ES2318176T3 - Sistema y metodo de comunicacion por radio con multiple entrada multiple salida (mimo). - Google Patents

Abstract

Un método para la comunicación de radio entre un primer dispositivo (100) que tiene la pluralidad N de antenas (110(1)-110(N)) y un segundo dispositivo (200) que tiene la pluralidad (M) de antenas (210(1)-210(M) que comprende: procesar un vector 8 que representa L señales [s1 ... sL] con una matriz A de transmisión que está calculada para maximizar la capacidad del canal entre el primer dispositivo y el segundo dispositivo, por lo que la matriz A de transmisión distribuye las L señales [s 1 ... s L] entre la pluralidad N de antenas para la transmisión simultánea al segundo dispositivo, caracterizado porque cada una de las N antenas es sometida a una restricción de potencia específica que es menor que o igual a una potencia máxima total Pmax emitida por la totalidad de la pluralidad N de antenas combinadas dividida por N.

Description

Sistema y método de comunicación por radio con múltiple entrada múltiple salida (MIMO).

Esta solicitud reivindica prioridad para la Solicitud de Prioridad de los EE.UU. Nº 60/319.437 presentada el 30 de Julio, 2002, para la Solicitud Provisional de los EE.UU. Nº 60/461 672, presentada el 10 de Abril, 2003, y para la Solicitud Provisional de EE.UU. Nº 60/479.945, presentada el 19 de Junio, 2003.

Antecedentes de la invención

La presente invención está dirigida a un sistema y un método para maximizar la capacidad y/o el alcance de un enlace de comunicación de radio inalámbrico entre dos dispositivos de radiocomunicación.

Las técnicas de radiocomunicación de entrada múltiple, salida múltiple, (MIMO) son conocidas para mejorar la SNR recibidas para señales transmitidas de un dispositivo a otro. Ha sido efectuada una investigación en los algoritmos de radio MIMO en la cual múltiples corrientes de señales son transmitidas simultáneamente desde múltiples antenas de un dispositivo a otro dispositivo, de modo que mejora grandemente el régimen de transmisión de datos del canal de radio inalámbrico entre los dos dispositivos. Una solución anterior para transmitir simultáneamente múltiples corrientes de señales mediante una pluralidad de antenas usa una restricción de potencia en la potencia total transmitida por la pluralidad de antenas combinada y una solución de llenado de agua. La solución de llenado de agua requiere múltiples amplificadores de potencia a toda potencia en el dispositivo de transmisión puesto que para algunos canales, es posible que toda o casi toda la potencia transmitida pueda ser transmitida desde un amplificador de
potencia.

Como un ejemplo, el documento de EE.UU. Nº 6.377.631 describe un método y un sistema transmisor que incorpora el tratamiento espacial temporal para la transmisión de señales a través de un canal que tiene múltiples entradas y múltiples salidas. El sistema transmisor funciona según un procedimiento que sustancialmente ortogonaliza para descomponer el canal de tiempos del espacio de dominio del tiempo, en un conjunto de depósitos de frecuencias espaciales paralelas y usa un procedimiento de tratamiento espacial para transmitir los depósitos a lo largo de varias direcciones. En particular, el documento de EE.UU. Nº 6.377.631 enseña a transmitir las señales sobre un subconjunto de los posibles canales que tiene en cuenta la variación de la relación de señal a ruido y la capacidad de información entre los canales.

Hay sitio para mejorar el diseño de los dispositivos capaces de radiocomunicación MIMO, particularmente donde es conveniente para fabricar el transceptor de radio del dispositivo en un circuito integrado.

Sumario de la invención

Brevemente, se proporcionan un sistema, un método y un dispositivo para la comunicación de radio simultánea de múltiples señales (corrientes de señales) entre un primer dispositivo que tiene la pluralidad N de antenas y un segundo dispositivo que tiene la pluralidad M de antenas. A diferencia de las soluciones anteriores, la solución adoptada en esta memoria es la de imponer una restricción de potencia en cada trayectoria de antena de transmisión en el dispositivo de transmisión.

