrama de bloques de una realización de las unidades de procesamiento en el terminal 120 de usuario, que puede utilizarse conjuntamente con la realización de punto de acceso mostrada en la figura 5A. N_{ut} unidades 454a a 454ut receptoras proporcionan símbolos piloto recibidos, {r_{i}^{p}} para i = 1... N_{ut}, al estimador 484 de canal. Si el punto 110 de acceso transmite símbolos piloto sin ensanchamiento espacial (como se muestra en la figura 5A), entonces el estimador 484 de canal obtiene \hat{H}(m), que es una estimación de la matriz H(m) de respuesta de canal, basándose en los símbolos piloto recibidos. El estimador 484 de canal obtiene entonces la matriz V(m) de apuntamiento para cada tramo m de transmisión y obtiene \hat{H}_{eff}(m), que es una estimación de la matriz de respuesta de canal efectivo, como \hat{H}_{eff}(m) = \hat{H}(m) \cdot V(m). El terminal 120 de usuario se sincroniza con el punto 110 de acceso de modo que ambas entidades utilizan la misma matriz V(m) de apuntamiento para cada tramo m de transmisión. Si el punto 110 de acceso transmite símbolos piloto con ensanchamiento espacial (como se muestra en la figura 5B), entonces el estimador 484 de canal estima directamente la matriz de respuesta de canal efectivo basándose en los símbolos piloto recibidos. En cualquier caso, el estimador 484 de canal proporciona la matriz \hat{H}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo estimada para cada tramo de transmisión.
El controlador 480 obtiene un matriz M(m) de filtro espacial y posiblemente una matriz D(m) diagonal para cada tramo de transmisión basándose en la matriz \hat{H}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo estimada y utilizando la técnica CCMI, MMSE, o alguna otra técnica. El procesador 460 espacial RX obtiene símbolos de datos recibidos, {r_{i}^{d}} para i = 1 ... N_{ut}, desde las unidades receptoras 454a a 454ut y las matrices M(m) y D(m) desde el controlador 480. El procesador 460 espacial RX realiza un procesamiento espacial de receptor sobre los símbolos de datos recibidos para cada tramo de transmisión con las matrices M(m) y D(m) y proporciona símbolos detectados al procesador 470 de datos RX.
Para la realización mostrada en la figura 6A, el procesador 470a de datos RX incluye un multiplexor/demultiplexor 668 y N_{D} procesadores 670a a 670nd de flujos de datos RX para los N_{D} flujos de datos. El Mux/Demux 668 recibe y multiplexa/demultiplexa los N_{S} flujos de símbolos detectados para los N_{S} canales espaciales en N_{D} flujos de símbolos detectados para los N_{D} flujos de datos. Dentro de cada procesador 670 de flujos de datos RX, una unidad 672 de demapeo por símbolo demodula los símbolos detectados para el flujo de datos asociado según el esquema de modulación utilizado para ese flujo y proporciona datos demodulados. Un desintercalador 674 de canal desintercala los datos demodulados de una manera complementaria a la intercalación realizada sobre ese flujo por el punto 110 de acceso. Un descodificador 676 descodifica los datos desintercalados de una manera complementaria a la codificación realizada por el punto 110 de acceso sobre ese flujo. Por ejemplo, puede utilizarse un descodificador Turbo o un descodificador Viterbi para el descodificador 676 si se realiza, respectivamente, codificación Turbo o convolucional por el punto 110 de acceso. El descodificador 676 proporciona un flujo de datos descodificado, que incluye un paquete de datos descodificado para cada bloque de símbolos de datos.
La figura 6B muestra un diagrama de bloques de un procesador 460b espacial RX y un procesador 470b de datos RX, que implementa la técnica SIC para el terminal 120 de usuario. El procesador 460b espacial RX y el procesador 470b de datos RX implementan N_{D} etapas de procesamiento de receptor en cascada para los N_{D} flujos de datos. Para mayor simplicidad, N_{D} = N_{S} y cada flujo de símbolos de datos corresponde a un flujo de datos respectivo. Cada una de las etapas 1 a N_{D} - 1 incluye un procesador 660 espacial, un cancelador 662 de interferencia, un procesador 670 de flujos de datos RX, y un procesador 680 de flujos de datos TX. La última etapa incluye sólo un procesador 660nd espacial y un procesador 670nd de flujos de datos RX. Cada procesador 670 de flujos de datos RX incluye una unidad de demapeo por símbolo, un desintercalador de canal y un descodificador, como se muestra en la figura 6A. Cada procesador 680 de flujos de datos TX incluye un codificador, un intercalador de canal y una unidad de mapeo por símbolo, como se muestra en la figura 5B.
Para la etapa 1, el procesador 660a espacial realiza un procesamiento espacial de receptor sobre los N_{ut} flujos de símbolos recibidos y proporciona un flujo {\hat{s}_{1}} de símbolos detectado. El procesador 670a de flujos de datos RX demodula, desintercala y descodifica el flujo {\hat{s}_{1}} de símbolos detectados y proporciona un flujo {\hat{d}_{1}} de datos descodificado correspondiente. El procesador 680a de flujos de datos TX codifica, intercala y modula el flujo {\hat{d}_{1}} de datos descodificado de la misma manera realizada por el punto 110 de acceso para ese flujo y proporciona un flujo {\breve{s}_{1}} de símbolos remodulado. El cancelador 662 de interferencia procesa el flujo {\breve{s}_{1}} de símbolos remodulado con la matriz \hat{H}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo estimada para obtener N_{ut} componentes de interferencia debidas al flujo {\hat{s}_{1}} de símbolos de datos. Las N_{ut} componentes de interferencia se restan de los N_{ut} flujos de símbolos recibidos para obtener N_{ut} flujos de símbolos modificados, que se proporcionan a la etapa 2.
Cada una de las etapas 2 a N_{D} -1 realiza el mismo procesamiento que la etapa 1, aunque sobre los N_{ut} flujos de símbolos modificados de la etapa anterior en lugar de los N_{ut} flujos de símbolos recibidos. La última etapa realiza un procesamiento espacial y descodificación sobre los N_{ut} flujos de símbolos modificados de la etapa N_{D} -1 y no realiza estimación y cancelación de interferencia.
Los procesadores 660a a 660nd espaciales pueden implementar cada uno la técnica CCMI, MMSE, o alguna otra técnica. Cada procesador 660 espacial multiplica un vector r^{\lambda}_{sic}(m) de símbolos de entrada (recibidos o modificados) con un matriz M^{\lambda}_{sic}(m) de filtro espacial para obtener un vector \hat{s}^{\lambda}_{sic}(m) de símbolos detectados y proporciona el flujo de símbolos detectados para esa etapa. La matriz M^{\lambda}_{sic}(m) se obtiene basándose en la estimación \hat{H}^{\lambda}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo reducida para la etapa.
2. Emisión MISO
La figura 7 muestra un sistema 700 MISO con un punto 710 de acceso y terminales 720 de usuario. El punto 710 de acceso está equipado con múltiples (N_{ap}) antenas para la transmisión de datos. Cada terminal 720 de usuario está equipado con una única antena para la recepción de datos. Los terminales de usuario pueden distribuirse por toda la zona de cobertura del punto 710 de acceso. Se forma un canal MISO diferente mediante las N_{ap} antenas en el punto de acceso y la única antena en cada terminal de usuario. El canal MISO para un terminal de usuario dado puede caracterizarse mediante un vector h fila de repuesta de canal 1 x N_{ap}, que es h = [h_{1} h_{2} ... h_{Nap}], donde la entrada h_{j}, para j = 1 ... N_{ap}, denota el acoplamiento entre la antena j de punto de acceso y la antena de terminal de usuario.
Puede utilizarse ensanchamiento espacial para aleatorizar el canal MISO efectivo observado por cada terminal de usuario de una única antena de modo que el rendimiento de emisión no venga dictado por la condición de canal del peor caso esperado. Para el sistema MISO, el punto de acceso realiza un procesamiento espacial con vectores de apuntamiento, que son matrices de apuntamiento degeneradas que contienen sólo una columna.
