ES2323058T3

ES2323058T3 - Sistema mimo con multiples modos de multiplexacion espacial.

Info

Publication number: ES2323058T3
Application number: ES03781529T
Authority: ES
Inventors: Jay Rodney Walton; John W. Ketchum; Mark Wallace; Steven J. Howard
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2009-07-06
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: EP2061173A1; US8483188B2; AU2003287296B2; EP2278731A3; JP5043979B2; CN102833049A; RU2008106942A; RU2330381C2; CN1717888B; CA2501921C; WO2004038984A3; EP2061173B1; EP2267926A2; AU2009200382A1; RU2477001C2; KR20050071620A; SI2267926T1; DE60326627D1; US20080267098A1; EP2278731B1

Abstract

Un procedimiento para transmitir datos en un sistema de comunicación inalámbrico de acceso múltiple, de múltiples entradas y múltiples salidas, MIMO, que comprende: seleccionar (1212) al menos dos terminales de usuario para transmisión de datos; seleccionar (1214) un modo de multiplexación espacial orientado, de entre una pluralidad de modos de multiplexación espacial soportados por el sistema, para su uso para los al menos dos terminales de usuario; seleccionar (1216) tasas de transmisión para una pluralidad de flujos de datos que van a transmitirse a través de una pluralidad de canales espaciales para los al menos dos terminales de usuario; y planificar (1218) los al menos dos terminales de usuario para transmisión de datos con las tasas de transmisión seleccionadas y el modo de multiplexación espacial seleccionado.

Description

Sistema MIMO con múltiples modos de multiplexación espacial.

Antecedentes I. Campo

La presente invención se refiere, en general, a la comunicación y, más específicamente, a un sistema de comunicación de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) con múltiples modos de transmisión.

II. Antecedentes

Un sistema MIMO emplea múltiples (N_{T}) antenas de transmisión y múltiples (N_{r}) antenas de recepción para la transmisión de datos y se denomina un sistema (N_{T}, N_{R}). Un canal de MIMO formado por las N_{T} antenas de transmisión y N_{R} de recepción puede descomponerse en N_{S} canales espaciales, siendo Ns < min{N_{T}, N_{R}}. Los N_{S} canales espaciales pueden usarse para transmitir N_{S} flujos de datos independientes para conseguir un mayor rendimiento global. En general, puede que, o puede que no, se realice el procesamiento espacial en un transmisor y se realiza normalmente en un receptor, para transmitir y recuperar simultáneamente múltiples flujos de datos.

Un sistema MIMO convencional usa normalmente un esquema de transmisión específico para transmitir, simultáneamente, múltiples flujos de datos. Este esquema de transmisión puede seleccionarse basándose en un equilibrio de varios factores, tales como los requisitos del sistema, la cantidad de realimentación desde el receptor al transmisor, las capacidades del transmisor y receptor, etc. El transmisor, el receptor y el sistema están diseñados por tanto para soportar y operar según el esquema de transmisión seleccionado. Este esquema de transmisión normalmente tiene características favorables así como desfavorables, que pueden afectar al rendimiento del sistema.

El documento US 6,351,499 (Paulraj et al.), por ejemplo, describe un procedimiento de maximización de un parámetro de comunicación, tal como la capacidad de datos, la calidad de la señal o el rendimiento global de un canal entre una unidad de transmisión con M antenas de transmisión y una unidad de recepción con N antenas de recepción. Un parámetro de calidad se usa de manera adaptativa para ajustar parámetros tales como codificación y agrupamiento funcional a las antenas de transmisión de manera que se maximiza un parámetro de comunicación de un canal.

El documento EP1,182,799 (Lucent Technologies Inc.) describe una antena inteligente que aplica un esquema de diversidad de transmisión espacio-tiempo para diversidad de transmisión angular y temporal para combinarse con un haz de conmutación de intercalación de polarización para mejorar el comportamiento de acceso múltiple por división de código de banda ancha de enlace descendente.

Por lo tanto, existe una necesidad en la técnica de un sistema MIMO que pueda lograr un rendimiento mejorado.

En el presente documento, se describe un sistema MIMO que soporta múltiples modos de multiplexación espacial, para un rendimiento mejorado y una mayor flexibilidad. La multiplexación espacial se refiere a la transmisión de múltiples flujos de datos simultáneamente a través de múltiples canales espaciales de un canal de MIMO. Los múltiples modos de multiplexación espacial pueden incluir (1) un modo orientado de un único usuario que transmite múltiples flujos de datos sobre canales espaciales ortogonales a un único receptor, (2) un modo no orientado de un único usuario que transmite múltiples flujos de datos a partir de múltiples antenas a un único receptor, sin procesamiento espacial, en un transmisor, (3) un modo orientado multiusuario que transmite múltiples flujos de datos simultáneamente a múltiples receptores con procesamiento espacial en un transmisor, y (4) un modo no orientado multiusuario que transmite múltiples flujos de datos a partir de múltiples antenas (ubicadas en el mismo sitio o no ubicadas en el mismo sitio) sin procesamiento espacial en el(los) transmisor(es) al(a los) receptor(es) que tiene(n) múltiples antenas.

Se selecciona un conjunto de, al menos, un terminal de usuario, para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y/o el enlace ascendente. Se selecciona un modo de multiplexación espacial para el conjunto de terminales de usuario de entre los múltiples modos de multiplexación espacial soportados por el sistema. También, se seleccionan múltiples tasas de transmisión, para múltiples flujos de datos que van a transmitirse a través de múltiples canales espaciales de un canal de MIMO para el conjunto de terminales de usuario. El conjunto de terminales de usuario se planifica para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y/o el enlace ascendente con las tasas de transmisión seleccionadas y el modo de multiplexación espacial seleccionado. A continuación, se procesan múltiples flujos de datos (por ejemplo, se codifican, se intercalan y se modulan) según las tasas de transmisión seleccionadas y se procesan espacialmente además según el modo de multiplexación espacial seleccionado para la transmisión a través de múltiples canales espaciales.

Diversos aspectos de la invención se describen más detalladamente a continuación.

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Breve descripción del dibujo

La figura 1 muestra un sistema MIMO de acceso múltiple;

La figura 2 muestra una estructura de trama y de canal para el sistema MIMO;

La figura 3 muestra un punto de acceso y dos terminales de usuario en el sistema MIMO;

La figura 4 muestra un procesador de datos de transmisión (TX) en el punto de acceso;

La figura 5 muestra moduladores y un procesador espacial de TX en el punto de acceso;

La figura 6 muestra demoduladores y un procesador espacial de recepción (RX) en un terminal de usuario de múltiples antenas;

La figura 7 muestra un procesador de datos de RX en el terminal de usuario de múltiples antenas;

La figura 8 muestra un procesador espacial de recepción y un procesador de datos de RX que implementan una técnica de cancelación de interferencias sucesiva (SIC);

La figura 9 muestra las cadenas de transmisión/recepción en el punto de acceso y en el terminal de usuario;

La figura 10 muestra un mecanismo de control de tasa de transmisión de bucle cerrado;

La figura 11 muestra un controlador y un planificador para planificar terminales de usuario;

La figura 12 muestra un proceso para planificar terminales de usuario para la transmisión de datos;

La figura 13 muestra un proceso para transmitir datos sobre el enlace descendente; y

La figura 14 muestra un proceso para recibir datos sobre el enlace ascendente.

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Descripción detallada

El término "ejemplar" se usa en el presente documento con el significado "que sirve de ejemplo, modelo o ilustración". Cualquier realización descrita en el presente documento como "ejemplar" no ha de interpretarse necesariamente como preferida o ventajosa frente a otras realizaciones.

Un sistema MIMO puede utilizar una única portadora o múltiples portadoras para la transmisión de datos. Pueden proporcionarse múltiples portadoras mediante multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), otras técnicas de modulación multiportadora, o algunos otros constructos. La OFDM divide de manera eficaz el ancho de banda del sistema global en múltiples (N_{F}) subbandas ortogonales, a las que también se hace referencia habitualmente como tonos, bins, portadoras y canales de frecuencia. Con OFDM, cada subbanda se asocia con una respectiva portadora que puede modularse con datos. La siguiente descripción es de un sistema MIMO que utiliza OFDM. Sin embargo, los conceptos descritos en el presente caso pueden aplicarse igualmente a un sistema MIMO de una única
portadora.

El sistema MIMO soporta múltiples modos de multiplexación espacial para un rendimiento mejorado y una mayor flexibilidad. La tabla 1 enumera los modos de multiplexación espacial soportados y sus descripciones resumidas.

TABLA 1

1

El sistema MIMO también puede soportar otros y/o diferentes modos de multiplexación espacial, y esto entra dentro del alcance de la invención.

Cada modo de multiplexación espacial tiene diferentes capacidades y requisitos. Los modos de multiplexación espacial orientados pueden conseguir normalmente un mejor rendimiento, pero sólo pueden usarse si el transmisor tiene suficiente información de estado de canal para ortogonalizar los canales espaciales a través de descomposición o de alguna otra técnica, como se describe más adelante. Los modos de multiplexación espacial no orientados requieren muy poca información para transmitir simultáneamente múltiples flujos de datos, pero el rendimiento puede no ser lo bastante bueno como en los modos de multiplexación espacial orientados. Puede seleccionarse para su uso un modo de multiplexación espacial adecuado dependiendo de la información de estado de canal disponible, las capacidades del transmisor y el receptor, los requisitos del sistema, etc. Cada uno de estos modos de multiplexación espacial se describe a continuación.

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1. Modo de multiplexación espacial orientado de un único usuario

Un canal de MIMO selectivo en frecuencia formado por N_{T} antenas de transmisión y N_{R} antenas de recepción puede estar caracterizado por N_{F} matrices de respuesta de canal en el dominio de la frecuencia H(k), para k = 1 ... N_{F}, cada una con dimensiones de N_{R} \times N_{T}. La matriz de respuesta de canal para cada subbanda puede expresarse como:

2

donde la entrada h_{i,j}(k), para i= 1 ... N_{R}, j= 1 ... N_{T}, y k= 1 ... N_{F}, es el acoplamiento (es decir, la ganancia compleja) entre la antena j de transmisión y la antena i de recepción para la subbanda k.

La matriz de respuesta de canal H(k) para cada subbanda puede "diagonalizarse" para obtener N_{S} modos propios para esa subbanda. Esta diagonalización puede conseguirse realizando descomposición de valores singulares de la matriz de respuesta de canal H(k), o descomposición de valores propios de una matriz de correlación de H(k), que es R(k) = H ^{H}(k) H(k), donde "H" indica la traspuesta conjugada.

La descomposición de valores singulares de la matriz de respuesta de canal H(k) para cada subbanda puede expresarse como:

3

donde

\quad: \underline{U}(k) es una matriz unitaria (N_{R} \times N_{R}) de vectores propios izquierdos de H(k);

\quad: \underline{\Sigma}(k) es una matriz diagonal (N_{R} \times N_{T}) de valores singulares de \underline{H}(k); y

\quad: \underline{V}(k) es una matriz unitaria (N_{T} \times N_{T}) de vectores propios derechos de \underline{H}(k). Una matriz unitaria M está caracterizada por la propiedad \underline{M}^{H}\underline{M} = \underline{I}, donde \underline{I} es la matriz de identidad. Las columnas de una matriz unitaria son ortogonales entre sí.

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La descomposición de valores propios de la matriz de correlación de H(k) para cada subbanda puede expresarse como:

4

donde \Lambda(k) es una matriz diagonal (N_{T} \times N_{T}) de valores propios de R(k). Como muestran las ecuaciones (2) y (3), las columnas de V(k) son vectores propios de R(k) así como vectores propios derechos de H(k).

Gilbert Strang describe la descomposición de valores singulares y la descomposición de valores propios, en un libro titulado "Linear Algebra and Its Applications," segunda edición, Academic Press, 1980. El modo de multiplexación espacial orientado de un único usuario puede implementarse con descomposición de valores singulares o con descomposición de valores propios. Por motivos de mayor claridad, la descomposición de valores singulares se usa para la siguiente descripción.

Los vectores propios derechos de H(k) también se denominan vectores "de orientación" y pueden usarse para el procesamiento espacial por un transmisor para transmitir datos sobre los N_{S} modos propios de H(k). Los vectores propios izquierdos de H(k) pueden usarse para el procesamiento espacial por un receptor para recuperar los datos transmitidos sobre los N_{S} modos propios. Los modos propios pueden verse como canales espaciales ortogonales obtenidos mediante descomposición. La matriz diagonal \Sigma(k) contiene valores reales no negativos a lo largo de la diagonal y ceros en el resto. Estas entradas diagonales se denominan los valores singulares de H(k) y representan las ganancias de canal para los N_{S} modos propios de H(k). Los valores singulares de H(k), {\sigma_{1}(k) \sigma_{2}(k)... \sigma_{NS}(k)}, son también las raíces cuadradas de los valores propios de R(k), {\lambda_{1}(k) \lambda_{2}(k) ... \lambda_{NS}(k)}, donde

5

La descomposición de valores singulares puede realizarse de manera independiente sobre la matriz de respuesta de canal H(k) para cada una de las N_{F} subbandas para determinar los N_{S} modos propios para esa subbanda.

Para cada subbanda, los valores singulares en la matriz \Sigma(k) pueden ordenarse del más grande al más pequeño, y los vectores propios en las matrices V(k) y U(k) pueden ordenarse de manera correspondiente. Un modo propio de "banda ancha" puede definirse como el conjunto de modos propios del mismo orden de todas las N_{F} subbandas después de la ordenación (es decir, el modo propio de banda ancha m incluye el modo propio m de todas las subbandas). En general, todas o menos de N_{F} subbandas pueden usarse para la transmisión, rellenándose las subbandas no usadas con valores de señal de cero. Por motivos de simplicidad, la siguiente descripción asume que todas las N_{F} subbandas se usan para la transmisión.

El modo de multiplexación espacial orientado de un único usuario (o sencillamente, el "modo orientado de un único usuario") transmite N_{S} flujos de símbolos de datos sobre los N_{S} modos propios del canal de MIMO. Esto requiere un procesamiento espacial tanto por el transmisor como para el receptor.