En el primer dispositivo, un vector s que representa la pluralidad L de señales [s_{1} ... s_{L}] que han de ser transmitidas y son procesadas con una matriz A de transmisión para maximizar la capacidad del canal entre el primer dispositivo y el segundo dispositivo sometido a una restricción de la potencia de modo que la potencia emitida por cada una de las N antenas es igual o menor que una potencia máxima. La restricción de potencia para cada antena puede ser la misma para todas las antenas o específica o diferente para cada antena. Por ejemplo, la restricción de potencia para cada antena puede ser igual a una potencia máxima total emitida por la totalidad de las N antenas combinadas dividida por N. La matriz A de transmisión distribuye la pluralidad L de señales [s_{1} ... s_{L}] entre la pluralidad N de antenas para la transmisión simultánea al segundo dispositivo. En el segundo dispositivo, las señales recibidas por la pluralidad M de antenas son procesadas con los pesos recibidos y las señales resultantes se combinan para recuperar la pluralidad L de señales. Se proporcionan soluciones para los casos cuando N>M y cuando
N \leq M.

El comportamiento de un sistema en el que los dispositivos de comunicación están diseñados alrededor de una restricción de potencia en cada antena es casi tan bueno como la solución óptima de llenado de agua, que proporciona además ventajas de ejecución significativas. El transmisor de radio puede ser puesto en práctica con amplificadores de potencia que requieran capacidad de salida de potencia inferior, y por tanto menos área de silicio. Consecuentemente, hay bajo drenaje de corriente continua por parte del transmisor, y menor interferencia en el chip originada por los amplificadores de potencia.

Los anteriores y otros objetos y ventajas se evidenciarán mejor cuando se haga referencia a la descripción siguiente considerada en combinación con los dibujos que se acompañan.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama del sistema que muestra dos dispositivos de comunicación de radio de antena múltiple mediante los cuales se transmiten simultáneamente múltiples corrientes de señales desde un primer dispositivo a un segundo dispositivo;

la Figura 2 es un gráfico de flujo que representa la circulación y transmisión simultánea de señales representativas de antena múltiples para la transmisión simultánea;

la Figura 3 es un diagrama de bloques de un dispositivo de comunicación de radio capaz de realizar las técnicas de comunicación de radio MIMO mostradas en la Figura 1;

la Figura 4 es un diagrama de bloques de una sección de transmisor a modo de ejemplo de un módem que forma parte del dispositivo mostrado en la Figura 3;

la Figura 5 es un diagrama de bloques de una sección receptora a modo de ejemplo del módem; y

la Figura 6 es un diagrama gráfico que ilustra el comportamiento relativo de las técnicas de radio MIMO descritas en este documento.

Descripción detallada de los dibujos

Haciendo referencia a las Figuras 1 y 2, en ellas se muestra un sistema 10 en el que un primer dispositivo 100 de comunicación de radio que tiene N antenas 110(1) a 110(N) comunica mediante un enlace de radio inalámbrico con un segundo dispositivo 200 de comunicación que tiene M antenas 210(1) a 210(M). En la explicación que sigue, el primer dispositivo de comunicación transmite al segundo dispositivo de comunicación, pero el mismo análisis se aplica a una transmisión desde el segundo dispositivo de comunicación al primero. La respuesta del canal (MIMO) de múltiples entradas, múltiples salidas de las N antenas del primer dispositivo de comunicación a las M antenas del segundo dispositivo de comunicación se describe mediante la matriz H de respuesta de canal. La matriz de canal en la dirección opuesta es H^{T}.

El dispositivo 100 transmitirá simultáneamente la pluralidad L de señales s_{1}, s_{2}, ..., s_{L} mediante las antenas 110(1) a 110(N). Se define un vector s que representa la pluralidad L de señales [s_{1} ... s_{L}] (en la banda de base) que han de ser transmitidas de modo que s = [s_{1} ... s_{L}]^{T}. El número (L) de señales que puede ser transmitido simultáneamente depende del canal H, entre el dispositivo 100 y el dispositivo 200, y en particular L\leqRango de H^{H}H \leq min(N,M). Por ejemplo, si N = 4, y M = 2, entonces L\leqRango de H^{H}H \leq 2.

El dispositivo 100 tiene conocimiento del estado del canal (por ejemplo, usando secuencias de entrenamiento, realimentación, etc.), es decir, el dispositivo 100 conoce H. Técnicas para obtener y actualizar el conocimiento del canal H en el dispositivo de transmisión (entre el dispositivo de transmisión y un dispositivo de recepción) se conocen en la técnica y por lo tanto no se describen en esta memoria. Por ejemplo, técnicas de entrenamiento y realimentación se describen en la Patente de EE.UU. Nº 6.144.711, de Raleigh y otros.