El procesamiento espacial en el punto de acceso para ensanchamiento espacial en el sistema MISO puede expresarse como:
16
donde s(m) es un símbolo de datos que va a enviarse en el tramo m de transmisión;
v(m) es un vector de apuntamiento N_{ap} x 1 para el tramo m de transmisión; y
x_{miso}(m) es un vector N_{ap} x 1 con N_{ap} símbolos de transmisión que van a enviarse desde las N_{ap} antenas de punto de acceso en el tramo m de transmisión.
Puede generarse un conjunto de L vectores de apuntamiento y se denota como {v}, o v(i) para i = 1 ... L. Se selecciona un vector de apuntamiento en el conjunto para cada tramo m de transmisión y se utiliza para el procesamiento espacial por el punto de acceso para ese tramo de transmisión.
Los símbolos recibidos en cada terminal de usuario de una única antena con ensanchamiento espacial pueden expresarse como:
17
donde r(m) es un símbolo recibido para el tramo m de transmisión;
h_{eff}(m) es una respuesta de canal efectivo para el tramo m de transmisión, que es h_{eff}(m) = h(m) \cdot v(m); y
n(m) es el ruido para el tramo m de transmisión.
Como se muestra en la ecuación (17), debido al ensanchamiento espacial realizado por el punto de acceso, el flujo de símbolos de datos emitido por el punto de acceso observa la respuesta h_{eff}(m) de canal efectivo, que incluye la respuesta h(m) de canal real y el vector v(m) de apuntamiento. El terminal de usuario puede obtener \hat{h}(m), que es una estimación del vector h(m) de respuesta de canal (por ejemplo, basándose en símbolos piloto recibidos). El terminal de usuario puede entonces calcular \hat{h}_{eff}(m), que es una estimación de respuesta de canal efectivo, como \hat{h}_{eff}(m) = \hat{h}(m) \cdot v(m). Como alternativa, el terminal de usuario puede estimar directamente la respuesta de canal efectivo, por ejemplo, basándose en símbolos piloto recibidos que se han transmitido utilizando v(m). En cualquier caso, el terminal de usuario puede realizar detección (por ejemplo, ecualización y/o filtrado con comparación) sobre los símbolos r(m) recibidos con la estimación \hat{h}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo para obtener símbolos \hat{s}(m) detectados.
La transmisión y recepción de emisión para el sistema MISO puede realizarse de manera similar a la descrita anteriormente para las figuras 2 y 3. Sin embargo, sólo está disponible y se utiliza un canal espacial para la transmisión de emisión en el sistema MISO. En referencia a la figura 2, para la transmisión de emisión en el sistema MISO, se genera un bloque de símbolos de datos (bloque 212) y se divide en N_{M} subbloques, que han de emitirse en N_{M} tramos de transmisión (bloque 214). Se selecciona un vector de apuntamiento para cada tramo de transmisión/subbloque (bloque 218) y se utiliza para el procesamiento espacial para el(los) símbolo(s) de datos en el subbloque (bloque 220). Los símbolos de transmisión para cada subbloque se emiten a través de las N_{ap} antenas de punto de acceso en el tramo de transmisión asociado (bloque 222).
En referencia a la figura 3, para la recepción de emisión en el sistema MISO, se obtienen uno o más símbolos de datos recibidos desde la única antena en el terminal de usuario para cada subbloque (bloque 314). Se determina el vector de apuntamiento utilizado por el punto de acceso para cada subbloque (bloque 316) y se utiliza para obtener la estimación \hat{h}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo (bloque 318), que se utiliza entonces para la detección del (de los) símbolo(s) de datos recibidos para el subbloque (bloque 320). Después de haber recibido todos los N_{M} subbloques para el bloque de símbolos de datos actual, se procesan los símbolos detectados para el bloque (se demodulan, desintercalan y descodifican) para obtener los datos descodificados para el bloque (bloque 326).
La figura 8 muestra un diagrama de bloques del punto 710 de acceso y el terminal 720 de usuario en el sistema 700 MISO. El terminal 720 de usuario es uno de los terminales de usuario de la figura 7. En el punto 710 de acceso, un procesador 820 de datos TX realiza un procesamiento de datos sobre un flujo {d} de datos para obtener un flujo {s} de símbolos de datos correspondiente. El procesador 820 de datos TX puede implementarse con el procesador 520 de flujos de datos TX de la figura 5B. Un procesador 830 espacial TX realiza un ensanchamiento espacial sobre el flujo de símbolos de datos con los vectores de apuntamiento (por ejemplo, como se muestra en la ecuación (16)), multiplexa en símbolos piloto, y proporciona N_{ap} flujos de símbolos de transmisión. N_{ap} unidades 832a a 832ap transmisoras acondicionan los N_{ap} flujos de símbolos de transmisión para generar N_{ap} señales moduladas, que se transmiten desde N_{ap} antenas 834a a 834ap, respectivamente.
En el terminal 720 de usuario, las N_{ap} señales transmitidas se reciben mediante una antena 852, y la señal recibida desde la antena se acondiciona mediante una unidad 854 receptora para obtener símbolos recibidos. Un estimador 884 de canal obtiene la estimación \hat{h}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo basándose en los símbolos piloto recibidos y el vector v(m) de apuntamiento utilizado para cada tramo de transmisión. Un detector 860 realiza una detección (por ejemplo, ecualización y/o filtrado con comparación) sobre los símbolos de datos recibidos con la estimación \hat{h}_{eff}(m) de respuesta de canal efectivo y proporciona un flujo {\hat{s}} de símbolos detectados. Un procesador 870 de datos RX procesa (por ejemplo, demapea, desintercala y descodifica) el flujo de símbolos detectados y proporciona un flujo {\hat{d}} de datos descodificado. El procesador 870 de datos RX puede implementarse con el procesador 670a de flujos de datos RX de la figura 6A.
Los controladores 840 y 880 controlan el funcionamiento de las diversas unidades de procesamiento en el punto 710 de acceso y el terminal 720 de usuario, respectivamente. Las unidades 842 y 882 de memoria almacenan datos y/o códigos de programa utilizados por los controladores 840 y 880, respectivamente.
3. Sistemas basados en OFDM
Las técnicas de transmisión de emisión descritas en el presente documento pueden utilizarse para sistemas de una única portadora así como multiportadora. Pueden obtenerse múltiples portadoras con OFDM o algún otro principio. Para un sistema basado en OFDM, puede realizarse ensanchamiento espacial sobre cada una de las subbandas utilizadas para la emisión.
Para un sistema MIMO que utiliza OFDM (es decir, un sistema MIMO-OFDM), puede formarse un vector s(k, n) de símbolos de datos para cada subbanda k en cada periodo n de símbolo OFDM. El vector s(k, n) contiene hasta N_{S} símbolos de datos para la emisión a través de los N_{S} canales espaciales de subbanda k en el periodo n de símbolo OFDM. El índice m para el tramo de transmisión se sustituye por k, n para la subbanda k y el periodo n de símbolo OFDM. Pueden emitirse de manera concurrente hasta N_{F} vectores, s(k, n) para k = 1 ... N_{F}, sobre las N_{F} subbandas en un periodo de símbolo OFDM. Un tramo de transmisión puede cubrir una o más subbandas en uno o más periodos de símbolo OFDM.
Los N_{D} bloques de símbolos de datos pueden emitirse de diversas maneras en el sistema MIMO-OFDM. Por ejemplo, cada bloque de símbolos de datos puede emitirse como una entrada del vector s(k,n) para cada una de las N_{F} subbandas. En este caso, cada bloque de símbolos de datos se emite sobre todas las N_{F} subbandas y consigue diversidad de frecuencia. Cada bloque de símbolos de datos puede abarcar además uno o múltiples periodos de símbolo OFDM. Cada bloque de símbolos de datos puede por tanto abarcar dimensiones de frecuencia y/o tiempo (por diseño del sistema) más dimensión espacial (con ensanchamiento espacial).