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El procesamiento espacial en el transmisor para cada subbanda para el modo orientado de un único usuario puede expresarse como:

6

donde

\quad: \underline{s}(k) es un vector (N_{T}\times 1) con N_{S} entradas distintas de cero para N_{S} símbolos de datos que van a transmitirse sobre los N_{S} modos propios para la subbanda k; y

\quad: \underline{x}_{su-s}(k) es un vector (N_{T}\times 1) con N_{T} entradas para N_{T} símbolos de transmisión que van a enviarse desde las N_{T} antenas de transmisión para la subbanda k.

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Las N_{S} entradas de s(k) pueden representar N_{S} flujos de símbolos de datos y las restantes entradas de s(k), si hay alguna, se llenan con ceros.

Los símbolos recibidos obtenidos por el receptor para cada subbanda pueden expresarse como:

7

donde

\quad: \underline{r}_{su-s}(k) es un vector (N_{R}\times 1) con N_{R} entradas para N_{R} símbolos recibidos obtenidos a través de las N_{R} antenas de recepción para la subbanda k; y

\quad: \underline{n}(k) es un vector de ruido para la subbanda k.

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El procesamiento espacial en el receptor para recuperar el vector de datos s(k) para cada subbanda puede expresarse como:

8

donde

\quad: \underline{\tilde{s}}_{su-s}(k) es un vector (N_{T}\times 1) con N_{S} símbolos de datos detectados para la subbanda k;

\quad: \underline{\hat{s}}_{su-s}(k) es un vector (N_{T}\times 1) con N_{S} símbolos de datos recuperados para la subbanda k; y

\quad: \underline{n}_{su-s}(k) es un vector de ruido postprocesado para la subbanda k.

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El vector \hat{s}_{su-s}(k) es una estimación no normalizada del vector de datos s(k), y el vector \hat{s}_{su-s}(k) es una estimación normalizada de s(k). La multiplicación por \Sigma^{-1}(k) en la ecuación (6) tiene en cuenta las (posiblemente diferentes) ganancias de los N_{S} canales espaciales y normaliza la salida del procesamiento espacial del receptor de modo que los símbolos de datos recuperados con la magnitud apropiada se proporcionan a una unidad de procesamiento posterior.

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Para el modo orientado de un único usuario, la matriz F_{su-s}(k) de vectores de orientación usada por el transmisor para cada subbanda puede expresarse como:

9

La matriz de filtro espacial usada por el receptor para cada subbanda puede expresarse como:

10

El modo orientado de un único usuario puede usarse si el transmisor tiene información de estado de canal para o bien la matriz de respuesta de canal H(k) o la matriz V(k) de vectores propios derechos de H(k), para k = 1 ... N_{F}. El transmisor puede estimar H(k) o V(k) para cada subbanda basándose en un piloto transmitido por el receptor, según se describe a continuación, o el receptor puede proporcionarle esta información a través de un canal de realimentación. El receptor puede obtener normalmente H(k) o U H(k) para cada subbanda basándose en un piloto transmitido por el transmisor. La ecuación (6) indica que los N_{S} flujos de símbolos de datos s(k), distorsionados sólo por ruido de canal postprocesado n_{su-s}(k), puede obtenerse para el modo orientado de un único usuario con el procesamiento espacial apropiado tanto en el transmisor como en el receptor.

La relación señal a ruido e interferencia (SNR) para el modo orientado de un único usuario puede expresarse como:

11

donde

\quad: P_{m}(k) es la potencia de transmisión usada para el símbolo de datos transmitido sobre la subbanda k del modo propio de banda ancha m;

\quad: \lambda_{m}(k) es el valor propio para la subbanda k del modo propio de banda ancha m, que es el elemento diagonal m-ésimo de \underline{\Lambda}(k); y

\quad: \gamma_{su-s,m}(k) es la SNR para la subbanda k del modo propio de banda ancha m.

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2. Modo de multiplexación espacial no orientado de un único usuario

El modo de multiplexación espacial no orientado de un único usuario (o simplemente, el "modo no orientado de un único usuario") puede usarse si el transmisor no tiene suficiente información de estado de canal o si el modo orientado de un único usuario no puede soportarse por cualquier motivo. El modo no orientado de un único usuario transmite N_{S} flujos de símbolos de datos a partir de N_{T} antenas de transmisión sin ningún procesamiento espacial en el transmisor.

Para el modo no orientado de un único usuario, la matriz F_{ns}(k) de vectores de orientación usada por el transmisor para cada subbanda puede expresarse como:

12

El procesamiento espacial en el transmisor para cada subbanda puede expresarse como:

13

donde x_{ns}(k) es el vector de símbolos de transmisión para el modo no orientado de un único usuario. Un canal espacial de "banda ancha" para este modo puede definirse como el canal espacial correspondiente a una antena de transmisión dada (es decir, el canal espacial de banda ancha m para el modo no orientado de un único usuario incluye todas las subbandas de la antena de transmisión m).

14

El receptor puede recuperar el vector de datos s(k) usando diversas técnicas de procesamiento del receptor tales como una técnica de inversión de matriz de correlación de canales (CCMI) (a la que también se hace referencia normalmente como una técnica de forzado a cero), una técnica de mínimo error cuadrático medio (MMSE), un ecualizador de realimentación de decisión (DFE), una técnica de cancelación de interferencias sucesiva (SIC), etc.

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A. Procesamiento espacial de CCMI

El receptor puede usar la técnica de CCMI para separar los flujos de símbolos de datos. Un receptor de CCMI utiliza un filtro espacial que tiene una respuesta de M_{ccmi}(k), para k = 1 ... N_{F}, que puede expresarse como:

15

El procesamiento espacial por el receptor de CCMI para el modo no orientado de un único usuario puede expresarse como:

16

donde

\quad: \underline{\hat{s}}_{ccmi}(k) es un vector (N_{T}\times 1) con N_{S} símbolos de datos recuperados para la subbanda k; y

\quad: \underline{n}_{ccmi}(k) = M_{ccmi}(k)\underline{n}(k) es el ruido filtrado de CCMI para la subbanda k.

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Una matriz de autocovarianza \varphi_{ccmi}(k) del ruido filtrado de CCMI para cada subbanda puede expresarse como:

17

donde E[x] es el valor esperado de x. La última igualdad en la ecuación (15) supone que el ruido n(k) es ruido gaussiano blanco aditivo (AWGN) con media cero, una varianza de \sigma^{2}, y una matriz de autocovarianza de
\varphi_{nn}(k) = E[n(k)n^{H}(k)] = \sigma^{2}I. En este caso, la SNR para el receptor de CCMI puede expresarse como:

18

donde

\quad: P_{m}(k) es la potencia de transmisión usada para el símbolo de datos transmitido sobre la subbanda k del canal espacial de banda ancha m;

\quad: r_{mm}(k) es el elemento diagonal m-ésimo de \underline{R}(k) para la subbanda k; y

\quad: \gamma_{ccmi,m}(k) es la SNR para la subbanda k del canal espacial de banda ancha m.

Debido a la estructura de R(k), la técnica de CCMI puede amplificar el ruido.

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B. Procesamiento espacial de MMSE

El receptor puede usar la técnica de MMSE para suprimir la diafonía entre los flujos de símbolos de datos y maximizar las SNR de los flujos de símbolos de datos recuperados. Un receptor de MMSE utiliza un filtro espacial que tiene una respuesta de M _{mmse}(k), para k = 1 ... N_{F}, que se deriva de modo que se minimiza el error cuadrático medio entre el vector de datos estimado a partir del filtro espacial y el vector de datos s(k). Este criterio de MMSE puede expresarse como:

19

La solución al problema de optimización planteado en la ecuación (17) puede obtenerse de diversas formas. En un procedimiento ejemplar, la matriz de filtro espacial de MMSE M_{mmse}(k) para cada subbanda puede expresarse como:

20

La segunda igualdad en la ecuación (18) supone que el vector de ruido n(k) es AWGN con media cero y varianza de \sigma^{2}.

El procesamiento espacial por el receptor de MMSE para el modo no orientado de un único usuario se compone de dos etapas. En la primera etapa, el receptor de MMSE multiplica el vector r_{ns}(k) para los N_{R} flujos de símbolos recibidos por la matriz de filtro espacial de MMSE M_{mmse}(k) para obtener un vector \tilde{s}_{mmse}(k) para N_{S} flujos de símbolos detectados, según sigue:

21

donde n_{mmse}(k) = M_{mmse}(k)n(k) es el ruido filtrado de MMSE y Q(k) = M_{mmse}(k)H(k). Los N_{S} flujos de símbolos detectados son estimaciones no normalizadas de los N_{S} flujos de símbolos de datos.

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En la segunda etapa, el receptor de MMSE multiplica el vector \tilde{s}_{mmse}(k) por una matriz de ajuste a escala para obtener un vector \hat{s}_{mmse}(k) para los N_{S} flujos de símbolos de datos recuperados, según sigue:

22

donde D_{mmse}(k) es una matriz diagonal cuyos elementos diagonales son los elementos diagonales de Q(k), es decir, D_{mmse}(k) = diag [Q(k)]. Los N_{S} flujos de símbolos de datos recuperados son estimaciones normalizadas de los N_{S} flujos de símbolos de datos.

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Usando la identidad inversa de matrices, la matriz Q(k) puede reescribirse como:

23

La segunda igualdad en la ecuación (21) supone que el ruido es AWGN con media cero y varianza de \sigma^{2}.

La SNR para el receptor de MMSE puede expresarse como:

24

donde

\quad: q_{mm}(k) es el elemento diagonal m-ésimo de \underline{Q}(k) para la subbanda k; y

\quad: \gamma_{mmse,m}(k) es la SNR para la subbanda k del canal espacial de banda ancha m.

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C. Procesamiento del receptor de cancelación de interferencias sucesiva

El receptor puede procesar los N_{R} flujos de símbolos recibidos usando la técnica de SIC para recuperar los N_{S} flujos de símbolos de datos. Para la técnica de SIC, el receptor inicialmente realiza un procesamiento espacial sobre los N_{R} flujos de símbolos recibidos (por ejemplo, usando CCMI, MMSE, o alguna otra técnica) y obtiene un flujo de símbolos de datos recuperados. El receptor procesa además (por ejemplo, demodula, desintercala y decodifica) este flujo de símbolos de datos recuperados para obtener un flujo de datos decodificado. El receptor entonces estima la interferencia que este flujo provoca en los otros N_{S}^{-1} flujos de símbolos de datos y cancela la interferencia estimada a partir de los N_{R} flujos de símbolos recibidos para obtener N_{R} flujos de símbolos modificados. El receptor entonces repite el mismo procesamiento sobre los N_{R} flujos de símbolos modificados para recuperar otro flujo de símbolos de datos.

Para un receptor de SIC, los flujos de símbolos de entrada (es decir, recibidos o modificados) para la fase \ell, donde \ell = 1 ... N_{S}, puede expresarse como:

25

donde

\quad: \underline{r}^{\ell}_{sic}(k) es un vector de N_{R} símbolos modificados para la subbanda k en la fase \ell, y 1000 para la primera fase;

\quad: \underline{s}^{\ell}(k) es un vector de (N_{T} - \ell + 1) símbolos de datos todavía no recuperados para la subbanda k en la fase \ell; y

\quad: \underline{H}^{\ell}(k) es una matriz de respuesta de canal reducida N_{R}\times (N_{T} - \ell + 1) para la subbanda k en la fase \ell.

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La ecuación (23) supone que los flujos de símbolos de datos recuperados en las (\ell-1) fases anteriores se cancelan. Las dimensiones de la matriz de respuesta de canal H(k) se reducen sucesivamente en una columna en cada fase a medida que se recupera y cancela un flujo de símbolos de datos. Para la fase \ell, la matriz de respuesta de canal reducida H^{\ell}(k) se obtiene eliminando (\ell-1) columnas en la matriz H(k) original correspondiente a los (\ell -1) flujos de símbolos de datos previamente recuperados, es decir, 100 donde h_{jn}(k) es un vector N_{R} \times 1 para la respuesta de canal entre la antena j_{n} de transmisión y las N_{R} antenas de recepción. Para la fase \ell, a los (\ell-1) flujos de símbolos de datos recuperados en las fases anteriores se dan índices {j_{1} j_{2} ... j_{\ell-1}}, y a los (N_{T} - \ell + 1) flujos de símbolos de datos todavía no recuperados se dan índices {j_{\ell} j_{\ell+1} ... j_{N_{T}}}.

Para la fase \ell, el receptor de SIC deriva una matriz de filtro espacial M^{\ell}_{sic}(k) para k = 1 ... N_{F}, basándose en la matriz de respuesta de canal reducida H^{\ell}(k) (en lugar de en la matriz H(k) original) usando la técnica de CCMI según se muestra en la ecuación (13), la técnica de MMSE según se muestra en la ecuación (18), o alguna otra técnica. La matriz M^{\ell}_{sic}(k) tiene dimensiones de (N_{T} -\ell + 1) \times N_{R}. Puesto que H^{\ell}(k) es diferente en cada fase, la matriz de filtro espacial M^{\ell}_{sic}(k) es también diferente en cada fase.

El receptor de SIC multiplica el vector r^{\ell}_{sic}(k) para los N_{R} flujos de símbolos modificados por la matriz de filtro espacial M^{\ell}_{sic}(k) para obtener un vector \tilde{s}^{\ell}_{sic}(k para (N_{T} -\ell+1) flujos de símbolos detectados, según sigue:

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donde n^{\ell}_{sic}(k) = M^{\ell}_{sic}(k)n^{\ell}(k) es el ruido filtrado para la subbanda k de la fase \ell, n^{\ell}(k) es un vector reducido de n(k), y Q^{\ell}_{sic}(k)=M^{\ell}_{sic}(k)H^{\ell}_{sic}(k). El receptor de SIC entonces selecciona uno de los flujos de símbolos detectados para su recuperación. Puesto que sólo se recupera un flujo de símbolos de datos en cada fase, el receptor de SIC puede simplemente derivar un vector fila m^{\ell}_{j\ell}(k) de filtro espacial (1 \times N_{R}) para el flujo de símbolos de datos {s_{j\ell}} que va a recuperarse en la fase \ell. El vector fila m^{\ell}_{sic}(k) es una fila de la matriz M^{\ell}_{sic}(k). En este caso, el procesamiento espacial para la fase \ell para recuperar el flujo de símbolos de datos {s_{j\ell}} puede expresarse como:

27

donde q^{\ell}_{j\ell}(k) es la fila de Q^{\ell}_{sic}(k) correspondiente al flujo de símbolos de datos {s_{j\ell}}.