Dos matrices son introducidas: V es la matriz del vector propio para H^{H}H y A es la matriz del valor propio para H^{H}H. El dispositivo 100 transmite el producto As, en el que la matriz A es la matriz de transmisión de multiplexión espacial, donde A = VD. La matriz D = diag(d_{1}, ... d_{L}) donde |d_{p}|^{2} es la potencia transmitida en el modo de orden p, o con otras palabras, la potencia de orden p de una de las señales L. El dispositivo 200 recibe HAs+n, y después de combinar la relación máxima para cada uno de los modos, el dispositivo 200 calcula c = A^{H}_{H}^{H}HA_{s} + A^{H}H^{H}n = D^{H}DAs + D^{H}V^{H}H^{H}n.

Como se muestra en la Figura 2, en el primer dispositivo 100, los bloques de bits de una corriente (b) de bits están representados sobre un vector s con una técnica de representación. La técnica de representación puede incluir opcionalmente la modulación codificada par mejorar el margen de enlace. La corriente {b} de bits puede ser un fichero o una colección de bits, que representen cualquier tipo de dato, tal como una voz, un vídeo, audio, datos de ordenador, etc., que estén divididos o separados de alguna manera en series o bloques discretos (generalmente denominados señales) que han de ser multiplexados espacialmente y transmitidos simultáneamente. Un ejemplo es la transmisión simultánea de múltiples bloques IEEE 802.11x (cada s_{i} puede ser un bloque diferente) desde el primer dispositivo 100 hasta el segundo dispositivo 200, donde, por ejemplo, el primer dispositivo 100 es un punto de acceso (AP) IEEE 802.11 y el segundo dispositivo es una estación (STA) de cliente. El producto de la matriz A de transmisión y el vector s es un vector x. Esta operación de multiplicación de matrices pesa eficazmente cada elemento del vector s a través de cada una de las N antenas, distribuyendo de ese modo la pluralidad de señales entre la pluralidad de antenas para la transmisión simultánea. Los componentes x_{1} a x_{N} del vector x que resultan del bloque de multiplicación de matrices se acoplan entonces a una antena correspondiente del primer dispositivo de comunicación. Por ejemplo, el componente x_{1} es la suma de todos los elementos ponderados del vector s para la antena 1, el componente x_{2} es la suma de todos los elementos ponderados del vector s para la antena 2, etc.

La matriz A de transmisión es una matriz compleja compuesta de pesos w_{T,ij} de transmisión para i = 1 a L y j = 1 a N. Cada peso de antena puede depender de la frecuencia para tener en cuenta un canal H dependiente de la frecuencia. Por ejemplo, para un sistema de modulación de multiportadora, tal como un sistema (OFDM) multiplexado de división de frecuencia ortogonal, hay una matriz A para cada frecuencia k de subportadora. Con otras palabras, cada peso transmitido w_{T,ij} es una función de la frecuencia k subportadora. Para un sistema de modulación (portadora única) de dominio del tiempo, cada peso transmitido W_{T,ij} puede ser un filtro de línea de retardo derivado. Las soluciones anteriores implican la selección de pesos d_{p} para maximizar la capacidad.

1

sometida a una restricción de potencia total emitida por la pluralidad de antenas de transmisión combinadas en la matriz A de transmisión, es decir,

2

La solución óptima a este problema es usar el llenado de agua para seleccionar los pesos d_{p} (es decir, usar el llenado de agua para poner más potencia en los canales propios con una mayor SNR \lambda_{p}).

Una mayor aproximación consiste en usar una restricción de potencia para cada trayectoria de antena de transmisión individual. En esa restricción se incluye que la potencia transmitida desde cada antena sea menor que la potencia total transmitida desde la totalidad de las N antenas combinadas (P_{max}) dividida por N, por ejemplo, P_{i}\leqP_{max}/N para todos los valores i. Usando la aproximación, citada como la aproximación de "restricción de la potencia de antena", cada amplificador de potencia puede ser diseñado para que proporcione (no más de) la potencia media P_{max/N}, donde P_{max} es una potencia máxima de la transmisión desde la totalidad de las N antenas combinadas. Un beneficio significativo de esta solución es que los amplificadores de potencia pueden ser diseñados para que tengan una capacidad de potencia de salida máxima inferior, requiriendo por tanto menos área de silicio. La utilización de amplificadores de potencia de salida inferior tiene el beneficio de una menor interferencia de los amplificadores de potencia en los chips inferior y un drenaje de corriente continua DC inferior.

Usando una restricción de potencia P_{max}/N para cada antena, el problema llega a ser:

Maximizar la capacidad C sometida a:

3

Este es un problema de difícil solución para d_{p}, puesto que implica hallar las raíces de una función no lineal usando N multiplicadores de Lagrange (uno para cada una de las N restricciones anteriores). No obstante, hay una solución sencilla, aunque no óptima, para cada uno de los dos casos).