Las matrices de apuntamiento también pueden seleccionarse de diversas maneras para el sistema MIMO-OFDM. Las matrices de apuntamiento para las subbandas pueden seleccionarse de una manera determinista, pseudoaleatoria o permutada, como se describió anteriormente. Por ejemplo, las L matrices de apuntamiento en el conjunto pueden disponerse de manera cíclica y seleccionarse en orden secuencial para las subbandas 1 a N_{F} en el periodo n de símbolo OFDM, luego las subbandas 1 a N_{F} en el periodo n + 1 de símbolo OFDM, etc. El número de matrices de apuntamiento en el conjunto puede ser menor que, igual a, o mayor que el número de subbandas. Los tres casos descritos anteriormente para L = N_{M}, L < N_{M}, y L > N_{M} también pueden aplicarse para las subbandas, sustituyendo N_{M}
por N_{F}.
Para un sistema MISO que utiliza OFDM (es decir, un sistema MISO-OFDM), puede emitirse un símbolo s(k,n) de datos sobre cada subbanda k en el periodo n de símbolo OFDM. Pueden emitirse de manera concurrente hasta N_{F} símbolos de datos, s(k,n) para k = 1 ...N_{F}, sobre las N_{F} subbandas en un periodo de símbolo OFDM. Cada bloque de símbolos de datos puede emitirse sobre una o múltiples subbandas y/o en uno o múltiples periodos de símbolo OFDM. Los vectores de apuntamiento pueden seleccionarse de una manera similar a la de las matrices de apuntamiento en el sistema MIMO-OFDM.
Para un sistema basado en OFDM, cada unidad 432 transmisora de la figura 4 y cada unidad 832 transmisora de la figura 8 realizan modulación OFDM sobre los símbolos de transmisión para todas las N_{F} subbandas de una antena de transmisión asociada. Para modulación OFDM, los N_{F} símbolos de transmisión que van a emitirse sobre las N_{F} subbandas en cada periodo de símbolos OFDM se transforman al dominio del tiempo utilizando una transformada rápida de Fourier inversa (IFFT) en N_{F} puntos para obtener un símbolo "transformado" que contiene N_{F} elementos de código. Para combatir la interferencia entre símbolos (ISI), lo cual está provocado por el desvanecimiento de señal selectivo en frecuencia, normalmente se repite una parte (o N_{cp} elementos de código) de cada símbolo transformado para formar un símbolo OFDM correspondiente. Cada símbolo OFDM se emite en un periodo de símbolos OFDM, que es N_{F} + N_{cp} periodos de elementos de código, donde N_{cp} es la longitud de prefijo cíclica. Cada unidad transmisora genera un flujo de símbolos OFDM y además acondiciona el flujo de símbolos OFDM para generar una señal modulada para la emisión desde la antena asociada. Cada unidad 454 receptora de la figura 4 y cada unidad 854 receptora de la figura 8 realizan la demodulación OFDM complementaria sobre su señal recibida para obtener símbolos de datos recibidos y símbolos piloto recibidos.
4. Diversidad de transmisión
El ensanchamiento espacial puede utilizarse en combinación con diversos esquemas de diversidad de transmisión tales como diversidad de transmisión espacio-tiempo (STTD), diversidad de transmisión espacio-frecuencia (SFTD), diversidad de transmisión ortogonal (OTD), etc. STTD transmite cada par de símbolos de datos desde dos antenas en dos periodos de símbolo para conseguir diversidad de espacio y tiempo. SFTD transmite cada par de símbolos de datos desde dos antenas en dos subbandas para conseguir diversidad de espacio y frecuencia. OTD transmite dos símbolos de datos simultáneamente desde dos antenas en dos periodos de símbolo utilizando dos códigos ortogonales para conseguir diversidad de espacio y tiempo. El ensanchamiento espacial puede proporcionar rendimiento mejorado para estos esquemas de diversidad de transmisión.
Para el esquema STTD, el punto de acceso genera dos vectores de símbolos codificados, por ejemplo, s_{1}(m) = [s_{a}(m) s_{b}(m)]^{T} y s_{2}(m) = [s_{b}*(m) -s_{a}*(m)]^{T} para cada par de símbolos de datos s_{a}(m) y s_{b}(m) que va a emitirse en el tramo m de transmisión, donde "*" denote el complejo conjugado y "^{T}" denota la traspuesta. Cada vector incluye dos símbolos codificados que han de emitirse desde las N_{ap} antenas de punto de acceso en un periodo de símbolo. El vector s_{1}(m) se emite en el primer periodo de símbolo, y el vector s_{2}(m) se emite en el siguiente periodo de símbolo. Cada símbolo de datos se incluye en ambos vectores y por tanto se emite sobre dos periodos de símbolo.
El punto de acceso realiza ensanchamiento espacial sobre los dos vectores s_{1}(m) y s_{2}(m) utilizando la misma matriz de apuntamiento, como a continuación:
18
donde V_{sttd}(m) es una matriz de apuntamiento N_{ap} x 2 para el tramo m de transmisión; y
x_{sttd,i}(m) es un vector N_{ap} x 1 con N_{ap} símbolos de transmisión que van a enviarse desde las N_{ap} antenas de punto de acceso en el periodo i de símbolo del tramo m de transmisión.
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Si el terminal de usuario está equipado con una única antena, entonces los símbolos recibidos pueden expresarse como:
19
donde r_{i}(m) es un símbolo recibido para el periodo i de símbolo del tramo m de transmisión;
h(m) es un vector fila de respuesta de canal 1 x N_{ap} para el tramo m de transmisión;
h_{eff, sttd}(m) es un vector fila de respuesta de canal efectivo 1 x 2 para el tramo m de transmisión, que es h_{eff, sttd}(m) = h(m) \cdot V_{sttd}(m) = [h_{eff,1}(m) h_{eff,2}(m)]; y n_{i}(m) es el ruido para el periodo i de símbolo del tramo m de transmisión.
\vskip1.000000\baselineskip
Se supone que la respuesta h(m) de canal es constante en los dos periodos de símbolo del tramo m de transmisión.
\newpage
El terminal de usuario de una única antena puede obtener estimaciones de los dos símbolos de datos, s_{a}(m) y s_{b}(m), como a continuación:
20
donde \hat{h}_{eff,i}(m) es una estimación de h_{eff,i}(m), para i = 1, 2;
101
n'_{a}(m) y n'_{b}(m) son ruido procesado posteriormente para los símbolos \hat{s}_{a}(m) y \hat{s}_{b}(m) detectados, respectivamente.
Si el terminal de usuario está equipado con múltiples antenas, entonces los símbolos recibidos pueden expresarse como:
21
donde r_{i}(m) es un vector N_{ut} x 1 con N_{ut} símbolos recibidos para el periodo i de símbolo del tramo m de transmisión;
H(m) es una matriz de respuesta de canal N_{ut} x N_{ap} para el tramo m de transmisión;
H_{eff,sttd}(m) es una matriz de respuesta de canal efectivo N_{ut} x 2 para el tramo m de transmisión, que es H_{eff,sttd}(m) = H(m) \cdot V_{sttd}(m) = [h_{eff,1}(m) h_{eff,2}(m)]; y
n_{i}(m) es un vector de ruido para el periodo i de símbolo del tramo m de transmisión.
Se supone que la respuesta H(m) de canal es constante en los dos periodos de símbolo del tramo m de transmisión.
El terminal de usuario de múltiples antenas puede obtener estimaciones de los dos símbolos de datos, s_{a}(m) y s_{b}(m), como a continuación:
22
donde \hat{h}_{eff,i}(m) es una estimación de h_{eff,i}(m), para i = 1, 2;
102
n''_{a}(m) y n''_{b}(m) son ruido procesado posteriormente para los símbolos \hat{s}_{a}(m) y \hat{s}_{b}(m) detectados, respectivamente.