En cualquier caso, el receptor ajusta a escala el flujo de símbolos detectado {\tilde{s}_{j\ell}} para obtener un flujo de símbolos de datos recuperados {\hat{s}_{j\ell}} y procesa además (por ejemplo, demodula, desintercala y decodifica) el flujo {\hat{s}_{j\ell}} para obtener un flujo de datos decodificado {\hat{d}_{j\ell}}. El receptor también forma una estimación de la interferencia que este flujo provoca en los demás flujos de símbolos de datos todavía no recuperados. Para estimar la interferencia, el receptor recodifica, intercala y hace un agrupamiento funcional de símbolos del flujo de datos decodificado {\hat{d}_{j\ell}} de la misma forma en que se realizó en el transmisor y obtiene un flujo de símbolos "remodulados" {\tilde{s}_{j\ell}}, que es una estimación del flujo de símbolos de datos recién recuperados. El receptor entonces convoluciona el flujo de símbolos remodulado con cada uno de los N_{R} elementos en el vector de respuesta de canal h_{j\ell}(k) para el flujo {s_{j\ell}} para obtener N_{R} componentes de interferencia i_{j\ell}(k) producidos por este flujo. Los N_{R} componentes de interferencia se restan entonces de los N_{R} flujos de símbolos modificados r^{\ell}_{sic} para la fase \ell para obtener N_{R} flujos de símbolos modificados r^{\ell +1}_{sic} para la próxima fase \ell+1, es decir 101 Los flujos de símbolos modificados r^{\ell +1}_{sic} representan los flujos que se habrían recibido si el flujo de símbolos de datos {s_{j\ell}} no se hubiera transmitido (es decir, suponiendo que la cancelación de interferencias se realizó eficazmente).

El receptor de SIC procesa los N_{R} flujos de símbolos recibidos en N_{S} fases sucesivas. En cada fase, el receptor de SIC (1) realiza un procesamiento espacial sobre o bien los N_{R} flujos de símbolos recibidos o bien los N_{R} flujos de símbolos modificados de la fase anterior para obtener un flujo de símbolos de datos recuperados, (2) decodifica este flujo de símbolos de datos recuperados para obtener un flujo de datos decodificado correspondiente, (3) estima y cancela la interferencia debida a este flujo, y (4) obtiene N_{R} flujos de símbolos modificados para la próxima fase. Si la interferencia debida a cada flujo de datos puede estimarse y cancelarse de forma precisa, entonces los flujos de datos recuperados posteriores experimentan menos interferencia y es posible que puedan lograr SNR más altas.

Para la técnica de SIC, la SNR de cada flujo de símbolos de datos recuperados depende de (1) la técnica de procesamiento espacial (por ejemplo, CCMI o NIMSE) usada en cada fase, (2) la fase específica en la que se recupera el flujo de símbolos de datos, y (3) la cantidad de interferencia debida a flujos de símbolos de datos recuperados en fases posteriores. La SNR para el receptor de SIC con CCMI puede expresarse como:

28

donde r^{\ell}_{mm} es el elemento diagonal m-ésimo de [R^{\ell}(k)]^{-1} para la subbanda k, donde R^{\ell}(k) = [H^{\ell}(k)]^{H} H^{\ell}(k).

La SNR para el receptor de SIC con MMSE puede expresarse como:

29

donde q^{\ell}_{mm}(k) es el elemento diagonal m-ésimo de Q^{\ell}_{sic}(k) para la subbanda k, donde Q^{\ell}_{sic}(k) se deriva según se muestra en la ecuación (21) pero basándose en la matriz de respuesta de canal reducida H^{\ell}(k) en lugar de en la matriz H(k) original.

En general, la SNR mejora de forma progresiva para flujos de símbolos de datos recuperados en fases posteriores puesto que la interferencia a partir de los flujos de símbolos de datos recuperados en fases anteriores se cancela. Esto entonces permite que se usen tasas de transmisión más altas para flujos de símbolos de datos recuperados posteriormente.

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3. Modo de multiplexación espacial orientado multiusuario

En esta realización de la invención, el modo de multiplexación espacial orientado multiusuario (o simplemente, el "modo orientado multiusuario") soporta la transmisión de datos desde un único transmisor a múltiples receptores simultáneamente basándose en "firmas espaciales" de los receptores. La firma espacial para un receptor viene dada por un vector de respuesta de canal (para cada subbanda) entre las N_{T} antenas de transmisión y cada antena de recepción en el receptor. El transmisor puede obtener las firmas espaciales para los receptores según se describe a continuación. El transmisor puede entonces (1) seleccionar un conjunto de receptores para la transmisión de datos simultánea y (2) derivar vectores de orientación para los flujos de símbolos de datos que van a transmitirse a los receptores seleccionados de modo que la diafonía del flujo de transmisión se suprime de forma adecuada en los receptores.

Los vectores de orientación para el modo orientado multiusuario pueden derivarse de diversas formas. Dos esquemas ejemplares se describen a continuación. Por motivos de simplicidad, la siguiente descripción es para una subbanda y supone que cada receptor está equipado con una antena.

En un esquema de inversión de canales, el transmisor obtiene los vectores de orientación para múltiples receptores usando inversión de canales. El transmisor inicialmente selecciona N_{T} receptores de una única antena para la transmisión simultánea. El transmisor obtiene un vector fila h_{i}(k) de respuesta de canal 1 \times N_{T} para cada receptor seleccionado y forma una matriz de respuesta de canal H_{mu-s}(k) N_{T} \times N_{T} con los N_{T} vectores fila para los N_{T} receptores. El transmisor entonces usa inversión de canales para obtener una matriz F_{mu-s}(k) de N_{T} vectores de orientación para los N_{T} receptores seleccionados, según sigue:

30

El procesamiento espacial en el transmisor para cada subbanda para el modo orientado multiusuario puede expresarse como:

31

donde x_{mu-s}(k) es el vector de símbolos de transmisión para el modo orientado multiusuario.

Los símbolos recibidos en los N_{T} receptores seleccionados para cada subbanda pueden expresarse como:

32

donde r_{mu-s}(k) es un vector de símbolos recibidos (N_{T} \times 1) para la subbanda k en los N_{T} receptores seleccionados, e i(k) representa la interferencia de diafonía debida a una estimación imperfecta de F_{mu-s}(k) en el transmisor. Cada receptor seleccionado obtendría sólo una entrada del vector r_{mu-s}(k) para cada antena de recepción. Si el procesamiento espacial en el transmisor es eficaz, entonces la potencia en i(k) es pequeña, y cada flujo de símbolos de datos recuperados experimenta poca diafonía a partir de los (N_{T}-1) otros flujos de símbolos de datos enviados a los demás receptores.

El transmisor también puede transmitir un piloto orientado a cada receptor seleccionado, según se describe a continuación. Cada receptor procesaría entonces su piloto orientado para estimar la ganancia de canal y la fase y demodular de forma coherente los símbolos recibidos desde su única antena con las estimaciones de ganancia de canal y de fase para obtener símbolos de datos recuperados.

Las SNR conseguidas para el modo orientado multiusuario son una función de la autocovarianza de la matriz de respuesta de canal H_{mu-s}(k). Pueden conseguirse SNR más altas seleccionando terminales de usuario "compatibles". Diferentes conjuntos y/o combinaciones de terminales de usuario pueden evaluarse, y el conjunto/combinación con las SNR más altas puede seleccionarse para la transmisión de datos.

Aunque el esquema de inversión de canales resulta atractivo por su simplicidad, en general, proporcionará un pobre comportamiento, puesto que preacondicionar los flujos de símbolos de datos con la matriz de respuesta de canal inversa en la ecuación (29) fuerza al transmisor a poner la mayor parte de su potencia en los peores modos propios del canal MEMO. También, en algunos canales, particularmente los que tienen grandes correlaciones entre los elementos de H_{mu-s}(k), la matriz de respuesta de canal es de rango menor que el máximo, y no será posible calcular una inversa.

En un esquema de precodificación, el transmisor precodifica N_{T} flujos de símbolos de datos que van a enviarse a los N_{T} receptores seleccionados de modo que estos flujos de símbolos de datos experimentan poca diafonía en los receptores. El transmisor puede formar la matriz de respuesta de canal H_{mu}(k) para los N_{T} receptores seleccionados. El transmisor entonces realiza una factorización QR sobre H_{mu}(k) de modo que H_{mu}(k)= F_{tri}(k)Q_{mu}(k), donde F_{tri}(k) es una matriz triangular izquierda inferior y Q_{mu}(k) es una matriz unitaria.

El transmisor realiza una operación de precodificación sobre el vector de símbolos de datos que va a transmitirse, s(k) = [s_{1}(k) s_{2}(k) ... s_{N_{T}}(k)]^{T}, para obtener un vector de símbolos precodificado a(k)= [a_{1}(k) a_{2}(k) ... a_{N_{T}} (k)]^{T}, según sigue:

33

donde

\quad: M es el número de niveles, separados en intervalos de unidad, en la dimensión en fase o cuadratura de una constelación de señales QAM cuadrada; y

\quad: f_{\ell i}(k) es el elemento de \underline{F}_{tri}(k) en la fila i y la columna j.

La operación módulo (mod) añade un número suficiente de múltiplos enteros de M al argumento, de modo que el resultado cumple a_{\ell}(k) \in [-M/2,M/2). Después de esta operación de precodificación, los símbolos de transmisión se calculan procesando el vector de símbolos precodificado a(k) con la matriz de orientación unitaria Q_{mu}(k) para generar el vector de símbolos de transmisión 102

El vector de símbolos de recepción para el esquema de precodificación puede expresarse como:

34

Puede mostrarse que F _{tri}(k) a(k) mod (M/2) = s(k). Por tanto, el vector de símbolos de datos puede estimarse como \hat{s}_{mu-pc}(k) = r_{mu-pc}(k) mod (M/2). Cada uno de los N_{T} receptores seleccionados sólo obtiene uno de los N_{T} elementos de r_{mu-pc}(k) y puede estimar los símbolos de datos enviados a él realizando la operación mod (M/2) sobre sus símbolos recibidos.

El transmisor también puede transmitir múltiples flujos de símbolos de datos a un receptor de múltiples antenas en el modo orientado multiusuario. La matriz de respuesta de canal H_{mu}(k) incluiría entonces un vector fila para cada antena de recepción del receptor de múltiples antenas.

El modo orientado multiusuario también soporta la transmisión de datos desde múltiples transmisores de múltiples antenas a un único receptor. Cada transmisor de múltiples antenas realiza un procesamiento espacial sobre su flujo de símbolos de datos para orientar el flujo hacia el receptor. Cada transmisor también transmite un piloto orientado al receptor. Para el receptor, cada transmisor aparece como una única transmisión. El receptor realiza un procesamiento espacial (por ejemplo, CCMI, MMSE, etc.) para recuperar los flujos de símbolos de datos orientados desde todos los transmisores.

4. Modo de multiplexación espacial no orientado multiusuario

El modo de multiplexación espacial no orientado multiusuario (o simplemente, el "modo no orientado multiusuario") soporta la transmisión de datos simultánea por (1) un único transmisor a múltiples receptores (por ejemplo, para el enlace descendente) y (2) múltiples transmisores a un único receptor (por ejemplo, para el enlace ascendente).

Para la transmisión no orientada desde un único transmisor a múltiples receptores, el transmisor transmite un flujo de símbolos de datos desde cada antena de transmisión para un receptor destinatario. Uno o múltiples flujos de símbolos de datos pueden transmitirse para cada receptor destinatario. Cada receptor destinatario incluye al menos N_{T} antenas de recepción y puede realizar un procesamiento espacial para aislar y recuperar su(s) flujo(s) de símbolos de datos. Cada receptor que desea una transmisión de datos estima la SNR para cada una de las N_{T} antenas de transmisión y envía las N_{T} estimaciones de SNR al transmisor. El transmisor selecciona un conjunto de receptores para la transmisión de datos basándose en las estimaciones de SNR desde todos los receptores que desean una transmisión de datos (por ejemplo, para maximizar el rendimiento global).

Para la transmisión no orientada desde múltiples transmisores a un único receptor, los transmisores transmiten flujos de símbolos de datos desde sus antenas (es decir, sin procesamiento espacial) de modo que estos flujos llegan aproximadamente alineados en el tiempo al receptor. El receptor puede estimar la matriz de respuesta de canal para todos los transmisores como si fueran un transmisor. El receptor puede recuperar múltiples flujos de símbolos de datos transmitidos por estos múltiples transmisores usando cualquiera de la técnicas descritas anteriormente para el modo no orientado de un único usuario (por ejemplo, técnicas de CCMI, MMSE y SIC).

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5. Procesamiento espacial

La tabla 2 resume el procesamiento espacial en el transmisor y el receptor para los cuatro modos de multiplexación espacial descritos anteriormente. Para los modos no orientados, pueden usarse también técnicas de procesamiento del receptor diferentes de CCMI y MMSE. La última columna en la tabla 2 indica si la técnica de SIC puede usarse en el receptor o no.

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TABLA 2

35

Por motivos de simplicidad, el procesamiento espacial para el modo orientado multiusuario desde múltiples transmisores a un único receptor y el modo no orientado multiusuario desde un único transmisor a múltiples receptores no se muestran en la tabla 2.

En la siguiente descripción, un canal espacial de banda ancha puede corresponder a (1) un modo propio de banda ancha, para un modo de multiplexación espacial orientado, (2) una antena de transmisión, para un modo de multiplexación espacial no orientado, o (3) una combinación de uno o más canales espaciales de una o más subbandas. Un canal espacial de banda ancha puede usarse para transmitir un flujo de datos independiente.

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6. Sistema MIMO

La figura 1 muestra un sistema 100 MIMO de acceso múltiple con un número de puntos 110 de acceso (AP) que proporcionan comunicación para un número de terminales 120 de usuario (UT). Por motivos de simplicidad, sólo dos puntos 110a y 110b de acceso se muestran en la figura 1. Un punto de acceso es en general una estación fija que se comunica con los terminales de usuario y a la que puede también hacerse referencia como una estación base o alguna otra terminología. Un terminal de usuario puede ser fijo o móvil y se le puede también hacer referencia como una estación móvil, un dispositivo inalámbrico, o alguna otra terminología. Un controlador 130 de sistema se acopla a y proporciona coordinación y control para los puntos 110 de acceso.