Caso 1: N \leq M:

En este caso, el dispositivo de transmisión (que tiene la pluralidad N de antenas) multiplica el vector s que representan las L señales [s_{1} ... s_{L}]^{T} que han de ser transmitidas con la matriz A de transmisión (es decir, calcula As), donde la matriz A de transmisión se calcula con D y establece igual a: I \cdot \sqrt{P_{max}/N} (donde I es la matriz de identificación)) que fuerza igual potencia en cada modo. Como un resultado H^{H}H es hermitiana y (con probabilidad 1) es de rango completo, lo cual significa que V es ortonormal. Consecuentemente, (AA^{H})_{ii} = (VDD^{H}V^{H})_{ii} = (VV^{H})_{ii}P_{max}/N = P_{max}/N, lo cual significa que se transmite igual potencia P_{max}/N a cada antena por un amplificador de potencia correspondiente del dispositivo 100, y que la potencia total transmitida es igual a P_{max}.

Caso 2: N \may{1} M:

En este caso, H^{H}H no es un rango completo. Sean v_{1} ... v_{L} representativos de los L vectores propios para que H^{H}H tenga valores propios distintos de cero. Si V = [v_{1} ... v_{L}], y D es igual \sqrt{d \cdot P_{max}/N} * I, donde la potencia para cada modo es la misma y d_{p} = d para p = 1 a L. La potencia en la trayectoria i de antena es dada por (d\cdotP_{max}/N)\cdot(VV^{H})_{ii}. Por tanto, la potencia emitida desde cada una de las trayectorias de antena puede ser diferente. El dispositivo de transmisión (que tiene N antenas) multiplica el vector s que representa las L señales [s_{1} ... s_{L}]^{T} que han de ser transmitidas con la matriz A de transmisión (es decir, calcula As), donde la matriz A de transmisión se calcula con D establecido igual a \sqrt{d \cdot P_{max}/N_{Tx}}\cdotI, donde la potencia para cada modo es la misma y d_{p} = d para p = 1 a L._{max}.

Planteamiento 1º: Establece d = 1/z, donde z = max{(VV^{H})_{ii}}. Entonces la potencia máxima de cualquier trayectoria de antena es P_{max}/N. Se puede mostrar que la potencia total para todas las trayectorias de antena es al menos P_{max}/M y no mayor que P_{max}.

Planteamiento 2º: Establece d = 1. En este caso, la potencia total emitida por la pluralidad N de antenas es P_{max}/M y la potencia emitida por la antena i para i = 1 a N es dada por (P_{max}/N)\cdot(VV^{H})_{ii}.

Suponiendo que los amplificadores de potencia dispuestos sobre ambos lados del enlace tienen la misma potencia de salida pico, tanto para el Caso 1 como para el Caso 2/Planteamiento 2, la potencia total transmitida desde el dispositivo de antena N será igual a la potencia total transmitida desde el dispositivo de antena M. Por tanto el enlace entre los dos dispositivos es simétrico en estas situaciones. Caso 2/Planteamiento 1 es ligeramente más complicado (puesto que requiere una operación de normalización) pero tiene más potencia transmitida que el Planteamiento 2.

Las soluciones descritas anteriormente se pueden ejecutar dentro de 1 dB del límite Shanon para un sistema simétrico (mismo número de antenas sobre ambos lados del enlace), pero facilitan el uso de amplificadores de potencia pequeños y más eficientes en el transceptor de radio, y como un resultado, consigue menor interferencia en el chip entre las trayectorias de radio (originadas por los amplificadores de potencia) que en la solución de llenado de agua.

La necesidad de restringir la potencia de antena necesaria no será necesariamente la misma para cada una de las antenas de transmisión y puede ser igual o diferente para cada antena. Además, incluso si se usa una restricción de potencia de antena diferente para cada antena, cada una de las restricciones de potencia específicas de antena puede ser menor que o igual a P_{max}/N.

El dispositivo 200 con la pluralidad M de antenas transmitirá al dispositivo 100 sometido al mismo tipo de restricciones de potencia en cada una de la pluralidad M de antenas. Los casos descritos anteriormente son aplicados donde M se compara con relación a N, y la solución apropiada se usa para transmitir señales al dispositivo 100.