Para el esquema SFTD, los dos vectores s_{1}(m) y s_{2}(m) se emiten sobre dos subbandas diferentes en el mismo periodo de símbolo. Puede realizarse el mismo procesamiento de transmisión y recepción descrito anteriormente para el esquema SFTD, donde el índice i ahora denotala subbanda en lugar del periodo de símbolo. Puesto que se supone que la respuesta de canal es aproximadamente constante en el tramo de transmisión, pueden utilizarse dos subbandas k y k +1 adyacentes para emitir los dos vectores s_{1}(m) y s_{2}(m).
5. Sistema de múltiples antenas híbrido
La figura 9 muestra un sistema 900 de múltiples antenas con un punto 910 de acceso y terminales 920 de usuario. El punto 910 de acceso está equipado con múltiples (N_{ap}) antenas para la transmisión de datos. Cada terminal 920 de usuario puede estar equipado con una única antena o múltiples (N_{ut}) antenas para la recepción de datos. Cada terminal de usuario de múltiples antenas presenta un canal MIMO respectivo con el punto de acceso y puede recibir transmisiones de emisión MIMO y MISO desde el punto de acceso. Cada terminal de usuario de una única antena presenta un canal MISO respectivo con el punto de acceso y puede recibir una transmisión de emisión MISO y posiblemente una parte de una transmisión de emisión MIMO desde el punto de acceso, como se describe posterior-
mente.
El punto 910 de acceso puede emitir datos de diversas maneras en el sistema 900. En una realización, el punto 910 de acceso envía (1) una transmisión de emisión MIMO que puede recibirse mediante terminales de usuario de múltiples antenas y (2) una transmisión de emisión MISO que puede recibirse mediante terminales de usuario tanto de una única antena como de múltiples antenas. Las transmisiones de emisión MIMO y MISO pueden enviarse (1) en diferentes intervalos de tiempo utilizando multiplexación por división de tiempo (TDM), (2) sobre diferentes conjuntos disjuntos de subbandas utilizando multiplexación por división de frecuencia (FDM), (3) sobre diferentes canales de código utilizando multiplexación por división de código (CDM), algún otro esquema de multiplexación, o una combinación de los mismos. En otra realización, el punto 910 de acceso envía una transmisión de emisión MIMO de una manera tal que los terminales de usuario de una única antena pueden recuperar una parte de la transmisión de emisión (por ejemplo, para servicio de emisión básica) y los terminales de usuario de múltiples antenas pueden recuperar todas las transmisiones de emisión (si tienen suficiente margen de enlace). En aún otra realización, el punto 910 de acceso puede ajustar la transmisión de emisión (por ejemplo, entre emisiones MIMO y MISO) basándose en las condiciones de canal esperadas para los terminales de usuario.
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6. Esquemas de transmisión de emisión
Un sistema de múltiples antenas puede realizar emisión MIMO de diversas maneras. En un primer esquema de emisión MIMO, el punto de acceso emite múltiples (N_{D}) flujos de datos simultáneamente y utiliza la misma tasa de transmisión de datos y la misma potencia de transmisión para todos los flujos de datos, donde N_{S} \geq N_{D} > 1. La tasa de transmisión de datos puede seleccionarse, por ejemplo, basándose en el canal efectivo del peor caso esperado para los terminales de usuario de múltiples antenas, que debería ser mejor que el canal real del peor caso esperado para estos terminales de usuario. La mayoría de los terminales de usuario de múltiples antenas dentro de la zona de cobertura de emisión pueden entonces recuperar los N_{D} flujos de datos.
En un segundo esquema de emisión MIMO, el punto de acceso emite N_{D} flujos de datos simultáneamente y utiliza diferentes tasas de transmisión de datos pero la misma potencia de transmisión para estos flujos. Este esquema de emisión puede utilizarse para proporcionar servicios de emisión "escalonada" en la zona de cobertura de emisión. Cada flujo de datos presenta una zona de cobertura de emisión diferente determinada por su tasa de transmisión de datos. El flujo de datos con la tasa de transmisión de datos más baja tiene la zona de cobertura de emisión más grande, y el flujo de datos con la tasa de transmisión de datos más alta tiene la zona de cobertura de emisión más pequeña. Cada terminal de usuario puede ser capaz de recuperar uno, algunos, o todos los flujos de datos dependiendo de (1) su ubicación y condición de canal y (2) la técnica de procesamiento espacial de receptor empleada. Si un terminal de usuario utiliza una técnica de procesamiento espacial de receptor lineal (por ejemplo, la técnica CCMI o MMSE), entonces puede recuperar flujos de datos con tasas de transmisión de datos superiores si tiene un margen de enlace suficientemente alto. El terminal de usuario puede ser capaz de recuperar sólo flujos de datos con tasas de transmisión de datos inferiores si tiene un margen de enlace bajo (por ejemplo, está ubicado en el borde de la zona de cobertura). Si el terminal de usuario utiliza la técnica SIC, entonces puede ser capaz de recuperar flujos de datos con tasas de transmisión de datos superiores así como flujos de datos con tasas de transmisión de datos inferiores incluso si está ubicado en el borde de la zona de cobertura. El terminal de usuario puede recuperar los flujos de datos de tasas inferiores primero y realizar cancelación de interferencia para conseguir SNR superiores necesarias para recuperar los flujos de datos de tasas superiores.
En un tercer esquema de emisión MIMO, el punto de acceso emite N_{D} flujos de datos simultáneamente y utiliza la misma tasa de transmisión de datos pero diferentes potencias de transmisión para estos flujos. Pueden obtenerse diferentes potencias de transmisión multiplicando los símbolos de datos para cada flujo de datos con un factor de escala que determina la cantidad de potencia de transmisión para ese flujo de datos. También pueden conseguirse con este esquema de emisión servicios de emisión escalonada. El flujo de datos con la potencia de transmisión más alta tiene la zona de cobertura de emisión más grande y puede recuperarse mediante la mayoría de los terminales de usuario. A la inversa, el flujo de datos con la potencia de transmisión más baja tiene la zona de cobertura de emisión más pequeña. Los flujos de datos de potencias inferiores también pueden recuperarse por los terminales de usuario con margen de enlace bajo si utilizan la técnica SIC.
El segundo y tercer esquema de emisión MIMO pueden utilizarse para soportar tanto terminales de usuario de múltiples antenas como terminales de usuario de una única antena. Los terminales de usuario de una única antena pueden recuperar el flujo de datos con la tasa de transmisión de datos más baja o la potencia de transmisión más alta. Los flujos de datos restantes actuarían como interferencia para este flujo de datos. Los terminales de usuario de múltiples antenas pueden recuperar más flujos de datos utilizando las antenas adicionales. Si un terminal de usuario de múltiples antenas utiliza la técnica SIC descrita anteriormente, entonces los flujos de datos pueden recuperarse en un orden secuencial determinado por sus SNR requeridas. El flujo de datos con la tasa de transmisión de datos más baja o la potencia de transmisión más alta se recupera en primer lugar, seguido por el flujo de datos con la tasa de transmisión de datos más baja siguiente o la potencia de transmisión más alta siguiente, y así sucesiva-
mente.
En un cuarto esquema de emisión MIMO, el punto de acceso transmite diferente número de flujos de datos dependiendo de la capacidad esperada de los canales inalámbricos para los terminales de usuario. La capacidad de canal está en función de la SNR de funcionamiento así como de las características de canal (por ejemplo, si las ganancias de canal para diferentes pares de antenas de transmisión/recepción están correlacionadas). Cuando la capacidad de canal esperada es baja, el punto de acceso puede emitir menos flujos de datos y distribuir la potencia de transmisión disponible sobre estos menos flujos de modo que cada flujo pueda conseguir una SNR superior. A la inversa, cuando la capacidad de canal esperada es superior, el punto de acceso puede emitir más flujos de datos.