El sistema 100 MIMO puede ser un sistema dúplex por división en el tiempo (TDD) o un sistema dúplex por división en frecuencia (FDD). El enlace descendente y el enlace ascendente (1) comparten la misma banda de frecuencia para un sistema de TDD y (2) usan bandas de frecuencia diferentes para un sistema de FDD. La siguiente descripción supone que el sistema 100 MIMO es un sistema de TDD.

El sistema 100 MIMO utiliza un conjunto de canales de transporte para transmitir diferentes tipos de datos. Los canales de transporte pueden implementarse de diversas formas.

La figura 2 muestra una trama y estructura 200 de canal ejemplar que puede usarse para el sistema 100 MIMO. La transmisión de datos se produce en tramas de TDD. Cada trama de TDD se prolonga una duración de tiempo predeterminada (por ejemplo, 2 ms) y se divide en una fase de enlace descendente y una fase de enlace ascendente. Cada fase se divide además en múltiples segmentos 210, 220, 230, 240, y 250 para múltiples canales de
transporte.

En la fase de enlace descendente, un canal de difusión (BCH) porta un piloto 214 de baliza, un piloto 216 de MIMO, y un mensaje 218 de BCH. El piloto de baliza se usa para el sincronismo y la adquisición de frecuencia. El piloto de MIMO se usa para la estimación de canal. El mensaje de BCH porta parámetros de sistema para los terminales de usuario. Un canal de control directo (FCCH) porta información de planificación para asignaciones de recursos de enlace descendente y de enlace ascendente y otra señalización para los terminales de usuario. Un canal directo (FCH) porta unidades de datos de protocolo (PDU) de FCH sobre el enlace descendente. Una PDU 232a de FCH incluye un piloto 234a y un paquete 236a de datos, y una PDU 232b de FCH incluye sólo un paquete 236b de datos. En la fase de enlace ascendente, un canal inverso (RCH) porta PDU de RCH sobre el enlace ascendente. Una PDU 242a de RCH incluye sólo un paquete 246a de datos, y una PDU 242b de RCH incluye un piloto 244b y un paquete 246b de datos. Un canal de acceso aleatorio (RACH) se usa por los terminales de usuario para conseguir acceso al sistema y para enviar mensajes cortos sobre el enlace ascendente. Una PDU 252 de RACH enviada sobre el RACH incluye un piloto 254 y un mensaje 256.

La figura 3 muestra un diagrama de bloques de un punto 110x de acceso y dos terminales 120x y 120y de usuario en sistema 100 MIMO. El punto 110x de acceso es uno de los puntos de acceso en la figura 1 y está equipado con múltiples (N_{ap}) antenas de 324a a 324ap. El terminal 120x de usuario está equipado con un única antena 352x, y el terminal 120y de usuario está equipado con múltiples (N_{ut}) antenas de 352a a 352ut.

Sobre el enlace descendente, en el punto 110x de acceso, un procesador 310 de datos de TX recibe datos de tráfico para uno o más terminales de usuario desde una fuente 308 de datos, datos de control desde un controlador 330, y posiblemente otros datos a partir de un planificador 334. Los diversos tipos de datos pueden enviarse sobre diferentes canales de transporte. El procesador 310 de datos de TX procesa (por ejemplo, codifica, intercala, y hace un agrupamiento funcional de símbolos) los diferentes tipos de datos basándose en uno o más esquemas de codificación y modulación para obtener N_{S} flujos de símbolos de datos. Como se usa en el presente documento, un "símbolo de datos" se refiere a un símbolo de modulación para datos, y un "símbolo de piloto" se refiere a un símbolo de modulación para piloto. Un procesador 320 espacial de TX recibe los N_{S} flujos de símbolos de datos a partir del procesador 310 de datos de TX, realiza un procesamiento espacial sobre los símbolos de datos con matrices F_{ap}(k), para k = 1 ... N_{F}, multiplexa en símbolos de piloto, y proporciona N_{ap} flujos de símbolos de transmisión para las N_{ap} antenas. Las matrices F_{ap}(k) se derivan según el modo de multiplexación espacial seleccionado para su uso. El procesamiento por el procesador 310 de datos de TX y el procesador 320 espacial de TX se describe a continuación.

Cada modulador (MOD) 322 recibe y procesa un flujo de símbolos de transmisión respectivo para obtener un flujo de símbolos de OFDM, y además acondiciona (por ejemplo, amplifica, filtra, y eleva por conversión la frecuencia) el flujo de símbolos de OFDM para generar una señal de enlace descendente. Los N_{ap} moduladores de 322a a 322ap proporcionan N_{ap} señales de enlace descendente para la transmisión desde antenas N_{ap} de 324a a 324ap, de forma respectiva, a los terminales de usuario.

En cada terminal 120 de usuario, una o múltiples antenas 352 reciben las N_{ap} señales de enlace descendente, y cada antena proporciona una señal recibida a un demodulador (DEMOD) 354 respectivo. Cada demodulador 354 realiza un procesamiento complementario al realizado por el modulador 322 y proporciona un flujo de símbolos recibidos. Para un terminal 120x de usuario de una única antena, un procesador 360x espacial de RX realiza una demodulación coherente del flujo de símbolos recibidos a partir de un único demodulador 354x y proporciona un flujo de símbolos de datos recuperados. Para un terminal 120y de usuario de múltiples antenas, el procesador 360y espacial de RX realiza un procesamiento espacial sobre N_{ut} flujos de símbolos recibidos a partir de los N_{ut} demoduladores 354 con matrices M_{ut}(k) de filtro espacial, para k = 1 ... N_{F}, y proporciona N_{ut} flujos de símbolos de datos recuperados. En cualquier caso, cada flujo de símbolos de datos recuperados {\hat{s}_{m}} es una estimación de un flujo de símbolos de datos {\hat{s}_{m}} transmitido por el punto 110x de acceso a ese terminal 120 de usuario. Un procesador 370 de datos de RX recibe y demultiplexa los símbolos de datos recuperados a los canales de transporte apropiados. Los símbolos de datos recuperados para cada canal de transporte se procesan entonces (por ejemplo, se desagrupan funcionalmente, se desintercalan, y se decodifican) para obtener datos decodificados para ese canal de transporte. Los datos decodificados para cada canal de transporte pueden incluir datos de tráfico, datos de control, etc., recuperados, que pueden proporcionarse a un sumidero 372 de datos para almacenamiento y/o un controlador 380 para el procesamiento adicional.

En cada terminal 120 de usuario, un estimador 378 de canal estima la respuesta de canal de enlace descendente y proporciona estimaciones de canal, que pueden incluir estimaciones de ganancia de canal, estimaciones de SNR, etc. El controlador 380 recibe las estimaciones de canal, deriva los vectores y/o coeficientes usados para el procesamiento espacial sobre las trayectorias de transmisión y de recepción, y determina una adecuada tasa de transmisión para cada flujo de símbolos de datos sobre el enlace descendente. Por ejemplo, el controlador 380y para el terminal 120y múltiples antenas de usuario puede derivar las matrices M_{ut}(k) de filtro espacial para el enlace descendente y las matrices F_{ut}(k) de vectores de orientación para el enlace ascendente basándose en la matrices de respuesta H_{dn}(k) de canal de enlace descendente, para k = 1 ... N_{F}. El controlador 380 puede también recibir el estatus de cada paquete/trama recibidos sobre el enlace descendente y ensamblar la información de realimentación para el punto 110x de acceso. La información de realimentación y los datos de enlace ascendente se procesan por un procesador 390 de datos de TX, se procesa espacialmente por un procesador 392 espacial de TX (si está presente en el terminal 120 de usuario), se multiplexa con símbolos de piloto, se acondiciona por uno o más moduladores 354, y se transmite a través de una o más antenas 352 al punto 110x de acceso.

En el punto 110x de acceso, las señales de enlace ascendente transmitidas se reciben por las antenas 324, se demodulan por los demoduladores 322, y se procesan por un procesador 340 espacial de RX y un procesador 342 de datos de RX de forma complementaria a la realizada en los terminales 120 de usuario. La información de realimentación recuperada se proporciona al controlador 330 y al planificador 334. El planificador 334 puede usar la información de realimentación para realizar un número de funciones tales como (1) planificación de un conjunto de terminales de usuario para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y el enlace ascendente y (2) la asignación de los recursos de enlace descendente y enlace ascendente disponibles a los terminales planificados.

Los controladores 330 y 380 controlan la operación de diversas unidades de procesamiento en el punto 110x de acceso y el terminal 120 de usuario, de forma respectiva. Por ejemplo, el controlador 380 puede determinar las más altas tasas de transmisión soportadas por los canales espaciales sobre el enlace descendente para el terminal 120 de usuario. El controlador 330 puede seleccionar la tasa de transmisión, tamaño de carga útil, y tamaño de símbolo de OFDM para cada canal espacial de cada terminal de usuario planificado.

El procesamiento en el punto 110x de acceso y en los terminales 120x y 120y de usuario para el enlace ascendente puede ser el mismo o diferente del procesamiento para el enlace descendente. Por motivos de claridad, el procesamiento para el enlace descendente se describe en detalle a continuación.

La figura 4 muestra un diagrama de bloques de un ejemplo del procesador 310 de datos de TX en el punto 110x de acceso. Para este ejemplo, el procesador 310 de datos de TX incluye un conjunto de codificador 412, el intercalador 414 de canal, y la unidad 416 de agrupamiento funcional de símbolos para cada uno de los N_{S} flujos de datos. Para cada flujo de datos {d_{m}}, donde m = ... N_{S}, un codificador 412 recibe y codifica el flujo de datos basándose en un esquema de codificación seleccionado para ese flujo y proporciona bits de código. El esquema de codificación puede incluir CRC, convolucional, Turbo, comprobación de paridad de baja densidad (LDPC), de bloque, y otra codificación, o una combinación de las mismas. Un intercalador 414 de canal intercala (es decir, reordena) los bits de código basándose en un esquema de intercalado. Una unidad 416 de agrupamiento funcional de símbolos agrupa funcionalmente los bits de intercalado basándose en un esquema de modulación seleccionado para ese flujo y proporciona un flujo de símbolos de datos {S_{m}}. La unidad 416 agrupa cada conjunto de B bits de intercalado para formar un valor binario de B bits, donde B \geq 1, y además agrupa funcionalmente cada valor binario de B bits con un símbolo de datos específico basándose en el esquema de modulación seleccionado (por ejemplo, QPSK, M-PSK, o M-QAM, donde M= 2^{B}). La codificación y la modulación para cada flujo de datos se realiza según los controles de codificación y modulación proporcionados por el controlador 330.

La figura 5 muestra un diagrama de bloques de un ejemplo del procesador 320 espacial de TX y los moduladores de 322a a 322ap en el punto 110x de acceso. Para esta realización, el procesador 320 espacial de TX incluye N_{S} demultiplexores (Demux) de 510a a 510s, N_{F} procesadores de 520a a 520f espaciales de subbanda de TX, y N_{ap} multiplexores (Mux) de 530a a 530ap. Cada demultiplexor 510 recibe un flujo de símbolos de datos respectivo {S_{m}} a partir del procesador 320 espacial de TX, demultiplexa el flujo en N_{F} subflujos de símbolos de datos para las N_{F} subbandas, y proporciona los N_{F} subflujos a los N_{F} procesadores de 520a a 520f espaciales. Cada procesador 520 espacial recibe N_{S} subflujos de símbolos de datos para su subbanda a partir de N_{S} demultiplexores de 510a a 510s, realiza procesamiento espacial de transmisor sobre estos subflujos, y proporciona N_{ap} subflujos de símbolos de transmisión para las N_{ap} antenas de punto de acceso. Cada procesador 520 espacial multiplica un vector de datos s_{dn}(k) con una matriz F_{ap}(k) para obtener un vector de transmisión x_{dn}(k). La matriz F_{ap}(k) es igual a (1) una matriz V_{dn}(k) de vectores propios derechos de H_{dn}(k) para el modo orientado de un único usuario, (2) la matriz F_{mu}(k) para el modo orientado multiusuario, o (3) la matriz identidad I para el modo no orientado de un único usuario.

Cada multiplexor 530 recibe N_{F} subflujos de símbolos de transmisión para su antena de transmisión desde N_{F} procesadores de 520a a 520f espaciales, multiplexa estos subflujos y símbolos de piloto, y proporciona un flujo de símbolos de transmisión {x_{j}} para su antena de transmisión. Los símbolos de piloto pueden multiplexarse en frecuencia (es decir, sobre algunas subbandas), en tiempo (es decir, en algunos periodos de símbolos), y/o en el espacio de códigos (es decir, con un código ortogonal). Los N_{ap} multiplexores de 530a a 530ap proporcionan N_{ap} flujos de símbolos de transmisión {x_{j}}, para j = 1 ... N_{ap}, para N_{ap} antenas de 324a a 324ap.

Para el ejemplo mostrado en la figura 5, cada modulador 322 incluye una unidad 542 de transformada de Fourier rápida inversa (IFFT), un generador 544 de prefijo cíclico, y una unidad 546 de RF de TX. La unidad 542 de IFFT y el generador 544 de prefijo cíclico forman un modulador de OFDM. Cada modulador 322 recibe un flujo de símbolos de transmisión respectivo {x_{j}} desde el procesador 320 espacial de TX y agrupa cada conjunto de N_{F} símbolos de transmisión para las N_{F} subbandas. La unidad 542 de IFFY transforma cada conjunto de N_{F} símbolos de transmisión al dominio del tiempo usando una transformada de Fourier rápida inversa de N_{F} puntos y proporciona un símbolo transformado correspondiente que contiene N_{F} fragmentos de código. El generador 544 de prefijo cíclico repite una parte de cada símbolo transformado para obtener un símbolo de OFDM correspondiente que contiene N_{F} + N_{cp} fragmentos de código. La parte repetida (es decir, el prefijo cíclico) garantiza que el símbolo de OFDM conserva su propiedades ortogonales en presencia de ensanchamiento de retardo multitrayectoria producido por desvanecimiento selectivo de frecuencia. La unidad 546 de RF de TX recibe y acondiciona el flujo de símbolos de OFDM del generador 544 para generar una señal modulada de enlace descendente. N_{ap} señales moduladas de enlace descendente se transmiten desde N_{ap} antenas de 324a a 324ap, de forma respectiva.