La Figura 3 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo de comunicación de radio adecuado para los dispositivos 100 y 200. El dispositivo 100 comprende un módem 120, una pluralidad de convertidores digitales analógicos (DACs) 130, una pluralidad de convertidores analógicos digitales (ADCs) 140, un transceptor 150 de radio MIMO acoplado a las antenas 110(1) a 110(N) y un procesador 160 de control. El módem 120, se refiere también a un procesador de señales de banda de base, que realiza la modulación de banda de base de las señales que han de ser transmitidas (vector s) y la desmodulación de la banda de base de las señales recibidas. Haciendo eso, el módem 120 multiplica el vector s que representa las señales L [s_{1} ... s_{L}]^{T} que han de ser transmitidas por la matriz A de transmisión. Los DACs 130 son DACs complejos que convierten las señales moduladas de banda de base digital que representan As en señales analógicas correspondientes acopladas a las trayectorias de transmisión en el transceptor 150 de radio MIMO. Los ADCs 140 convierten las señales analógicas recibidas de correspondientes trayectorias de recepción en el transceptor 150 de radio MIMO en señales digitales para la desmodulación de banda de base mediante el módem 120. En el procedimiento de desmodulación de la banda de base, el módem 120 aplicará los pesos de recepción apropiados a las señales recibidas para recuperar las señales L [s_{1} ... s_{L}]. El transceptor 150 de radio MIMO comprende una pluralidad de transceptores de radio que comprenden cada uno un transmisor 152(i) y un receptor 154(i) asociados con y acoplados a una antena correspondiente mediante un conmutador 156(i) correspondiente. Cada transmisor incluye un amplificador de potencia (no mostrado). El transceptor 150 de radio MIMO puede ser un circuito integrado único o dos o más circuitos integrados separados. Un ejemplo de un transceptor de radio MIMO integrado único se describe en la Solicitud Nº 10/065.388 de Patente de EE.UU., presentada el 11 de Octubre, 2002.

Hay muchas maneras de poner en práctica el módem 120. Las Figuras 4 y 5 muestran diagramas de bloques de ejemplos de la sección 120A de transmisores y las secciones 120B de receptores, respectivamente, del módem 120, para una multiportadora, por ejemplo, una aplicación multiplexada de división de frecuencia ortogonal (OFDM). Generalmente, la multiplicación de la matriz del tipo descrito anteriormente es efectuada independientemente en cada subportadora de OFDM para optimizar el comportamiento de los canales de amortiguamiento selectivos de la frecuencia interior. Con referencia a la Figura 4, la sección 120A de transmisor del módem comprende un bloque mezclador 310, un bloque 315 de codificadores convolutivos, un bloque 320 de intercaladores, un bloque 325 multiplexor espacial que realiza la multiplicación de la matriz con la matriz A de transmisión que es diferente en cada una de las subportadoras k (es decir, A = A(k)), un modulador 330 de subportadoras, un bloque 335 de Transformaciones de Fourier Rápidas Inversas (IFFTs) y un bloque 340 de filtros de paso bajo. La salida del bloque 340 de filtros de paso bajo está acoplada a los DACs 130 (Figura 3). Se proporciona también un generador 350 de preámbulos que está acoplado a los DACs 130. Como se muestra en la Figura 4, asumiendo que el módem está en un dispositivo N de antena, hay L casos de bloques 315, 320 y 325 para realizar el tratamiento sobre cada corriente de señales de transmisión de banda de base y N casos de bloques 335, 340 y 130 para procesar señales asociadas con cada trayectoria de antena de transmisión.

La sección 120B de receptor mostrada en la Figura 5 comprende un bloque 415 de repeticiones de muestras, un bloque de filtros 420 de paso bajo, un bloque 425 de osciladores (NCOs) controlados numéricamente, un bloque 430 de FFTs, un bloque de ecualizadores 435 en el que los pesos que reciben son aplicados a las señales que reciben, un bloque de separadores interiores 440 y un bloque de descodificadores convolutivos 445. Un tratamiento del preámbulo y el bloque 450 de control de ganancia automático (AGC) y un bloque 455 de estimador de canal son proporcionados también para cálculos de estimación de canal y otras funciones. El preámbulo y el bloque 450 de AGC recuperan un preámbulo en la señal recibida y el estimador 455 de canal genera información acerca del canal, cuyo conocimiento es suministrado al ecualizador 435 para que calcule y aplique los pesos que recibe a las señales emitidas por el bloque 430 de FFT. Suponiendo que el módem está en un dispositivo de antena N, hay N tipos de bloques 415, 420, 425 y 430 para ejecutar el tratamiento sobre cada corriente de señales recibida y L tipos de bloques 435, 440 y 445 para recuperar las señales L.

