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 PDFInfo
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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:
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.
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:
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:
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.
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).
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:
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).
\vskip1.000000\baselineskip
El terminal de usuario realiza un procesamiento
espacial CCMI como a continuación:
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.
\vskip1.000000\baselineskip
La SNR para la técnica CCMI puede expresarse
como:
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:
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.
\vskip1.000000\baselineskip
El terminal de usuario realiza procesamiento
espacial MMSE como a continuación:
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.
\vskip1.000000\baselineskip
La SNR para la técnica MMSE puede expresarse
como:
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
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:
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).
\vskip1.000000\baselineskip
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.
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:
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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:
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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:
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)
\vskip1.000000\baselineskip
La SNR para la técnica SIC con MMSE puede
expresarse como:
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.
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.
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.
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.
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:
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:
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.
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}.
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.
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:
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.
\vskip1.000000\baselineskip
Si el terminal de usuario está equipado con una
única antena, entonces los símbolos recibidos pueden expresarse
como:
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:
donde \hat{h}_{eff,i}(m)
es una estimación de h_{eff,i}(m), para i =
1,
2;
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:
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:
donde \hat{h}_{eff,i}(m)
es una estimación de h_{eff,i}(m), para i =
1,
2;
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).
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.
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
Las matrices de apuntamiento deberían ser
matrices unitarias y satisfacer la siguiente condición:
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:
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.
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:
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:
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:
donde \Theta^{i} es una
matriz unitaria diagonal N_{ap} x N_{ap} que puede definirse
como:
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:
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:
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).
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:
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:
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:
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:
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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