Tanto para emisiones MIMO como MISO, el punto de acceso puede ajustar la tasa de transmisión de datos para cada flujo de datos basándose en diversos factores tales como la capacidad de canal, requisitos de servicio, etc. También pueden implementarse otros esquemas de emisión con ensanchamiento espacial, y esto está dentro del alcance de la invención.
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7. Rendimiento de emisión
El rendimiento de cada flujo de símbolos de datos depende del orden de diversidad conseguido para ese flujo. El orden de diversidad para cada flujo de símbolos de datos depende, a su vez, del número de antenas de transmisión, el número de antenas de recepción, la técnica de procesamiento espacial de receptor, y de si se utilizó ensanchamiento espacial. En general, el rendimiento mejora a medida que aumenta el orden de diversidad.
Sin ensanchamiento espacial, cada uno de los N_{S} flujos de símbolos de datos observa el mismo orden de diversidad cuando se utiliza una técnica de procesamiento espacial de receptor lineal (por ejemplo, la técnica CCMI o MMSE) para detectar los flujos de símbolos de datos. Si N_{ut} \geq N_{ap} y se emite un flujo de símbolos de datos sobre cada canal espacial de H_{eff}(m) de modo que N_{D} = N_{S} = N_{ap}, entonces cada flujo de símbolos de datos observa un orden de diversidad de N_{ut} - N_{ap} + 1. Para un canal MIMO simétrico con N_{ap} = N_{ut}, cada flujo de símbolos detectados tiene un orden de diversidad de uno y una distribución de Rayleigh para su SNR. Todos los flujos de símbolos de datos tienen la misma distribución SNR.
Sin ensanchamiento espacial, cada flujo de símbolos de datos observa un orden de diversidad diferente cuando se utiliza la técnica SIC para detectar los N_{S} flujos de símbolos de datos. De nuevo, si N_{ut} \geq N_{ap} y se emite un flujo de símbolos de datos sobre cada canal espacial de H_{eff}(m), entonces el orden de diversidad para cada flujo de símbolos de datos es N_{ut} - N_{ap} + \lambda, donde \lambda es el número de etapa en la que se detecta el flujo. Por tanto, los flujos de símbolos de datos que se detectan más tarde tienen orden de diversidad superior y tienden a tener mejores SNR, lo que permite que se utilicen tasas de transmisión de datos superiores para estos flujos.
Con ensanchamiento espacial, el orden de diversidad para cada flujo de símbolos de datos se mejora de manera efectiva mediante el uso de múltiples matrices de apuntamiento diferentes para cada bloque de código dentro del flujo. Cada matriz de apuntamiento diferente permite al bloque de código obtener una "vista" diferente del canal MIMO, lo que puede equipararse a tener diferente antena de transmisión o recepción. El orden de diversidad para cada flujo de símbolos de datos puede entonces relacionarse con el número de matrices de apuntamiento diferentes utilizadas para el bloque de código, que puede ser mucho mayor que el número de antenas de punto de acceso y el número de antenas de terminal de usuario. El ensanchamiento espacial proporciona normalmente una mejora para los flujos de símbolos de datos con órdenes de diversidad inferiores.
El ensanchamiento espacial puede utilizarse para mejorar la capacidad de tratamiento y/o la zona de cobertura para una transmisión de emisión. Los sistemas MIMO y MISO convencionales (sin ensanchamiento espacial) seleccionan normalmente una tasa de transmisión de datos para la transmisión de emisión basándose en la condición de canal del peor caso esperado para todos los terminales de usuario en la zona de cobertura de emisión. Esta condición de canal del peor caso corresponde normalmente a un canal "malo" que no se desvanece/cambia a través de un bloque de código entero. Con ensanchamiento espacial, el canal MIMO o MISO efectivo se aleatoriza a través de cada bloque de código, y la probabilidad de que cualquier terminal de usuario observe un canal malo para el bloque de código entero se reduce sustancialmente. Esto permite entonces utilizar una tasa de transmisión de datos superior para la transmisión de emisión. De manera equivalente, para una tasa de transmisión de datos dada, el ensanchamiento espacial puede proporcionar una zona de cobertura de emisión más grande. En general, una tasa de transmisión de datos superior para una transmisión de emisión corresponde a una zona de cobertura de emisión más pequeña. Además, un requisito de corte más estricto (o una probabilidad de corte inferior) corresponde a una zona de cobertura de emisión más pequeña. El ensanchamiento espacial puede proporcionar rendimiento mejorado (por ejemplo, tasa de transmisión de datos superior, zona de cobertura de emisión más grande, y/o probabilidad de corte inferior) con respecto a los sistemas MIMO y MISO convencionales.
La figura 10A muestra gráficas de la función de distribución acumulada (CDF) de la eficiencia espectral global conseguida para un sistema MIMO ejemplar. Para este sistema MIMO, el punto de acceso está equipado con cuatro antenas (N_{ap} = 4), los terminales de usuario están distribuidos aleatoriamente por toda la zona de cobertura, y cada terminal de usuario está equipado con cuatro antenas (N_{ut} = 4). Se supone que los canales MIMO para los terminales de usuario son como se describió anteriormente para la ecuación (1) y la SNR de funcionamiento por antena de recepción es de 20 dB para los terminales de usuario ubicados en el borde de cobertura. Los terminales de usuario utilizan la técnica MMSE.
La gráfica 1010 muestra la CDF de la eficiencia espectral global para el caso en el que no se realiza ensanchamiento espacial para la transmisión de emisión, lo que es equivalente a realizar apuntamiento de transmisión con una única matriz de apuntamiento (L = 1) todo el tiempo. La eficiencia espectral se da en unidades de bits por segundo por hercio (bps/Hz). Para una eficiencia x espectral dada, la CDF indica el porcentaje de terminales de usuario que consiguen una eficiencia espectral global peor que x. Por ejemplo, el punto 1012 indica que el uno por ciento (10^{-2}) de los terminales de usuario consiguen una eficiencia espectral global peor que 9 bps/Hz. Si el punto de acceso emite datos a una tasa global de 9 bps/Hz, entonces el uno por ciento de los terminales de usuario no podrá descodificar correctamente la transmisión de emisión. Este porcentaje también se denomina como la probabilidad de corte.
Las gráficas 1020, 1030 y 1040 muestran las CDF de la eficiencia espectral global conseguida con ensanchamiento espacial utilizando 4, 16 y 64 matrices de apuntamiento, respectivamente. Los puntos 1022, 1032 y 1042 indican que, para una probabilidad de corte del uno por ciento, la eficiencia espectral global es 12,5, 14,6 y 15,8 bps/Hz con 4, 16 y 64 matrices de apuntamiento, respectivamente. Para una probabilidad de corte del uno por ciento, el uso de ensanchamiento espacial mejora la eficiencia espectral global desde 9 bps/Hz hasta aproximadamente 15,8 bps/Hz (con 64 matrices de apuntamiento) para el sistema MIMO ejemplar. La línea 1050 es para una probabilidad de corte del 50% y puede tomarse como referencia para determinar la eficiencia espectral global media para los cuatro
casos.
La figura 10B muestra gráficas de la CDF de la eficiencia espectral global conseguida para un sistema MISO ejemplar. Para este sistema MISO, el punto de acceso está equipado con cuatro antenas (N_{ap} = 4), los terminales de usuario están distribuidos aleatoriamente por toda la zona de cobertura, y cada terminal de usuario está equipado con una única antena (N_{ut} = 1). Se supone que los canales MISO para los terminales de usuario son como se describió anteriormente y la SNR/Rx de funcionamiento es de 10 dB para los terminales de usuario ubicados en el borde de cobertura.