Como se sugiere en le descripción anterior de las Figuras 4 y 5, un primer dispositivo pasa información de respuesta de canal a un segundo dispositivo enviando una conocida secuencia de entrenamiento OFDM, Multiplexada de División de Frecuencia Ortogonal una vez a través de cada antena, por ejemplo, en un preámbulo de paquete. Para una ejecución de dominio de la frecuencia, el segundo dispositivo ejecuta una descomposición de frecuencia y espacio (SFD) que proporciona esta información de canal, y usa los datos SFD para procesar las señales recibidas de ese dispositivo, y para transmitir señales de nuevo al otro dispositivo. Esto supone reciprocidad en el enlace, y por lo tanto la calibración de fase de MIMO en cada dispositivo no necesita ser ejecutada. Técnicas para la calibración de fase de MIMO se describen en la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 10/457.293, presentada el 9 de Junio, 2003, asignada en común y pendiente junto con la presente.

La información referente al orden de constelación como una función del índice de la subportadora y el canal propio puede ser incluida también en el preámbulo. Cada subportadora tiene un orden de constelación asociado para cada canal propio. En la sección 120A del transmisor, un codificador (VTE) en celosía de vector multidimensional puede ser usado para correlacionar bits de entrada del mezclador sobre los símbolos de constelación de OFDM. Ejemplos de VTE's multidimensionales se conocen en la técnica. Otras técnicas para obtener información sobre el estado del canal se conocen y pueden usarse como se ha sugerido anteriormente.

Puede ser desarrollado un módem que aplica los principios de restricción de potencia descritos con anterioridad para su establecimiento en un sistema de dominio del tiempo en el que se usen filtros de línea de retardo con tomas.

La Figura 6 ilustra como la restricción de potencia de la antena más eficiente descrita en esta memoria es comparada con la solución del llenado de agua óptimo.

En resumen, se proporcionan un sistema y un método para las comunicaciones de radio MIMO entre un primer dispositivo que tiene una pluralidad N de antenas y un segundo dispositivo que tiene una pluralidad M de antenas. En el primer dispositivo, un vector s que representa L señales [s_{1} ... s_{L}] que ha de ser transmitido es procesado con una matriz A de transmisión para maximizar la capacidad del canal entre el primer dispositivo y el segundo dispositivo sometidos a una restricción de potencia de modo que la potencia emitida por cada una de las N antenas es menor que una potencia máxima, por lo que la matriz A de transmisión distribuye las L señales [s_{1} ... s_{L}] entre la pluralidad N de antenas para la transmisión simultánea al segundo dispositivo. De modo similar, se proporciona un dispositivo de comunicación de radio que comprende la pluralidad N de antenas, la pluralidad N de transmisores de radio acoplados cada uno a una correspondiente de la pluralidad de antenas, y un procesador de señales de banda de base acoplado a la pluralidad N de radiotransmisores para procesar un vector s que representa L señales [s_{1} ... s_{L}] que han de ser transmitidas con una matriz A de transmisión para maximizar la capacidad del canal entre el primer dispositivo y el segundo dispositivo sometidos a una restricción de potencia tal que la potencia emitida por cada una de las N antenas es menor que una potencia máxima, de modo que la matriz A de transmisión distribuye las L señales [s_{1} ... s_{L}] para la transmisión simultánea al segundo dispositivo mediante la pluralidad N de antenas. La matriz A de transmisión se calcula sometida a la restricción de potencia que es diferente para una o más de las N antenas o que es la misma para cada una de la pluralidad N de antenas. Por ejemplo, en el último caso, la matriz A de transmisión puede ser calculada sometida a la restricción de potencia para cada una de la pluralidad N de antenas que es igual a una potencia máxima total emitida por la totalidad de la pluralidad N de antenas combinadas dividida por N.

La descripción anterior se efectúa solamente a modo de ejemplo.

Claims (26)

1. Un método para la comunicación de radio entre un primer dispositivo (100) que tiene la pluralidad N de antenas (110(1)-110(N)) y un segundo dispositivo (200) que tiene la pluralidad (M) de antenas (210(1)-210(M) que comprende: procesar un vector 8 que representa L señales [s_{1} ... s_{L}] con una matriz A de transmisión que está calculada para maximizar la capacidad del canal entre el primer dispositivo y el segundo dispositivo, por lo que la matriz A de transmisión distribuye las L señales [s_{1} ... s_{L}] entre la pluralidad N de antenas para la transmisión simultánea al segundo dispositivo, caracterizado porque cada una de las N antenas es sometida a una restricción de potencia específica que es menor que o igual a una potencia máxima total P_{max} emitida por la totalidad de la pluralidad N de antenas combinadas dividida por N.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la matriz A de transmisión se calcula sometida a la restricción de potencia que es diferente para una o más de la pluralidad N de antenas.