La figura 6 muestra un diagrama de bloques de un ejemplo de los demoduladores de 354a a 354ut y el procesador 360y espacial de RX para el terminal 120y de usuario de múltiples antenas. En el terminal 120y de usuario, N_{ut} antenas de 352a a 352ut reciben las N_{ap} señales moduladas transmitidas por el punto 110x de acceso y proporcionan N_{ut} señales recibidas a los N_{ut} demoduladores de 354a a 354ut, de forma respectiva. Cada demodulador 354 incluye una unidad 612 de RF de RX, una unidad 614 de eliminación de prefijo cíclico, y una unidad 616 de transformada de Fourier rápida (FFI). Las unidades 614 y 616 forman un demodulador de OFDM. Dentro de cada demodulador 354, la unidad 612 de RF de RX recibe, acondiciona, y digitaliza una señal recibida respectiva y proporciona un flujo de fragmentos de código. La unidad 614 de eliminación de prefijo cíclico elimina el prefijo cíclico en cada símbolo de OFDM recibido para obtener un símbolo transformado recibido. La unidad 616 de FFT transforma entonces cada símbolo transformado recibido al dominio de la frecuencia con una transformada de Fourier rápida de N_{F} puntos para obtener N_{F} símbolos recibidos para las N_{F} subbandas. La unidad 616 de FFT proporciona un flujo de símbolos recibidos al procesador 360y espacial de RX y símbolos de piloto recibidos al estimador 378y de canal.

Para el ejemplo mostrado en la figura 6, el procesador 360y espacial de RX incluye N_{ut} demultiplexores de 630a a 630ut para las N_{ut} antenas en el terminal 120y de usuario, N_{F} procesadores de 640a a 640f espaciales de subbanda de RX y N_{F} unidades de 642a a 642f de ajuste a escala para las N_{F} subbandas, y N_{S} multiplexores de 650a a 650s para los N_{S} flujos de datos. El procesador 360y espacial de RX obtiene N_{ut} flujos de símbolos recibidos {r_{i}}, para i = 1 ... N_{ut}, a partir de los demoduladores de 354a a 354ut. Cada demultiplexor 630 recibe un flujo de símbolos recibidos respectivo {r_{i}}, demultiplexa el flujo en N_{F} subflujos de símbolos recibidos para las N_{F} subbandas, y proporciona los N_{F} subflujos a N_{F} procesadores de 640a a 640f espaciales. Cada procesador 640 espacial obtiene N_{ut} subflujos de símbolos recibidos para su subbanda a partir de N_{ut} demultiplexores de 630a a 630ut, realiza un procesamiento espacial del receptor sobre estos subflujos, y proporciona N_{S} subflujos de símbolos detectados para su subbanda. Cada procesador 640 espacial multiplica un vector recibido r_{dn}(k) con una matriz M_{ut}(k) para obtener un vector de símbolos detectados \tilde{s}_{dn}(k). La matriz M_{ut}(k) es igual a (1) una matriz U^{H}_{dn}(k) de vectores propios izquierdos de H_{dn}(k) para el modo orientado de un único usuario o (2) la matriz M_{ccmi}(k), M_{mmse}(k), o algún otro matriz para el modo no orientado de un único usuario.

Cada unidad 642 de ajuste a escala recibe N_{S} subflujos de símbolos detectados para su subbanda, ajusta a escala estos subflujos, y proporciona N_{S} subflujos de símbolos de datos recuperados para su subbanda. Cada unidad 642 de ajuste a escala realiza la ajuste a escala de la señal del vector de símbolos detectados \tilde{s}_{dn}(k) con una matriz diagonal D^{-1}_{ut}(k) y proporciona el vector de símbolos de datos recuperado \hat{s}_{dn}(k). Cada multiplexor 650 recibe y multiplexa N_{F} subflujos de símbolos de datos recuperados para su flujo de datos a partir de N_{F} unidades de 642a a 642f de ajuste a escala y proporciona un flujo de símbolos de datos recuperados. N_{S} multiplexores de 650a a 650s proporcionan N_{S} flujos de símbolos de datos recuperados {\hat{s}_{m}}, para m = ... N_{S}.

La figura 7 muestra un diagrama de bloques de un ejemplo del procesador 370y de datos de RX en el terminal 120y de usuario. El procesador 370y de datos de RX incluye un conjunto de la unidad 712 de desagrupamiento funcional de símbolos, el canal 714 desintercalador, y el decodificador 716 para cada uno de los N_{S} flujos de datos. Para cada flujo de símbolos de datos recuperados {\hat{s}_{m}}, donde m = 1 ... N_{S}, una unidad 712 de desagrupamiento funcional de símbolos demodula los símbolos de datos recuperados según el esquema de modulación usado para ese flujo y proporciona datos demodulados. Un canal 714 desintercalador desintercala los datos demodulados de forma complementaria al intercalado realizado sobre ese flujo por el punto 110x de acceso. Un decodificador 716 decodifica entonces los datos desintercalados de forma complementaria a la codificación realizada por el punto 110x de acceso sobre ese flujo. Por ejemplo, un decodificador Turbo o un decodificador Viterbi pueden usarse para el decodificador 716 si se realiza, de forma respectiva, codificación Turbo o convolucional, en el punto 110x de acceso. El decodificador 716 proporciona un paquete decodificado para cada paquete de datos recibido. El decodificador 716 además comprueba cada paquete decodificado para determinar si el paquete se ha decodificado correctamente o con error y proporciona el estatus del paquete decodificado. La demodulación y la decodificación para cada flujo de símbolos de datos recuperados se realiza según controles de demodulación y decodificación proporcionados por el controlador 380y.

La figura 8 muestra un diagrama de bloques de un procesador 360z espacial de RX y un procesador 370z de datos de RX, que implementan la técnica de SIC. El procesador 360z espacial de RX y el procesador 370z de datos de RX implementan N_{S} sucesivas (es decir, en cascada) fases de procesamiento de receptor para N_{S} flujos de símbolos de datos. Cada una de las fases 1 a N_{S}^{-1} incluye un procesador 810 espacial, un cancelador 820 de interferencias, un procesador 830 de flujos de datos de RX, y un procesador 840 de flujos de datos de TX. La última fase incluye sólo un procesador 810s espacial y un procesador 830s de flujos de datos de RX. Cada procesador 830 de flujos de datos de RX incluye una unidad 712 de desagrupamiento funcional de símbolos, un canal 714 desintercalador, y un decodificador 716, según se muestra en la figura 7. Cada procesador 840 de flujos de datos de TX incluye un codificador 412, un intercalador 414 de canal, y una unidad 416 de agrupamiento funcional de símbolos, según se muestra en la figura 4.

Para la fase 1, el procesador 810a espacial realiza un procesamiento espacial del receptor sobre los N_{ut} flujos de símbolos recibidos y proporciona un flujo de símbolos de datos recuperados {\hat{s}_{j\ell}}, donde el subíndice j_{1} indica la antena de punto de acceso usada para transmitir el flujo de símbolos de datos {s_{j\ell}}. El procesador 830a de flujos de datos de RX demodula, desintercala, y decodifica el flujo de símbolos de datos recuperados {\hat{s}_{j\ell}} y proporciona un flujo de datos decodificado correspondiente {\hat{d}_{j\ell}}. El procesador 840a de flujos de datos de TX codifica, intercala, y modula el flujo de datos decodificado {\hat{d}_{j\ell}} de la misma forma realizada por el punto 110x de acceso para ese flujo y proporciona un flujo de símbolos remodulado {\check{s}_{j\ell}}. El cancelador 820a de interferencias realiza un procesamiento espacial sobre el flujo de símbolos remodulado {\check{s}_{j\ell}} de la misma forma (si hay alguna) realizada por el punto 110x de acceso y procesa además el resultado con la matriz de respuesta de canal H_{dn}(k) para obtener N_{ut} componentes de interferencia debida al flujo de símbolos de datos {s_{j\ell}}. Los 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 fase 2.

Cada una de las fases de 2 a N_{S}^{-1} realiza el mismo procesamiento que la fase 1, aunque sobre los N_{ut} flujos de símbolos modificados a partir de la fase anterior en lugar de sobre los N_{ut} flujos de símbolos recibidos. La última fase realiza un procesamiento espacial y una decodificación sobre los N_{ut} flujos de símbolos modificados a partir de la fase N_{S}^{-1} y no realiza estimación y cancelación de interferencias.

Los procesadores de 810a a 810s espaciales pueden cada uno implementar el CCMI, el MMSE, o alguna otra técnica de procesamiento de receptor. Cada procesador 810 espacial multiplica un vector de símbolos de entrada r^{\ell}_{dn}(k) (recibido o modificado) con una matriz M^{\ell}_{ut}(k) para obtener un vector de símbolos detectados \tilde{s}^{\ell}_{dn}(k), selecciona y ajusta a escala uno de los flujos de símbolos detectados, y proporciona el flujo de símbolos ajustado a escala como el flujo de símbolos de datos recuperados para esa fase. La matriz M^{\ell}_{u}(k) se deriva basándose en una matriz de respuesta de canal reducido H^{\ell}_{dn}(k) para la fase.

Las unidades de procesamiento en el punto 110x de acceso y el terminal 120y de usuario para el enlace ascendente pueden implementarse según se describió anteriormente para el enlace descendente. El procesador 390y de datos de TX y el procesador 392y espacial de TX pueden implementarse con el procesador 310 de datos de TX en la figura 4 y el procesador 320 espacial de TX en la figura 5, de forma respectiva. El procesador 340 espacial de RX puede implementarse con procesador 360y o 360z espacial de RX, y el procesador 342 de datos de RX puede implementarse con el procesador 370y o 370z de datos.

Para un terminal 120x de usuario de una única antena, el procesador 360x espacial de RX realiza una demodulación coherente de un flujo de símbolos recibidos con estimaciones de canal para obtener un flujo de símbolos de datos recuperados.

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A. La estimación de canal

La respuesta de canal del enlace descendente y del enlace ascendente puede estimarse de diversas formas tales como con un piloto de MIMO o un piloto orientado. Para un sistema MIMO de TDD, pueden usarse determinadas técnicas para simplificar la estimación de canal.

Para el enlace descendente, el punto 110x de acceso puede transmitir un piloto de MIMO a los terminales 120 de usuario. El piloto de MIMO comprende N_{ap} transmisiones de piloto desde N_{ap} antenas de punto de acceso, con la transmisión de piloto desde cada antena estando "cubierta" con una secuencia ortogonal diferente (por ejemplo, una secuencia de Walsh). La cobertura es un proceso por el que un símbolo de modulación dado (o un conjunto de L símbolos de modulación con el mismo valor) que van a transmitirse se multiplica por todos los L fragmentos de código de una secuencia ortogonal de L fragmentos de código para obtener L símbolos cubiertos, que se transmiten entonces. La cobertura consigue ortogonalidad entre las N_{ap} transmisiones de piloto enviadas desde las N_{ap} antenas de punto de acceso y permite a los terminales de usuario distinguir la transmisión de piloto desde cada antena.

En cada terminal 120 de usuario, el estimador 378 de canal "elimina la cobertura" de los símbolos de piloto recibidos para cada antena i de terminal de usuario con las mismas N_{ap} secuencias ortogonales usadas por el punto 110x de acceso para las N_{ap} antenas para obtener estimaciones de la ganancia de canal compleja entre la antena i de terminal de usuario y cada uno de las N_{ap} antenas de punto de acceso. La eliminación de la cobertura es complementaria a la cobertura y es un proceso por el que símbolos (de piloto) recibidos se multiplican por los L fragmentos de código de la secuencia ortogonal de L fragmentos de código para obtener L símbolos recuperados, que se acumulan entonces para obtener una estimación del símbolo (de piloto) transmitido. El estimador 378 de canal realiza el mismo procesamiento de piloto para cada subbanda usado para la transmisión de piloto. Si los símbolos de piloto se transmiten sobre sólo un subconjunto de las N_{F} subbandas, entonces el estimador 378 de canal puede realizar una interpolación sobre las estimaciones de respuesta de canal para las subbandas con transmisión de piloto para obtener estimaciones de respuesta de canal para las subbandas sin transmisión de piloto. Para un terminal 120x de usuario de una única antena, el estimador 378x de canal proporciona vectores de respuesta de canal de enlace descendente estimados \hat{h}_{dn}(k), para k = 1 ... N_{F}, para la única antena 352. Para el terminal 120y de usuario de múltiples antenas, el estimador 378y de canal realiza el mismo procesamiento de piloto para todas las N_{ut} antenas de 352a a 352ut y proporciona matrices de respuesta de canal de enlace descendente estimadas \hat{H}_{n}(k), para k = 1 ... N_{F}. Cada terminal 120 de usuario puede estimar también la varianza del ruido para el enlace descendente basándose en los símbolos de piloto recibidos y proporciona la estimación de ruido de enlace descendente \hat{\sigma}^{2}_{dn}.

Para el enlace ascendente, el terminal 120y de usuario de múltiples antenas puede transmitir un piloto de MIMO que puede usarse por el punto 110x de acceso para estimar la respuesta \hat{H}_{up}(k) de canal de enlace ascendente para el terminal 120y de usuario. Un terminal 120x de usuario de una única antena puede transmitir un piloto desde su única antena. Múltiples terminales 120 de usuario de una única antena pueden transmitir pilotos ortogonales de forma simultánea sobre el enlace ascendente, en el que la ortogonalidad puede conseguirse en tiempo y/o en frecuencia. La ortogonalidad en tiempo puede obtenerse haciendo que cada terminal de usuario cubra su piloto de enlace ascendente con una secuencia ortogonal diferente asignada al terminal de usuario. La ortogonalidad en frecuencia puede obtenerse haciendo que cada terminal de usuario transmita su piloto de enlace ascendente sobre un conjunto de subbandas diferente. Las transmisiones de piloto de enlace ascendente simultáneas desde múltiples terminales de usuario deben estar alineadas aproximadamente en el tiempo en el punto 120x de acceso (por ejemplo, alineados en el tiempo con el prefijo cíclico).

Para un sistema MIMO de TDD, habitualmente existe un alto grado de correlación entre las respuestas de canales para el enlace descendente y el enlace ascendente puesto que estos enlaces comparten la misma banda de frecuencia. Sin embargo, las respuestas de las cadenas de transmisión/recepción en el punto de acceso no son normalmente las mismas que las respuestas de las cadenas de transmisión/recepción en el terminal de usuario. Si las diferencias se determinan y se tienen en cuenta a través de calibración, entonces las respuestas de canal enlace descendente y de enlace ascendente globales pueden suponerse como que son recíprocas (es decir, traspuestas) entre sí.