La gráfica 1060 muestra la CDF de la eficiencia espectral global para el caso en el que no se realiza ensanchamiento espacial (L = 1) para la transmisión de emisión. Las gráficas 1070, 1080 y 1090 muestran las CDF de la eficiencia espectral global conseguida con ensanchamiento espacial utilizando 4, 16 y 64 matrices de apuntamiento, respectivamente. Los puntos 1062, 1072, 1082, y 1092 indican que, para una probabilidad de corte del uno por ciento, la eficiencia espectral global es de 0,1, 0,8, 1,7, y 2,2 bps/Hz con 1, 4, 16 y 64 matrices de apuntamiento, respectivamente. De nuevo, se consigue ganancia sustancial mediante el uso de ensanchamiento espacial para la transmisión de emisión.
Las figuras 10A y 10B muestran el rendimiento para los sistemas MIMO y MISO ejemplares con algunas suposiciones específicas. En general, la medida de mejora puede depender de diversos factores tales como, por ejemplo, las características de los canales inalámbricos, el número de antenas de transmisión y recepción, la técnica de procesamiento espacial utilizada en los terminales de usuario, los esquemas de codificación y modulación utilizados para la transmisión de datos, etc.
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8. Generación de matrices y vectores de apuntamiento
Las matrices de apuntamiento utilizadas para el ensanchamiento espacial en el sistema MIMO y los vectores de apuntamiento utilizados para el sistema MISO pueden generarse de diversas maneras. A continuación se describen algunos esquemas ejemplares para generar estas matrices y vectores de apuntamiento. El conjunto de matrices/vectores de apuntamiento puede calcularse previamente y almacenarse en el punto de acceso y terminales de usuario y recuperarse posteriormente para su uso cuando se necesiten. Como alternativa, estas matrices/vectores de apuntamiento pueden calcularse en tiempo real cuando se necesiten.
A. Generación de matrices de apuntamiento
Las matrices de apuntamiento deberían ser matrices unitarias y satisfacer la siguiente condición:
23
La ecuación (23) indica que cada columna de V(i) tiene energía unidad y las columnas de V(i) son ortogonales entre sí. Esta condición garantiza que los N_{S} símbolos de datos emitidos simultáneamente utilizando la matriz V(i) de apuntamiento tienen la misma potencia y son ortogonales entre sí antes de la transmisión.
Algunas de las matrices de apuntamiento también pueden estar descorrelacionadas de modo que la correlación entre dos matrices de apuntamiento cualquiera es cero o un valor bajo. Esta condición puede expresarse como:
24
donde C(ij) es la matriz de correlación para V(i) y V(j) y 0 es una matriz de todo ceros. La condición de la ecuación (24) puede mejorar el rendimiento para algunas aplicaciones pero no es necesaria para la mayoría de aplica-
ciones.
Puede generarse un conjunto {V} de L matrices de apuntamiento utilizando diversos esquemas. En un primer esquema, las L matrices de apuntamiento se generan basándose en matrices de variables aleatorias. Inicialmente se genera una matriz G N_{S} x N_{ap} con elementos que son variables aleatorias gaussianas complejas distribuidas de manera idéntica independientes (IID), que tiene cada uno media cero y varianza uno. Se calcula una matriz G de correlación N_{ap} x N_{ap} como R = G^{H} \cdot G y se descompone utilizando descomposición en autovalores como:
25
donde E es una matriz unitaria N_{ap} x N_{S} de autovectores de R; y
D es una matriz diagonal N_{S} x N_{S} de autovalores de R.
La matriz D diagonal contiene autovalores de R, que representan las ganancias de potencia para los N_{S} modos propios de G. La matriz E se utiliza como una matriz V(i) de apuntamiento y se añade al conjunto. La matriz V(i) de apuntamiento es una matriz unitaria porque la matriz E se obtiene a través de descomposición en autovalores. El proceso se repite hasta que se generan todas las L matrices de apuntamiento.
En un segundo esquema, las L matrices de apuntamiento se generan basándose en un conjunto de (log_{2}L)+1 matrices unitarias distribuidas isotrópicamente independientes. Una matriz unitaria aleatoria está distribuida isotrópicamente si su densidad de probabilidad no cambia multiplicando por la izquierda por cualquier matriz unitaria N_{ap} x N_{ap} determinista. El índice i para las matrices de apuntamiento en el conjunto puede denotarse como i = \lambda_{1} \lambda_{2}... \lambda_{Q}, donde Q = log_{2}L, \lambda_{1} es el primer bit del índice i, \lambda_{Q} es el último bit del índice i, y cada bit puede tomar un valor de 0 ó 1. Las L matrices de apuntamiento pueden entonces generarse como a continuación:
26
donde V_{0} es una matriz unitaria distribuida isotrópicamente independiente N_{ap} x N_{S}; y
\Omega^{lj}_{j}, para j = 1 ... Q, es una matriz unitaria distribuida isotrópicamente independiente N_{ap} x N_{ap}.
La matriz V_{0} puede definirse, por ejemplo, como V^{T}_{0} = I_{N_{s}} 0], donde I_{N_{s}} una matriz identidad N_{S} x N_{S}. El segundo esquema lo describen T.L. Marzetta et al. en "Structured Unitary Space-Time Autocoding Constellations," IEEE Transaction on Information Theory, volumen 48, número 4, abril de 2002.
En un tercer esquema, las L matrices de apuntamiento se generan rotando sucesivamente una matriz V(1) de apuntamiento unitaria inicial en un espacio complejo de dimensión N_{ap}, como a continuación:
27
donde \Theta^{i} es una matriz unitaria diagonal N_{ap} x N_{ap} que puede definirse como:
28
y u_{1}, u_{2}, ... u_{N_{ap}} son N_{ap} valores diferentes, cada uno dentro del intervalo de 0 a L-1, que se eligen de manera que, por ejemplo, la correlación entre la matriz de apuntamiento resultante generada con la matriz \Theta^{i} sea lo más baja posible. Los N_{ap} elementos diagonales de \Theta^{i} son las L-ésimas raíces de la unidad. La matriz V(1) de apuntamiento unitaria inicial puede formarse con N_{S} columnas diferentes de una matriz de Fourier N_{ap} x N_{ap} en la que la entrada (n,m)-ésima, w_{n},_{m}, viene dada como:
29
donde n es un índice de fila y m es un índice de columna. El tercer esquema lo describen B.M. Hochwald et al. en "Systematic Design of Unitary Space-Time Constellations," IEEE Transaction on Information Theory, volumen 46, número 6, septiembre de 2000.
En un cuarto esquema, las L matrices de apuntamiento se generan con una matriz B base y diferentes escalares. La matriz base puede ser una matriz de Walsh, una matriz de Fourier, o cualquier otra matriz. Una matriz de Walsh 2 x 2 puede expresarse como 103 Puede formarse una matriz W_{2Nx2N} de Walsh de mayor tamaño a partir de una matriz W_{NxN} de Walsh de menor tamaño, como a continuación:
30
Las matrices de Walsh tienen dimensiones que son potencias de dos. Puede formarse una matriz F de Fourier N_{ap} x N_{ap} con elementos definidos como se muestra en la ecuación (29).
Puede utilizarse una matriz W de Walsh N_{ap} x N_{ap}, una matriz F de Fourier, o cualquier otra matriz como la matriz B base para formar otras matrices de apuntamiento. Cada una de las filas 2 a N_{ap} de la matriz base puede multiplicarse de manera independiente con uno de los M escalares posibles diferentes, donde M > 1. Pueden obtenerse M ^{N_{ap}-1} matrices de apuntamiento diferentes a partir de M^{N_{a+}-1} permutaciones diferentes de los M escalares para las N_{ap}-1 filas. Por ejemplo, cada una de las filas 2 a N_{ap} puede multiplicarse de manera independiente con un escalar de +1, -1, +j, o -j, donde j = \sqrt{-1}. Para N_{ap} = 4 y M = 4, pueden generarse 64 matrices de apuntamiento diferentes a partir de la matriz B base con los cuatro escalares diferentes. Pueden generarse matrices de apuntamiento adicionales con otros escalares, por ejemplo, e^{\pm j 3 \pi /4}, e^{\pm j \pi /4}, e^{\pm j \pi /8}, etc. En general, cada fila de la matriz base puede multiplicarse con cualquier escalar que tenga la forma e^{j \theta}, donde \theta puede ser cualquier valor de fase. Pueden generarse matrices de apuntamiento N_{ap} x N_{ap} como V(i) = g_{N_{ap}} \cdot B(i), donde g_{N_{ap}} = 1/\sqrt{N_{ap}} y B(i) es la i-ésima matriz generada con la matriz B base. El ajuste a escala mediante g_{N_{ap}} garantiza que cada columna de V(i) tiene potencia unidad.