3. El método de la reivindicación 1, en el que la matriz A de transmisión se calcula sometida a la restricción de potencia que es la misma para cada una de la pluralidad N de antenas.

4. El método de la reivindicación 3, en el que la matriz A de transmisión se calcula sometida a la restricción de potencia para cada una de la pluralidad N de antenas que es igual a dicha potencia máxima total emitida por la totalidad de la pluralidad N de antenas combinadas dividida por N.

5. El método de la reivindicación 4, en el que el vector s es multiplicado con la matriz A de transmisión, donde la matriz A de transmisión es igual a VD, donde V que es la matriz de vectores propios para H^{H}H, es la respuesta de canal del primer dispositivo al segundo dispositivo, D = diag(d_{1} ... d_{L}) y |d_{p}|^{2} es la potencia de una de las señales L de orden p.

6. El método de la reivindicación 5, en el que cuando N\leqM, el procedimiento comprende multiplicar el vector s por la matriz A de transmisión, donde D = I \cdot \sqrt{P_{max}/N}, e I es la matriz de identificación, de modo que la potencia transmitida por cada una de la pluralidad N de antenas es la misma e igual a P_{max}/N.

7. El método de la reivindicación 5, en el que cuando N>M, D = \sqrt{d \cdot P_{max}/N_{L}} \cdot I, de modo que la potencia transmitida por la antena i para i = 1 a N es dada por (d\cdotP_{max}/N)\cdot(VV^{H})_{ii}, y d_{p} = para p = 1 a L.

8. El método de la reivindicación 7, en el que d = 1/z y z = max_{i}{(W^{H})_{ii}}, de modo que la potencia máxima de la pluralidad N de antenas es P_{max}/N y la potencia total emitida desde la pluralidad N de antenas combinadas está comprendida entre P_{max}/M y P_{max.}

9. El método de la reivindicación 7, en el que d = 1 de modo que la potencia emitida por la antena i para i = 1 a N es (P_{max}/N)\cdot(VV^{H})_{ii} y la potencia total emitida desde la pluralidad N de antenas combinadas es P_{max}/M.

10. El método de la reivindicación 1, que comprende además las operaciones de recibir en el segundo dispositivo en la pluralidad M de antenas las señales transmitidas por el primer dispositivo, y procesar las señales recibidas en cada una de la pluralidad de M antenas con los pesos recibidos y combinar las señales resultantes para recuperar las señales L.

11. El método de la reivindicación 1, en el que cada una de las L señales se modula en banda de base usando un procedimiento de modulación de multiportador, y en el que la operación de procesar comprende multiplicar el vector s por una matriz A(k) de transmisión en cada una de una pluralidad de subportadoras k.

12. Un dispositivo 100 de comunicación de radio, que comprende:

la pluralidad N de antenas (110(1)-110(N)); la pluralidad N de transmisores (152(1)-152(N)) de radio acoplados cada uno a una correspondiente de la pluralidad de antenas; y un procesador (120) de la señal de banda de base acoplado a la pluralidad N de radiotransmisores para procesar un vector s que representa L señales [s_{1} ... s_{L}] con una matriz A de transmisión que se calcula para maximizar la capacidad del canal entre dicho dispositivo y un segundo dispositivo (200), por lo que la matriz A de transmisión distribuye las L señales [s_{1} ... s_{L}] para la transmisión simultánea al segundo dispositivo mediante la pluralidad N de antenas, caracterizado porque cada una de las N antenas está sometida a una restricción de potencia concreta que es menor que o igual a una potencia correspondiente a una potencia máxima total P_{max} emitida por la totalidad de la pluralidad N de antenas combinadas dividida por N.

13. El dispositivo de la reivindicación 12, en el que la matriz A de transmisión se calcula sometida a la restricción de potencia que es diferente para una o más de la pluralidad N de antenas.

14. El dispositivo de la reivindicación 12, en el que la matriz A de transmisión se calcula sometida a la restricción de potencia que es la misma para cada una de la pluralidad N de antenas.

15. El dispositivo de la reivindicación 14, en el que la matriz A de transmisión se calcula sometida a la restricción de potencia para cada una de la pluralidad N de antenas que es igual a dicha potencia máxima total emitida por la totalidad de la pluralidad N de antenas combinadas dividida por N.