La figura 9 muestra las cadenas de transmisión/recepción en el punto 110x de acceso y el terminal 120y de usuario. En el punto 110x de acceso, la trayectoria de transmisión se modela por una matriz T_{ap}(k) N_{ap} \times N_{ap} y la trayectoria de recepción se modela por una matriz R_{ap}(k) N_{ap} \times N_{ap}. En el terminal 120y de usuario, la trayectoria de recepción se modela por una matriz R_{ut}(k) N_{ut} \times N_{ut} y la trayectoria de transmisión se modela por una matriz T_{ut}(k) N_{ut} \times N_{ut}. El vector de símbolos recibidos para el enlace descendente y el enlace ascendente para cada subbanda puede expresarse como:

36

donde "T" indica la traspuesta. La ecuación (34) supone que el enlace descendente y el enlace ascendente son traspuestos el uno del otro. Las respuestas de canal de enlace descendente y de enlace ascendente "eficaces", H_{edn}(k) y H_{eup}(k), para cada subbanda incluyen las respuestas de las cadenas de transmisión y de recepción y puede expresarse como:

37

Las respuestas de canal de enlace descendente y de enlace ascendente eficaces no son recíprocas entre sí (es decir, H_{edn}(k) \neq H^{T}_{eup}(k)) si las respuestas de las cadenas de transmisión/recepción de enlace descendente y de enlace ascendente no son iguales entre sí.

El punto 110x de acceso y el terminal 120y de usuario pueden realizar una calibración para obtener matrices de corrección K_{ap}(k) y K_{ut}(k) para cada subbanda, que pueden expresarse como:

38

Las matrices de corrección pueden obtenerse transmitiendo pilotos de MIMO, tanto sobre el enlace descendente como el enlace ascendente, y obtenerse las matrices de corrección usando un criterio de MMSE o alguna otra técnica. Las matrices K_{ap}(k) y K_{ut}(k) de corrección se aplican en el punto 110x de acceso y el terminal 120y de usuario, de forma respectiva, según se muestra en la figura 9. Las respuestas de canal enlace descendente y de enlace ascendente "calibradas", H_{cdn}(k) y H_{cup}(k), son entonces recíprocas entre sí y pueden expresarse como:

39

La descomposición de valores singulares de las matrices de respuesta de canal de enlace ascendente y de enlace descendente calibradas, H_{cup}(k) y H_{cdn}(k), para cada subbandas, pueden expresarse como:

40

Según se muestra en el conjunto de ecuaciones (38), las matrices V*_{ut}(k) y U*_{ap}(k) de vectores propios izquierdos y derechos de H_{cdn}(k) son la conjugada compleja de las matrices V_{ut}(k) y U_{ap}(k) de los vectores propios derechos e izquierdos de H_{cup}(k). La matriz U_{ap}(k) puede usarse por el punto 110x de acceso, tanto para la transmisión como para la recepción de procesamiento espacial. La matriz V_{ut}(k) puede usarse por el terminal 120y de usuario, tanto para la transmisión como para la recepción de procesamiento espacial.

Debido a la naturaleza recíproca del canal de MIMO para el sistema MIMO de TDD, y después de que se ha realizado la calibración para tener en cuenta las diferencias en las cadenas de transmisión/recepción, sólo es necesario que se realice la descomposición de valores singulares por el terminal 120y de usuario o el punto 110x de acceso. Si se realiza por el terminal 120y de usuario, entonces las matrices V_{ut}(k), para k = 1 ... N_{F}, se usan para el procesamiento espacial en el terminal de usuario y la matriz U_{ap}(k), para k = 1 ... N_{F}, puede proporcionarse al punto de acceso de forma directa (por ejemplo, enviando entradas de las matrices U_{ap}(k)) o de forma indirecta (por ejemplo, a través de un piloto orientado). En la actualidad, el terminal 120y de usuario puede obtener sólo \hat{H}_{cdn}(k), que es una estimación de H_{cdn}(k), y puede sólo derivar \hat{V}_{ut}(k), \hat{\Sigma}(k) y \hat{U}_{ap}(k), que son estimaciones de V_{ut}(k), \Sigma(k) y U_{ap}(k), de forma respectiva. Por motivos de simplicidad, la descripción en el presente documento supone una estimación de canal sin errores.

Un piloto de enlace ascendente orientado enviado por el terminal 120y de usuario puede expresarse como:

41

donde v_{up,m}(k) es la columna m-ésima de V_{ut}(k) y p(k) es el símbolo de piloto. El piloto de enlace ascendente orientado recibido en el punto 110x de acceso puede expresarse como:

42

La ecuación (40) indica que el punto 110x de acceso puede obtener la matriz U_{ap}(k), un vector cada vez, basándose en el piloto de enlace ascendente orientado a partir del terminal 120y de usuario.

Puede también realizarse un proceso complementario, por el que el terminal 120y de usuario transmite un piloto de MIMO sobre el enlace ascendente, y el punto 110x de acceso realiza la descomposición de valores singulares y transmite un piloto orientado sobre el enlace descendente. La estimación de canal para el enlace descendente y el enlace ascendente puede realizarse también de otras formas.

En cada terminal 120 de usuario, el estimador 378 de canal puede estimar la respuesta de canal de enlace descendente (por ejemplo, basándose en un piloto de MIMO o un piloto orientado enviado por el punto 110x de acceso) y proporcionar unas estimaciones de canal de enlace descendente al controlador 380. Para un terminal 120x de usuario de una única antena, el controlador 380x puede derivar las ganancias de canal complejas usadas para la demodulación coherente. Para un terminal 120y de usuario de múltiples antenas, el controlador 380y puede derivar la matriz M_{ut}(k) usada para recibir el procesamiento espacial y la matriz F_{ut}(k) usada para la transmisión del procesamiento espacial basándose en las estimaciones de canal de enlace descendente. En el punto 110x de acceso, el estimador 328 de canal puede estimar la respuesta de canal de enlace ascendente (por ejemplo, basándose en un piloto orientado o un piloto de MIMO enviado por el terminal 120 de usuario) y proporcionar estimaciones de canal de enlace ascendente al controlador 380. El controlador 380 puede derivar la matriz F_{ap}(k) usada para la transmisión del procesamiento espacial y la matriz M_{ap}(k) usada para recibir el procesamiento espacial basándose en las estimaciones de canal de enlace ascendente.

La figura 9 muestra el procesamiento espacial en el punto 110x de acceso y el terminal 120y de usuario para el enlace descendente y el enlace ascendente para una subbanda k. Para el enlace descendente, dentro del procesador 320 espacial de TX en el punto 110x de acceso, el vector de datos s_{dn}(k) se multiplica en primer lugar por la matriz F_{ap}(k) mediante una unidad 910 y además se multiplica por la matriz de corrección K_{ap}(k) mediante una unidad 912 para obtener el vector x_{dn}(k) de transmisión. El vector x_{dn}(k) se procesa por una cadena 914 de transmisión dentro de los moduladores 322 y se transmite sobre el canal de MIMO al terminal 120y de usuario. Las unidades 910 y 912 realizan la transmisión del procesamiento espacial para el enlace descendente y pueden implementarse dentro del procesador 520 espacial de subbanda de TX en la figura 5.

En el terminal 120y de usuario, las señales de enlace descendente se procesan por una cadena 954 de recepción dentro de los demoduladores 354 para obtener el vector r_{dn}(k) de recepción. Dentro del procesador 360y espacial de RX, el vector r_{dn}(k) de recepción se multiplica en primer lugar por la matriz M_{ut}(k) mediante una unidad 956 y además se ajusta a escala con la matriz diagonal inversa D^{-1}_{ut}(k) mediante una unidad 958 para obtener el vector \hat{s}_{dn}(k), que es una estimación del vector de datos s_{dn}(k). Las unidades 956 y 958 realizan el procesamiento espacial de recepción para el enlace descendente y pueden implementarse dentro del procesador 640 espacial de subbanda de TX en la figura 6.

Para el enlace ascendente, dentro del procesador 392y espacial de TX en el terminal 120y de usuario, el vector de datos s_{up}(k) se multiplica en primer lugar por la matriz F_{ut}(k) mediante una unidad 960 y además se multiplica por la matriz de corrección K_{ut}(k) mediante una unidad 962 para obtener el vector de transmisión x_{up}(k). El vector x_{up}(k) se procesa por una cadena 964 de transmisión dentro de moduladores 354 y se transmite sobre el canal de MIMO al punto 110x de acceso. Las unidades 960 y 962 realizan la transmisión del procesamiento espacial para el enlace ascendente.

En el punto 110x de acceso, las señales de enlace ascendente se procesan por una cadena 924de recepción dentro de los demoduladores 322 para obtener el vector de recepción r_{up}(k). Dentro del procesador 340 espacial de RX, el vector de recepción r_{up}(k) se multiplica en primer lugar por la matriz M_{ap}(k) mediante una unidad 926 y además se ajusta a escala con la matriz diagonal inversa D^{-1}_{ap}(k) mediante una unidad 928 para obtener el vector \hat{s}_{up}(k), que es una estimación del vector de datos s_{up}(k). Las unidades 926 y 928 realizan el procesamiento espacial de recepción para el enlace ascendente.

B. Procesamiento espacial para Sistema MIMO de TDD

La tabla 3 resume la transmisión de piloto y el procesamiento espacial ejemplares realizados por el punto de acceso y los terminales de usuario para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y el enlace ascendente para diversos modos de multiplexación espacial en el sistema MIMO de TDD. Para el modo orientado de un único usuario, el punto de acceso transmite un piloto de MIMO para permitir que el terminal de usuario estime la respuesta de canal de enlace descendente. El terminal de usuario transmite un piloto orientado para permitir que el punto de acceso estime la respuesta de canal de enlace ascendente. El punto de acceso realiza la transmisión y la recepción de procesamiento espacial con U_{ap}(k). El terminal de usuario realiza la transmisión y la recepción de procesamiento espacial con V_{ut}(k).

Para el modo no orientado de un único usuario, para la transmisión de datos de enlace descendente, el punto de acceso transmite un piloto de MIMO desde todas las antenas y un flujo de símbolos de datos a partir de cada antena. El terminal de usuario estima la respuesta de canal de enlace descendente con el piloto de MIMO y realiza un procesamiento espacial del receptor usando las estimaciones de canal de enlace descendente. El procesamiento complementario se produce para la transmisión de datos de enlace ascendente.

TABLA 3

43

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Para el modo orientado multiusuario, para la transmisión de datos de enlace descendente a terminales de usuario de una única antena y/o múltiples antenas, los terminales de usuario transmiten pilotos ortogonales sobre el enlace ascendente para permitir que el punto de acceso estime la respuesta de canal de enlace descendente. Un terminal de usuario de una única antena transmite un piloto no orientado, y un terminal de usuario de múltiples antenas transmite un piloto orientado. El punto de acceso deriva vectores de orientación de enlace descendente basándose en los pilotos de enlace ascendente ortogonales, y usa los vectores de orientación para transmitir pilotos orientados y flujos de símbolos de datos orientados a los terminales de usuario seleccionados. Cada terminal de usuario usa el piloto orientado para recibir el flujo de símbolos de datos orientado enviado al terminal de usuario. Para la transmisión de datos de enlace ascendente a partir de terminales de usuario de múltiples antenas, el punto de acceso transmite un piloto de MIMO. Cada terminal de usuario de múltiples antenas transmite un piloto orientado y un flujo de símbolos de datos orientado sobre el enlace ascendente. El punto de acceso realiza un procesamiento espacial del receptor (por ejemplo, CCMI, MMSE, etc.) para recuperar los flujos de símbolos de datos.

Para el modo no orientado multiusuario, para la transmisión de datos de enlace descendente a los terminales de usuario de múltiples antenas, el punto de acceso transmite un piloto de MIMO sobre el enlace descendente. Cada terminal de usuario determina y envía de vuelta la tasa de transmisión que puede recibir desde cada antena de punto de acceso. El punto de acceso selecciona un conjunto de terminales de usuario y transmite flujos de símbolos de datos para los terminales de usuario seleccionados a partir de las antenas de punto de acceso. Cada terminal de usuario de múltiples antenas realiza un procesamiento espacial del receptor (por ejemplo, CCMI, MMSE, etc.) para recuperar su flujo de símbolos de datos. Para la transmisión de datos de enlace ascendente a partir de los terminales de usuario de una única antena y/o múltiples antenas, los terminales de usuario transmiten pilotos (no orientados) ortogonales sobre el enlace ascendente. El punto de acceso estima la respuesta de canal de enlace ascendente basándose en los pilotos de enlace ascendente y selecciona un conjunto de terminales de usuario compatibles. Cada terminal de usuario seleccionado transmite un flujo de símbolos de datos a partir de una antena de terminal de usuario. El punto de acceso realiza un procesamiento espacial del receptor (por ejemplo, CCMI, MMSE, etc.) para recuperar los flujos de símbolos de datos.

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C. Selección de la tasa de transmisión

Cada flujo de datos para el enlace descendente y el enlace ascendente se transmite sobre un canal espacial de banda ancha m usando uno de los modos de multiplexación espacial. Cada flujo de datos se transmite también a una tasa de transmisión que se selecciona de modo que puede conseguirse para ese flujo el nivel objetivo de comportamiento (por ejemplo, tasa de transmisión de error de paquetes (PER) del 1 por ciento). La tasa de transmisión para cada flujo de datos puede determinarse basándose en la SNR conseguida en el receptor para ese flujo (es decir, la SNR recibida), dependiendo la SNR del procesamiento espacial realizado en el transmisor y el receptor, según se ha descrito anteriormente.