También pueden utilizarse otros esquemas para generar el conjunto de L matrices de apuntamiento, y esto está dentro del alcance de la invención. En general, las matrices de apuntamiento pueden generarse de una manera pseudoaleatoria (por ejemplo, tal como el primer esquema) o una manera determinista (por ejemplo, tal como el segundo, tercero, y cuarto esquema).
B. Generación de vectores de apuntamiento
Los vectores de apuntamiento utilizados para el ensanchamiento espacial en un sistema MISO deberían tener energía unidad, es decir ||v(i)||^{2} = v^{H}(i) \cdot v(i) = 1 para i = 1 ... L, de modo que la potencia de transmisión utilizada para los símbolos de datos no varía por el ensanchamiento espacial. Los elementos de cada vector v(i) de apuntamiento pueden definirse para que tengan igual magnitud de modo que la potencia de transmisión completa de cada antena de punto de acceso pueda utilizarse para la emisión. Esta condición puede expresarse como: |v_{1}(i)|=|v_{2}(i)|=...=|v_{N_{ap}} (i)|, donde v(i) =[v_{1}(i) v_{2}(i) ... v_{N_{ap}} (i)]. Algunos de los vectores de apuntamiento también pueden estar descorrelacionados de modo que la correlación entre dos vectores de apuntamiento descorrelacionados cualquiera sea cero o un valor bajo. Esta condición puede expresarse como:
31
donde c(ij) es la correlación entre los vectores v(i) y v(j) de apuntamiento.
El conjunto {v} de L vectores de apuntamiento puede generarse utilizando diversos esquemas. En un primer esquema, los L vectores de apuntamiento se generan basándose en matrices G' N_{ap} x N_{ap} de variables aleatorias. Una matriz de correlación N_{ap} x N_{ap} de cada matriz G' se calcula como R' = G'^{H} \cdot G' y se descompone como se muestra en la ecuación (25) para obtener una matriz E' unitaria N_{ap} x N_{ap}. Cada columna de E' puede utilizarse como un vector v(i) de apuntamiento.
En un segundo esquema, los L vectores de apuntamiento se generan rotando sucesivamente un vector v(1) de apuntamiento unitario inicial como a continuación:
32
donde L \geq N_{ap}.
En un tercer esquema, los L vectores de apuntamiento se generan de manera que los elementos de estos vectores tienen la misma magnitud pero fases diferentes. Para un vector de apuntamiento dado v(i) = [v_{1}(i) v_{2}(i) ... v_{N_{ap}} (i)], puede formarse un vector \tilde{v}(i) de apuntamiento normalizado como:
33
donde A es una constante (por ejemplo, A = 1/\sqrt{N_{ap}}); y
\theta_{j}(i) es la fase del elemento j-ésimo de v(i), que es:
34
El vector \tilde{v}(i) de apuntamiento normalizado permite que la potencia de transmisión completa esté disponible para cada antena que va a utilizarse para la transmisión de emisión.
Las columnas de las matrices de apuntamiento generadas como se describió anteriormente también pueden utilizarse como vectores de apuntamiento para el ensanchamiento espacial. También pueden utilizarse otros esquemas para generar el conjunto de vectores de apuntamiento, y esto está dentro del alcance de la invención.
Las técnicas de transmisión de emisión descritas en el presente documento pueden implementarse mediante diversos medios. Por ejemplo, estas técnicas pueden implementarse en hardware, software, o una combinación de los mismos. Para una implementación hardware, las unidades de procesamiento utilizadas para realizar o soportar la transmisión de emisión con ensanchamiento espacial en el punto de acceso y el terminal de usuario pueden implementarse dentro de uno o más circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), procesadores de señales digitales (DSP), dispositivos de procesamiento de señales digitales (DSPD), dispositivos lógicos programables (PLD), disposiciones de puertas programables de campo (FPGA), procesadores, controladores, microcontroladores, microprocesadores, otras unidades electrónicas diseñadas para realizar las funciones descritas en el presente documento, o una combinación de los mismos.
Para una implementación software, las técnicas de transmisión de emisión pueden implementarse con módulos (por ejemplo, procedimientos, funciones, etc.) que realizan las funciones descritas en el presente documento. Los códigos de software pueden almacenarse en unidades de memoria (por ejemplo, las unidades 442 y 482 de memoria de la figura 4 y las unidades 842 y 882 de memoria de la figura 8) y ejecutarse mediante un procesador (por ejemplo, los controladores 440 y 480 de la figura 4 y los controladores 840 y 880 de la figura 8). La unidad de memoria puede implementarse dentro del procesador o externa al procesador, en cuyo caso puede acoplarse de manera comunicativa al procesador a través de diversos medios como se conoce en la técnica.
Los títulos se incluyen en el presente documento como referencia y para ayudar a ubicar ciertas secciones. Estos títulos no pretenden limitar el alcance de los conceptos descritos bajo los mismos, y estos conceptos pueden tener aplicabilidad en otras secciones a lo largo de toda la memoria descriptiva.
La descripción anterior de las realizaciones dadas a conocer se proporciona para permitir a cualquier experto en la técnica hacer o utilizar la presente invención. Diversas modificaciones a estas realizaciones serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica, y los principios genéricos definidos en el presente documento pueden aplicarse a otras realizaciones sin apartarse de la invención. Por tanto, la presente invención no pretende limitarse a las realizaciones mostradas en el presente documento si no que ha de concedérsele el alcance más amplio consistente con los principios y características novedosas dados a conocer en el presente documento.

Claims (33)

1. Un procedimiento de emisión de datos en un sistema (100) de comunicación de múltiples antenas inalámbrico, que comprende:
procesar al menos un bloque de datos para obtener al menos un bloque de símbolos (N_{D}) de datos;
realizar procesamiento espacial sobre el al menos un bloque de símbolos de datos con una pluralidad (N_{M}) de matrices de apuntamiento para obtener una pluralidad (N_{ap}) de secuencias de símbolos de transmisión; y
emitir la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión desde una pluralidad (N_{ap}) de antenas (434) de transmisión hasta una pluralidad de entidades (120) de recepción en el sistema, en el que la pluralidad de matrices de apuntamiento aleatoriza un canal efectivo observado por cada una de la pluralidad de entidades de recepción para el al menos un bloque de símbolos de datos.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:
dividir el al menos un bloque de símbolos de datos en una pluralidad (N_{M}) de subbloques (m) de símbolos de datos; y
seleccionar una matriz (V(m)) de apuntamiento para cada uno de la pluralidad de subbloques de símbolos de datos, y en el que cada uno de la pluralidad de subbloques de símbolos de datos se procesa espacialmente con la matriz de apuntamiento seleccionada para el subbloque.
3. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que la emisión de la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión comprende
emitir la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión para la pluralidad de subbloques de símbolos de datos en una pluralidad (N_{M}) de tramos de transmisión, un subbloque en cada tramo (m) de transmisión.
4. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que la emisión de la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión comprende
emitir la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión para la pluralidad de subbloques de símbolos de datos en una pluralidad de periodos de símbolo, un subbloque en cada periodo (n) de símbolo.
5. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que la emisión de la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión comprende
emitir la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión para la pluralidad de subbloques de símbolos de datos en una pluralidad de tramos de transmisión, correspondiendo cada tramo de transmisión a una subbanda en un periodo de símbolo.
6. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el procesamiento del al menos un bloque de datos comprende, para cada bloque de datos,
codificar el bloque de datos según un esquema de codificación para obtener un bloque de datos codificados,
intercalar el bloque de datos codificados para obtener un bloque de datos intercalados, y
mapear por símbolo el bloque de datos intercalados según un esquema de modulación para obtener el bloque de símbolos de datos.
7. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que la codificación del bloque de datos comprende
codificar el bloque de datos según un código Turbo para obtener el bloque de datos codificados.
8. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que la codificación del bloque de datos comprende
codificar el bloque de datos según un código convolucional para obtener el bloque de datos codificados.
9. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que la codificación del bloque de datos comprende
codificar el bloque de datos según un código de comprobación de paridad de baja densidad (LDPC) para obtener el bloque de datos codificados.
\newpage
10. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:
determinar una tasa de transmisión de datos para cada uno del al menos un bloque de datos basándose en condiciones de canal esperadas para la pluralidad de entidades (120) de recepción.
11. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:
demultiplexar el al menos un bloque de símbolos de datos en una pluralidad de secuencias de símbolos de datos para la transmisión a través de una pluralidad de canales espaciales del canal efectivo para cada entidad de recepción.
12. El procedimiento según la reivindicación 11, en el que la demultiplexación del al menos un bloque de símbolos de datos comprende proporcionar cada bloque de símbolos de datos como una secuencia de símbolos de datos.
13. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:
multiplexar el al menos un bloque de símbolos de datos en una secuencia de símbolos de datos para la transmisión a través de un único canal espacial del canal efectivo para cada entidad de recepción.
14. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:
procesar el al menos un bloque de símbolos de datos para diversidad de transmisión para obtener símbolos codificados, y
en el que la realización de procesamiento espacial sobre el al menos un bloque de símbolos de datos comprende realizar procesamiento espacial sobre los símbolos codificados con la pluralidad de matrices de apuntamiento para obtener la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión.
15. El procedimiento según la reivindicación 14, en el que el procesamiento del al menos un bloque de símbolos de datos para diversidad de transmisión comprende
realizar procesamiento de diversidad de transmisión espacio-tiempo (STTD) sobre el al menos un bloque de símbolos de datos manera que cada símbolo de datos se emite a través de dos canales espaciales del canal efectivo para cada entidad de recepción en dos periodos de símbolo.
16. El procedimiento según la reivindicación 14, en el que el procesamiento del al menos un bloque de símbolos de datos para diversidad de transmisión comprende
realizar procesamiento de diversidad de transmisión espacio-frecuencia (SFTD) sobre el al menos un bloque de símbolos de datos de manera que cada símbolo de datos se emite a través de dos canales espaciales del canal efectivo para cada entidad de recepción sobre dos subbandas.
17. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además: seleccionar la pluralidad de matrices de apuntamiento de entre un conjunto de L matrices de apuntamiento, donde L es un entero mayor que uno.
18. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:
generar la pluralidad de matrices de apuntamiento como matrices unitarias que presentan columnas ortogonales.
19. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:
dividir el al menos un bloque de símbolos de datos en una pluralidad de subbloques de símbolos de datos, un subbloque para cada una de una pluralidad de subbandas de frecuencia, y
en el que la realización de procesamiento espacial sobre el al menos un bloque de símbolos de datos comprende realizar procesamiento espacial sobre cada subbloque de símbolos de datos con una de la pluralidad de matrices de apuntamiento.
20. Un aparato (110) en un sistema (100) de comunicación de múltiples antenas inalámbrico, que comprende:
medios (420) para procesar al menos un bloque de datos para obtener al menos un bloque de símbolos de datos;
medios (430) para realizar procesamiento espacial sobre el al menos un bloque de símbolos de datos con una pluralidad de matrices de apuntamiento para obtener una pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión; y
medios (432) para emitir la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión desde una pluralidad de antenas (434) de transmisión hasta una pluralidad de entidades (120) de recepción en el sistema, en el que la pluralidad de matrices de apuntamiento aleatoriza un canal efectivo observado por cada una de las entidades de recepción para el al menos un bloque de símbolos de datos.
21. El aparato según la reivindicación 20, que comprende además:
medios (430) para dividir el al menos un bloque de símbolos de datos en una pluralidad de subbloques de símbolos de datos; y
medios (440) para seleccionar una matriz de apuntamiento para cada una de la pluralidad de subbloques de símbolos de datos, y en el que cada uno de la pluralidad de subbloques de símbolos de datos se procesa espacialmente con la matriz de apuntamiento seleccionada para el subbloque.
22. El aparato según la reivindicación 20, que comprende además:
medios (430) para realizar procesamiento de diversidad de transmisión sobre el al menos un bloque de símbolos de datos para obtener símbolos codificados, y en el que los medios (430) para realizar procesamiento espacial comprenden medios (430) para realizar procesamiento espacial sobre los símbolos codificados con la pluralidad de matrices de apuntamiento para obtener la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión.
23. El aparato según la reivindicación 20, en el que cada una de la pluralidad de matrices de apuntamiento incluye una pluralidad de columnas, y en el que la pluralidad de bloques de símbolos de datos se emite a través de una pluralidad de canales espaciales.
24. El aparato según la reivindicación 20, en el que cada una de la pluralidad de matrices de apuntamiento incluye una única columna, y en el que el al menos un bloque de símbolos de datos se emite a través de un único canal espacial.
25. El aparato según la reivindicación 20, en el que los medios para el procesamiento son un procesador (420) de datos.
26. El aparato según la reivindicación 20, en el que los medios para la realización son un procesador (430) espacial.
27. El aparato según la reivindicación 20, en el que el procesador (430) espacial divide el al menos un bloque de símbolos de datos en una pluralidad de subbloques de símbolos de datos y realiza procesamiento espacial sobre cada uno de la pluralidad de subbloques de símbolos de datos con una de la pluralidad de matrices de apuntamiento.
28. El aparato según la reivindicación 26, en el que el procesador (430) espacial realiza procesamiento de diversidad de transmisión sobre el al menos un bloque de símbolos de datos para generar símbolos codificados y realiza procesamiento espacial sobre los símbolos codificados con la pluralidad de matrices de apuntamiento para obtener la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión.
29. El aparato según la reivindicación 20, en el que los medios (432) para la emisión son una pluralidad de unidades (432_{a} a 432_{ap}) transmisoras.
30. El aparato según la reivindicación 20, que comprende además:
un controlador (440) para seleccionar una matriz de apuntamiento de entre un conjunto de L matrices de apuntamiento para cada uno de la pluralidad de subbloques de símbolos de datos, donde L es un entero mayor que uno.
31. El aparato según la reivindicación 20, en el que la pluralidad de matrices de apuntamiento son matrices unitarias que presentan columnas ortogonales.
32. El aparato según la reivindicación 20, en el que el sistema (100) de comunicación de múltiples antenas inalámbrico utiliza multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM).
33. Un producto de programa informático, que comprende:
un medio legible por ordenador que comprende:
código para provocar que un ordenador procese al menos un bloque de datos para obtener al menos un bloque de símbolos de datos;
código para provocar que el ordenador realice procesamiento espacial sobre el al menos un bloque de símbolos de datos con una pluralidad de matrices de apuntamiento para obtener una pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión; y
código para provocar que el ordenador emita la pluralidad de secuencias de símbolos de transmisión desde una pluralidad de antenas de transmisión hasta una pluralidad de entidades de recepción en el sistema, en el que la pluralidad de matrices de apuntamiento aleatoriza un canal efectivo observado por cada una de la pluralidad de entidades de recepción para el al menos un bloque de símbolos de datos.
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