16. El dispositivo de la reivindicación 15, en el que el procesador de la señal de banda de base multiplica el vector s por la matriz A de transmisión, donde la matriz A de transmisión es igual a VD, donde V es la matriz del vector propio para H^{H}H, H es la respuesta de canal del dispositivo a dicho segundo dispositivo que tiene la pluralidad M de antenas (210(1) - 210(M)), D = diag(d_{1} ... d_{L}) y |d_{p}^{2}| es la potencia de una de las señales L de orden p.

17. El dispositivo de la reivindicación 16, en el que cuando N \leq M, D = |\cdotsdit(P_{max}/N), siendo | la matriz de identidad, de modo que la potencia transmitida por cada una de la pluralidad N de antenas es la misma y es igual a P_{max}/N.

18. El dispositivo de la reivindicación 16, en el que cuando N > M, el procesador de la señal de banda de base multiplica el vector s con la matriz A de transmisión que es calculada, donde D = \sqrt{d \cdot P_{max}/N_{Tx}} \cdot I de modo que la potencia emitida por la antena i para i = 1 a N es (d\cdotP_{max}/N)\cdot(VV^{H})_{ii} y d_{p} = d o p = 1 a L.

19. El dispositivo de la reivindicación 18, en el que d = 1/z y z = max{[VV^{H}]_{ii}} de modo que la potencia máxima de cualquier antena de la pluralidad N de antenas es P_{max}/N y la potencia total emitida desde la pluralidad N de antenas combinadas está entre P_{max}/M y P_{max}.

20. El dispositivo de la reivindicación 18, en el que d = 1, de modo que la potencia emitida por la antena i para i = 1 a N es (P_{max}/N)\cdot(VV^{H})_{ii}, y la potencia total emitida desde la pluralidad N de antenas combinadas es P_{max}/M.

21. El dispositivo de la reivindicación 12, en el que cada una de las L señales se modula en banda de base usando un procedimiento de modulación de multiportadora, y el procesador de la señal de banda de base multiplica el vector s con una matriz A(k) de transmisión en cada una de una pluralidad de subportadoras k.

22. Un sistema de comunicación de radio que comprende un primer dispositivo (100) y un segundo dispositivo (200), comprendiendo dicho primer dispositivo:

la pluralidad N de antenas; 110(1)-110(N),

la pluralidad N de transmisores 152(1)-152(N) de radio acoplados cada uno a una correspondiente de la pluralidad de antenas; y un procesador (120) de señal de banda de base acoplado a la pluralidad N de transmisores de radio para procesar un vector s que representa L señales [s_{1} ... s_{L}] con una matriz A de transmisión que se calcula para que maximice la capacidad del canal entre el primer dispositivo y el segundo dispositivo, de modo que la matriz A de transmisión distribuye las L señales [s_{1} ... s_{L}] para la transmisión simultánea al segundo dispositivo mediante la pluralidad N de antenas; comprendiendo dicho segundo dispositivo:

la pluralidad M de antenas (210(1)-210(M)),

la pluralidad M de receptores de radio acoplados cada uno a una correspondiente de la pluralidad de antenas; y

un procesador de señales de banda de base acoplado a la pluralidad M de receptores de radio para procesar las señales de salida mediante la pluralidad de receptores de radio que reciben pesos y combinan las señales resultantes para recuperar las señales L [s_{1} ... s_{L}], caracterizado porque cada una de las N antenas está sometida a una restricción de potencia específica que es menor que o igual a una potencia correspondiente a una potencia máxima total P_{max} emitida por la totalidad de la pluralidad N de antenas combinadas dividida por N.

23. El sistema de la reivindicación 22, en el que la matriz A de transmisión se calcula sometida a la restricción de potencia que es diferente para una o más de las N antenas.

24. El sistema de la reivindicación 23, en el que la matriz A de transmisión se calcula sometida a la restricción de potencia que es la misma para cada una de la pluralidad N de antenas.

25. El sistema de la reivindicación 24, en el que la matriz A de transmisión se calcula sometida a la restricción de potencia para cada una de las N antenas de modo que es igual a dicha potencia máxima total emitida por la totalidad de las N antenas combinadas dividida por N.

26. El sistema de la reivindicación 25, en el que la matriz A de transmisión es igual a VD, donde V es la matriz del vector propio para H^{H}H, H es la respuesta de canal del dispositivo al otro dispositivo que tiene la pluralidad M de antenas, D = diag(d_{1} ... d_{L}) y |d_{p}|^{2} es la potencia para una de las señales L de orden p.