En un esquema de selección de la tasa de transmisión ejemplar, se obtiene en primer lugar la determinación de la tasa de transmisión para el canal espacial de banda ancha m, una estimación SNR, \gamma_{m}(k), (por ejemplo, en unidades de dB) para cada subbanda k del canal espacial de banda ancha, según se ha descrito anteriormente. Una SNR promedio, \gamma_{prom}, se calcula entonces para el canal espacial de banda ancha m, según sigue:

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La varianza de las estimaciones SNR, \sigma^{2}_{\gamma m}, también se calcula como sigue:

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Un factor de reducción de SNR, \gamma_{bo,m}, se determina basándose en una función F(\gamma_{prom,m}, \sigma^{2}_{\gamma m}) de la SNR promedio y la varianza de SNR. Por ejemplo, puede usarse la función 103 donde K_{b} es un factor de ajuste a escala que puede seleccionarse basándose en uno o más características del sistema MIMO tal como el entrelazado, el tamaño de paquete y/o el esquema de codificación usado para el flujo de datos. El factor de reducción de SNR tiene en cuenta la variación en las SNR a través del canal espacial de banda ancha. Una SNR operativa, \gamma_{op,m}, para canal espacial de banda ancha m se calcula a continuación, según sigue:

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La tasa de transmisión para el flujo de datos se determina entonces basándose en la SNR operativa. Por ejemplo, una tabla de consulta (LUT) puede almacenar un conjunto de tasas de transmisión soportadas por el sistema MIMO y sus SNR requeridas. La SNR requerida para cada tasa de transmisión puede determinarse mediante simulación por ordenador, medición empírica, etc., y basándose en una suposición de un canal AWGN. La tasa de transmisión más alta en la tabla de consulta con una SNR requerida que sea igual o inferior a la SNR operativa se selecciona como la tasa de transmisión para el flujo de datos enviado sobre canal espacial de banda ancha m.

También pueden usarse otros diversos esquemas de selección de la tasa de transmisión.

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D. Control de la tasa de transmisión de bucle cerrado

Puede usarse un control de la tasa de transmisión de bucle cerrado para cada uno de los flujos de datos transmitidos sobre múltiples canales espaciales de banda ancha. El control de la tasa de transmisión de bucle cerrado puede conseguirse con uno o múltiples bucles.

La figura 10 muestra un diagrama de bloques de un ejemplo de un mecanismo 1000 de control de tasa de transmisión de bucle cerrado, que comprende un bucle 1010 interior que opera junto con un bucle 1020 exterior. El bucle 1010 interior estima las condiciones del canal y determina la tasa de transmisión soportada por cada canal espacial de banda ancha. El bucle 1020 exterior estima la calidad de la transmisión de datos recibida sobre cada canal espacial de banda ancha y ajusta el funcionamiento del bucle interior de manera correspondiente. Por motivos de simplicidad, el funcionamiento de los bucles 1010 y 1020 para un canal espacial de banda ancha de enlace descendente m se muestra en la figura 10 y se describe a continuación.

Para el bucle 1010 interior, el estimador 378 de canal en el terminal 120 de usuario estima el canal espacial de banda ancha m y proporciona estimaciones de canal (por ejemplo, estimaciones de ganancia de canal y estimación de varianza de ruido). Un selector 1030 de tasa de transmisión dentro del controlador 380 determina la tasa de transmisión soportada por el canal espacial de banda ancha m basándose en (1) las estimaciones de canal a partir del estimador 378 de canal, (2) un factor de reducción de SNR y/o un ajuste de la tasa de transmisión para el canal espacial de banda ancha m a partir de un estimador 1032 de calidad, y (3) una tabla 1036 de consulta (LUT) de tasas de transmisión soportadas por el sistema MIMO y sus SNR requeridas. La tasa de transmisión soportada para el canal espacial de banda ancha m se envía, por el controlador 380, al punto 110 de acceso. En el punto 110 de acceso, el controlador 330 recibe la tasa de transmisión soportada para el canal espacial de banda ancha m, y determina la tasa de transmisión de datos, la codificación, y los controles de modulación para el flujo de datos que van a enviarse sobre este canal espacial. El flujo de datos se procesa entonces según estos controles por el procesador 310 de datos de TX, se procesa espacialmente y se multiplexa con símbolos de piloto por el procesador 320 espacial de TX, se acondiciona por los moduladores 322, y se transmite al terminal 120 de usuario.

El bucle 1020 exterior estima la calidad del flujo de datos decodificado recibido sobre el canal espacial de banda ancha m y ajusta el funcionamiento del bucle 1010 interior. Los símbolos recibidos para el canal espacial de banda ancha m se procesan espacialmente por el procesador 360 espacial de RX y se procesan adicionalmente por el procesador 370 de datos de RX. El procesador 370 de datos de RX proporciona el estatus de cada paquete recibido sobre el canal espacial de banda ancha m y/o las métricas de decodificador al estimador 1032 de calidad. El bucle 1020 exterior puede proporcionar diferentes tipos de información (por ejemplo, el factor de reducción de SNR, un ajuste de la tasa de transmisión, etc.) usada para controlar el funcionamiento del bucle 1010 interior.

El control de la tasa de transmisión de bucle cerrado descrito anteriormente puede, por tanto, realizarse de manera independiente para cada canal espacial de banda ancha de enlace descendente y de enlace ascendente, lo que puede corresponder a (1) un modo propio de banda ancha, para el modo orientado de un único usuario, o (2) una antena de transmisión, para los modos no orientados de un único usuario y multiusuario.

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E. Planificación de terminales de usuario

La figura 11 muestra un diagrama de bloques de un ejemplo del controlador 330 y del planificador 334, para planificar terminales de usuario para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y el enlace ascendente. Dentro del controlador 330, un procesador 1110 de peticiones recibe peticiones de acceso transmitidas por el terminal 120 de usuario sobre el RACH y, posiblemente, peticiones de acceso desde otras fuentes. Estas peticiones de acceso son para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y/o el enlace ascendente. El procesador 1110 de peticiones procesa las peticiones de acceso recibidas y proporciona las identidades (ID) y el estatus de todos los terminales de usuario solicitantes. El estatus para un terminal de usuario puede indicar el número de antenas disponible en el terminal, si el terminal está calibrado, etc.

Un selector 1120 de tasa de transmisión recibe estimaciones de canal a partir del estimador 328 de canal y determina las tasas de transmisión soportadas por los canales espaciales de banda ancha de enlace descendente y/o enlace ascendente para los terminales de usuario solicitantes, según se ha descrito anteriormente. Para el enlace descendente, cada terminal 120 de usuario puede determinar la tasa de transmisión soportada por cada uno de sus canales espaciales de banda ancha, según se ha descrito anteriormente. La tasa de transmisión soportada es la tasa de transmisión máxima que puede usarse para la transmisión de datos sobre el canal espacial de banda ancha, para conseguir el nivel de comportamiento objetivo. Cada terminal 120 de usuario puede enviar las tasas de transmisión soportadas para todos sus canales espaciales de banda ancha de enlace descendente al punto 110 de acceso, por ejemplo, a través del RACH. Alternativamente, el punto 110 de acceso puede determinar las tasas de transmisión soportadas para los canales espaciales de banda ancha de enlace descendente si (1) el enlace descendente y el enlace ascendente son recíprocos y (2) se proporciona al punto 110 de acceso la varianza de ruido o el umbral mínimo de ruido en el terminal 120 de usuario. Para el enlace ascendente, el punto 110 de acceso puede determinar las tasas de transmisión soportadas para cada canal espacial de banda ancha para cada terminal 120 de usuario solicitante.

Un selector 1140 de usuario selecciona diferentes conjuntos de uno o más terminales de usuario, desde entre todos los terminales de usuario solicitantes, para una posible transmisión de datos sobre el enlace descendente y/o el enlace ascendente. Los terminales de usuario pueden seleccionarse basándose en diversos criterios tales como los requisitos del sistema, las capacidades del terminal de usuario y las tasas de transmisión soportadas, la prioridad del usuario, la cantidad de datos a enviar, etc. Para los modos de multiplexación espacial multiusuario, los terminales de usuario para cada conjunto pueden también seleccionarse basándose en sus vectores de respuesta de canal.

Un selector 1130 de modo selecciona el modo de multiplexación espacial particular que va a usarse para cada conjunto de terminales de usuario basándose en el estado operativo y las capacidades de los terminales de usuario en el conjunto y posiblemente otros factores. Por ejemplo, el modo orientado de único usuario puede usarse para un terminal de usuario de múltiples antenas "calibrado" que ha realizado la calibración de modo que la respuesta de canal para un enlace (por ejemplo, el enlace descendente) puede estimarse basándose en un piloto (por ejemplo, orientado) recibido a través del otro enlace (por ejemplo, el enlace ascendente). El modo no orientado de un único usuario puede usarse para un terminal de usuario de múltiples antenas "no calibrado" que no ha realizado la calibración o no puede soportar el modo orientado de un único usuario por cualquier motivo. El modo orientado multiusuario puede usarse para la transmisión de enlace descendente a múltiples terminales de usuario, cada uno de los cuales está equipado con una o más antenas. El modo no orientado multiusuario puede usarse para la transmisión de enlace ascendente por múltiples terminales de usuario.

El planificador 334 recibe los conjuntos de terminales de usuario a partir del selector 1140 de usuario, el modo de multiplexación espacial seleccionado para cada conjunto de terminales de usuario a partir del selector 1130 de modo, y las tasas de transmisión seleccionadas para cada conjunto de terminales de usuario a partir del selector 1120 de tasa de transmisión. El planificador 334 planifica los terminales de usuario para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y/o el enlace ascendente. El planificador 334 selecciona uno o más conjuntos de terminales de usuario para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y uno o más conjuntos de terminales de usuario para la transmisión de datos sobre el enlace ascendente, para cada trama de TDD. Cada conjunto incluye uno o más terminales de usuario, y se planifica para la transmisión de datos, de manera simultánea, en un intervalo de transmisión designado dentro de la trama de TDD.

El planificador 334 forma un elemento de información (IE) para cada terminal de usuario planificado para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y/o el enlace ascendente. Cada elemento de información incluye (1) el modo de multiplexación espacial que va a usarse para la transmisión de datos, (2) la tasa de transmisión que va a usarse para el flujo de datos enviado sobre cada canal espacial de banda ancha, (3) el inicio y la duración de la transmisión de datos, y (4) posiblemente otra información (por ejemplo, el tipo de piloto que se transmite junto con la transmisión de datos). El planificador 334 envía los elementos de información para todos los terminales de usuario planificados a través del FCCH. Cada terminal de usuario procesa el FCCH para recuperar su elemento de información, y posteriormente recibe una transmisión de enlace descendente y/o envía una transmisión de enlace ascendente según la información de planificación recibida.

La figura 11 muestra un ejemplo de la planificación de terminales de usuario, para la transmisión de datos cuando se soportan múltiples modos de multiplexación espacial. La planificación puede realizarse de otras formas, y esto entra dentro del alcance de la invención.

La figura 12 muestra un diagrama de flujo de un proceso 1200, para planificar terminales de usuario para la transmisión de datos en el sistema 100 MIMO. Se selecciona un conjunto de, al menos, un terminal de usuario, para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y/o el enlace ascendente (bloque 1212). Se selecciona un modo de multiplexación espacial para el conjunto de terminales de usuario de entre múltiples modos de multiplexación espacial soportados por el sistema (bloque 1214). Se seleccionan también múltiples tasas de transmisión para múltiples flujos de datos que van a transmitirse a través de múltiples canales espaciales para el conjunto de terminales de usuario (bloque 1216). El conjunto de terminales de usuario se planifica para la transmisión de datos sobre el enlace descendente y/o el enlace ascendente, con las tasas de transmisión seleccionadas y el modo de multiplexación espacial seleccionado (bloque 1218).

La figura 13 muestra un diagrama de flujo de un proceso 1300, para transmitir datos sobre el enlace descendente en el sistema 100 MIMO. El proceso 1300 puede realizarse por el punto 110x de acceso. Una primera pluralidad de flujos de datos se codifican y modulan, según una primera pluralidad de tasas de transmisión, para obtener una primera pluralidad de flujos de símbolos de datos (bloque 1312). Para el modo orientado de un único usuario, la primera pluralidad de flujos de símbolos de datos se procesa espacialmente con una primera pluralidad de vectores de orientación, para obtener una primera pluralidad de flujos de símbolos de transmisión, para la transmisión desde múltiples antenas a un primer terminal de usuario en un primer intervalo de transmisión (bloque 1314). La primera pluralidad de vectores de orientación se deriva de modo que la primera pluralidad de flujos de datos se transmite sobre unos canales espaciales ortogonales al primer terminal de usuario. Una segunda pluralidad de flujos de datos se codifica y se modula, según una segunda pluralidad de tasas de transmisión, para obtener una segunda pluralidad de flujos de símbolos de datos (bloque 1316). Para el modo no orientado de un único usuario, se proporciona la segunda pluralidad de flujos de símbolos de datos como una segunda pluralidad de flujos de símbolos de transmisión, para la transmisión desde las múltiples antenas a un segundo terminal de usuario en un segundo intervalo de transmisión (bloque 1318). Se codifica y modula una tercera pluralidad de flujos de datos, para obtener una tercera pluralidad de flujos de símbolos de datos (bloque 1320). Para el modo orientado multiusuario, la tercera pluralidad de flujos de símbolos de datos se procesa espacialmente con una segunda pluralidad de vectores de orientación, para obtener una tercera pluralidad de flujos de símbolos de transmisión, para la transmisión desde las múltiples antenas a múltiples terminales de usuario en un tercer intervalo de transmisión (bloque 1322). La segunda pluralidad de vectores de orientación se deriva de modo que la tercera
pluralidad de flujos de símbolos de datos se recibe con diafonía eliminada en los múltiples terminales de usuario.

La figura 14 muestra un diagrama de flujo de un proceso 1400 para recibir datos sobre el enlace ascendente en el sistema 100 MIMO. El proceso 1400 también puede realizarse por el punto 110x de acceso. El procesamiento espacial del receptor se realiza sobre una primera pluralidad de flujos de símbolos, recibidos según un primer modo de multiplexación espacial (por ejemplo, el modo orientado de un único usuario), para obtener una primera pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados (bloque 1412). La primera pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados se demodula y se decodifica según una primera pluralidad de tasas de transmisión, para obtener una primera pluralidad de flujos de datos decodificados (bloque 1414). El procesamiento espacial del receptor se realiza sobre una segunda pluralidad de flujos de símbolos recibidos según un segundo modo de multiplexación espacial (por ejemplo, un modo no orientado), para obtener una segunda pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados (bloque 1416). La segunda pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados se demodula y se decodifica según una segunda pluralidad de tasas de transmisión, para obtener una segunda pluralidad de flujos de datos decodificados, que son estimaciones de flujos de datos transmitidos por uno o múltiples terminales de usuario (bloque 1418).

Cada terminal de usuario realiza los procesos correspondientes para transmitir datos sobre uno o múltiples canales espaciales de banda ancha de enlace ascendente y para recibir datos sobre uno o múltiples canales espaciales de banda ancha de enlace descendente.

La transmisión de datos con múltiples modos de multiplexación espacial, según se describe en el presente documento, puede implementarse por diversos medios. Por ejemplo, el procesamiento puede implementarse en hardware, software, o una combinación de los mismos. Para una implementación en hardware, las unidades de procesamiento usadas para realizar procesamiento de datos, el procesamiento espacial y la planificación en el punto de acceso 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), matrices de puertas programables en campo (FPGA), procesadores, controladores, microcontroladores, microprocesadores, otras unidades electrónicas diseñadas para realizar las funciones descritas en el presente documento, o una combinación de las mismas. Las unidades de procesamiento en un terminal de usuario también pueden implementarse en uno o más ASIC, DSP, etc.

Para una implementación en software, el procesamiento en el punto de acceso y en el terminal de usuario para la transmisión de datos con múltiples modos de multiplexación espacial puede implementarse con módulos (por ejemplo, procedimientos, funciones, etc.) que realizan las funciones descritas en el presente documento. Los códigos de software pueden almacenarse en una unidad de memoria (por ejemplo, la unidad 332 ó 382 de memoria en la figura 3) y ejecutarse por un procesador (por ejemplo, el controlador 330 ó 380). La unidad de memoria puede implementarse dentro del procesador o de manera externa al procesador.

En el presente documento se incluyen títulos como referencia y para ayudar en la localización de determinadas secciones. Estos títulos no pretenden limitar el alcance de los conceptos descritos en el presente documento, 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 que cualquier experto en la técnica realice o use la presente invención. Diversas modificaciones de estas realizaciones resultarán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica, y los principios genéricos definidos en el presente documento pueden aplicarse a otras realizaciones sin alejarse del ámbito de la invención. Por tanto, la presente invención no pretende limitarse a las realizaciones mostradas en el presente documento, sino que ha de concedérsele el alcance más amplio, según se define en las reivindicaciones.

Claims

1. Un procedimiento para transmitir datos en un sistema de comunicación inalámbrico de acceso múltiple, de múltiples entradas y múltiples salidas, MIMO, que comprende:

: seleccionar (1212) al menos dos terminales de usuario para transmisión de datos;

: seleccionar (1214) un modo de multiplexación espacial orientado, de entre una pluralidad de modos de multiplexación espacial soportados por el sistema, para su uso para los al menos dos terminales de usuario;

: seleccionar (1216) tasas de transmisión para una pluralidad de flujos de datos que van a transmitirse a través de una pluralidad de canales espaciales para los al menos dos terminales de usuario; y

: planificar (1218) los al menos dos terminales de usuario para transmisión de datos con las tasas de transmisión seleccionadas y el modo de multiplexación espacial seleccionado.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que al menos se selecciona otro terminal de usuario para transmisión de datos y el modo de multiplexación espacial seleccionado es un modo de multiplexación espacial no orientado.

3. El procedimiento según la reivindicación 2, que comprende además:

: proporcionar la pluralidad de flujos de datos para su transmisión desde una pluralidad de antenas al al menos otro terminal de usuario.

4. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:

: procesar (1314) espacialmente la pluralidad de flujos de datos con una pluralidad de vectores de orientación para orientar la pluralidad de flujos de datos a los al menos dos terminales de usuario.

5. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:

: realizar un procesamiento espacial del receptor sobre una pluralidad de flujos de símbolos recibidos para obtener estimaciones de la pluralidad de flujos de datos transmitidos por la pluralidad de terminales de usuario, en el que cada flujo de datos se procesa con un vector de orientación respectivo para orientar el flujo de datos.

6. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que se selecciona otra pluralidad de terminales de usuario para transmisión de datos y el modo de multiplexación espacial seleccionado es un modo de multiplexación espacial no orientado.

7. El procedimiento según la reivindicación 6, que comprende además:

: realizar un procesamiento espacial del receptor sobre una pluralidad de flujos de símbolos recibidos para obtener estimaciones de la pluralidad de flujos de datos transmitidos por la pluralidad de terminales de usuario.

8. El procedimiento según la reivindicación 6, que comprende además:

: proporcionar la pluralidad de flujos de datos para su transmisión desde una pluralidad de antenas a la pluralidad de terminales de usuario, teniendo cada uno múltiples antenas.

9. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el sistema MIMO es un sistema dúplex por división de tiempo, TDD.

10. El procedimiento según la reivindicación 9, en el que los al menos dos terminales de usuario están calibrados y la respuesta de canal de enlace descendente es recíproca a la respuesta de canal de enlace ascendente.

11. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que seleccionar (1216) una pluralidad de tasas de transmisión incluye estimar la relación señal a ruido e interferencia, SNR, de la pluralidad de canales espaciales, y seleccionar la pluralidad de tasas de transmisión basándose en las SNR estimadas de la pluralidad de canales espaciales.

12. Un aparato en un sistema de comunicación inalámbrico de acceso múltiple, de múltiples entradas y múltiples salidas, MIMO, que comprende:

: medios (330) para seleccionar al menos dos terminales de usuario para transmisión de datos;

: medios (330) para seleccionar un modo de multiplexación espacial orientado, de entre una pluralidad de modos de multiplexación espacial soportados por el sistema, para su uso para los al menos dos terminales de usuario;

: medios para seleccionar tasas de transmisión para una pluralidad de flujos de datos que van a transmitirse a través de una pluralidad de canales espaciales de un canal de MIMO para los al menos dos terminales de usuario; y

: medios (334) para planificar los al menos dos terminales de usuario para transmisión de datos con la pluralidad de tasas de transmisión seleccionadas y el modo de multiplexación espacial seleccionado.

13. El aparato según la reivindicación 12, que comprende además:

: medios (320) para procesar espacialmente la pluralidad de flujos de datos según el modo de multiplexación espacial seleccionado para obtener una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión para su transmisión desde una pluralidad de antenas a los al menos dos terminales de usuario.

14. El aparato según la reivindicación 12, que comprende además:

: medios (340) para procesar espacialmente una pluralidad de flujos de símbolos recibidos según el modo de multiplexación espacial seleccionado para obtener estimaciones de la pluralidad de flujos de datos transmitidos por los al menos dos terminales de usuario.

15. Un procedimiento de recepción de datos en un sistema de comunicación inalámbrico de múltiples entradas y múltiples salidas, MIMO, que comprende:

: realizar un procesamiento espacial del receptor (1412) sobre una primera pluralidad de flujos de símbolos recibidos según un primer modo de multiplexación espacial para obtener una primera pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados;

: demodular y decodificar (1414) la primera pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados según una primera pluralidad de tasas de transmisión para obtener una primera pluralidad de flujos de datos decodificados;

: realizar un procesamiento espacial del receptor (1416) sobre una segunda pluralidad de flujos de símbolos recibidos según un segundo modo de multiplexación espacial para obtener una segunda pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados; y

: demodular y decodificar (1418) la segunda pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados según una segunda pluralidad de tasas de transmisión para obtener una segunda pluralidad de flujos de datos decodificados;

en el que al menos el primer modo de multiplexación es un modo de multiplexación orientado para al menos dos terminales de usuario.

16. El procedimiento según la reivindicación 15, en el que la primera pluralidad de flujos de símbolos recibidos se procesan espacialmente con una pluralidad de vectores propios para una pluralidad de canales espaciales de un canal de MIMO para un terminal de usuario.

17. El procedimiento según la reivindicación 15, en el que el segundo modo de multiplexación espacial es un modo de multiplexación espacial no orientado.

18. El procedimiento según la reivindicación 17, en el que la segunda pluralidad de flujos de datos decodificados son estimaciones de una pluralidad de flujos de datos transmitidos por un único terminal de usuario.

19. El procedimiento según la reivindicación 17, en el que la segunda pluralidad de flujos de datos decodificados son estimaciones de una pluralidad de flujos de datos transmitidos de manera simultánea por una pluralidad de terminales de usuario.

20. El procedimiento según la reivindicación 17, en el que la segunda pluralidad de flujos de símbolos recibidos se procesan espacialmente basándose en una técnica de inversión de matriz de correlación de canales, CCMI.

21. El procedimiento según la reivindicación 17, en el que la segunda pluralidad de flujos de símbolos recibidos se procesan espacialmente basándose en una técnica de mínimo error cuadrático medio, MMSE.

22. El procedimiento según la reivindicación 17, en el que la segunda pluralidad de flujos de símbolos recibidos se procesan espacialmente basándose en una técnica de cancelación de interferencias sucesiva, SIC.

23. El procedimiento según la reivindicación 15, que comprende además:

: recibir información que indica un modo de multiplexación espacial orientado y al menos una tasa de transmisión para su uso para la transmisión de datos, en el que el modo de multiplexación espacial orientado se selecciona de entre una pluralidad de modos de multiplexación espacial soportados por el sistema, y en el que cada una de la al menos una tasa de transmisión se selecciona de entre un conjunto de tasas de transmisión soportadas por el sistema.

24. El procedimiento según la reivindicación 23, en el que uno de la pluralidad de modos de multiplexación espacial es un modo de multiplexación espacial no orientado.

25. El procedimiento según la reivindicación 24, en el que una pluralidad de flujos de símbolos recibidos se procesan espacialmente basándose en una técnica de inversión de matriz de correlación de canales, CCMI, una técnica de mínimo error cuadrático medio, MMSE, o una técnica de cancelación de interferencias sucesiva, SIC, para obtener una pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados.

26. El procedimiento según la reivindicación 24, en el que un flujo de símbolos recibidos se procesa con estimaciones de ganancia de canal para obtener un flujo de símbolos de datos recuperados.

27. Un aparato para recibir datos en un sistema de comunicación inalámbrico de acceso múltiple, de múltiples entradas y múltiples salidas, MIMO, que comprende:

: medios (340, 360x, 360y) adaptados para realizar un procesamiento espacial del receptor sobre una primera pluralidad de flujos de símbolos recibidos según un primer modo de multiplexación espacial para obtener una primera pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados;

: medios (322ap, 354x, 354ut) adaptados para demodular y decodificar la primera pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados según una primera pluralidad de tasas de transmisión para obtener una primera pluralidad de flujos de datos decodificados;

: medios (340, 360x, 360y) adaptados para realizar un procesamiento espacial del receptor sobre una segunda pluralidad de flujos de símbolos recibidos según un segundo modo de multiplexación espacial para obtener una segunda pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados;

: medios (322ap, 354x, 354ut) adaptados para demodular y decodificar la segunda pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados según una segunda pluralidad de tasas de transmisión para obtener una segunda pluralidad de flujos de datos decodificados;

28. El aparato según la reivindicación 27, que comprende además:

: medios para recibir información que indica un modo de multiplexación espacial orientado y al menos una tasa de transmisión para su uso para transmisión de datos, en el que el modo de multiplexación espacial orientado se selecciona de entre una pluralidad de modos de multiplexación espacial, uno de los cuales es el modo de multiplexación espacial orientado para al menos dos terminales, soportados por el sistema, y en el que cada una de la al menos una tasa de transmisión se selecciona de entre un conjunto de tasas de transmisión soportadas por el sistema.

29. El aparato según la reivindicación 28, en el que:

: dichos medios para recibir comprenden un controlador (330, 380x, 380y)

: dichos medios para procesar espacialmente comprenden un procesador (340, 360x, 360y) espacial de recepción; y

: dichos medios para demodular y decodificar comprenden un procesador (342, 370x, 370y) de datos de recepción.

30. El aparato según la reivindicación 28, en el que uno de la pluralidad de modos de multiplexación espacial es un modo de multiplexación espacial no orientado.

31. El aparato según la reivindicación 28, en el que los medios para procesar espacialmente comprenden medios para procesar espacialmente basados en una técnica de inversión de matriz de correlación de canales, CCMI, una técnica de mínimo error cuadrático medio, MMSE, o una técnica de cancelación de interferencias sucesiva, SIC, para obtener una pluralidad de flujos de símbolos de datos recuperados.

32. El aparato según la reivindicación 28, en el que los medios para demodular y decodificar comprenden medios para procesar al menos un flujo de símbolos recibidos con estimaciones de ganancia de canal para obtener un flujo de símbolos de datos recuperados.

33. El aparato según la reivindicación 29, en el que dicho segundo modo de multiplexación espacial es un modo de multiplexación no orientado.

34. El aparato según la reivindicación 29, en el que dicho aparato para recibir comprende además múltiples antenas (352a...352ut).

35. El aparato según la reivindicación 34, en el que cada antena de las múltiples antenas (3S2a...352ut) proporciona una señal independiente al procesador (360y) espacial de Rx y un estimador (378y) de canal.

36. Un procedimiento para transmitir datos en un sistema de comunicación inalámbrico de múltiples entradas y múltiples salidas, MIMO, que comprende:

: recibir información que indica un modo de multiplexación espacial orientado y una pluralidad de tasas de transmisión para su uso para transmisión de datos para al menos dos terminales de usuario, en el que el modo de multiplexación espacial orientado se selecciona de entre una pluralidad de modos de multiplexación espacial soportados por el sistema, y en el que cada una de la pluralidad de tasas de transmisión se selecciona de entre un conjunto de tasas de transmisión soportadas por el sistema;

: codificar y modular una pluralidad de flujos de datos según la pluralidad de tasas de transmisión para obtener una pluralidad de flujos de símbolos de datos; y

: procesar espacialmente la pluralidad de flujos de símbolos de datos según el modo de multiplexación espacial orientado para obtener una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión para su transmisión desde una pluralidad de antenas.

37. El procedimiento según la reivindicación 36, en el que la pluralidad de flujos de símbolos de datos se procesan espacialmente con una pluralidad de vectores de orientación para transmitir la pluralidad de flujos de símbolos de datos sobre una pluralidad de canales espaciales ortogonales de un canal de MIMO.

38. El procedimiento según la reivindicación 37, que comprende además: transmitir un piloto orientado sobre cada uno de la pluralidad de canales espaciales ortogonales.

39. El procedimiento según la reivindicación 36, que comprende además:

: realizar una calibración de modo que la respuesta de canal de enlace ascendente sea recíproca a la respuesta de canal de enlace descendente.

40. Un aparato en un sistema de comunicación inalámbrico de múltiples entradas y múltiples salidas, MIMO, que comprende:

: un controlador (330, 380x, 380y) operativo para recibir información que indica un modo de multiplexación espacial orientado y una pluralidad de tasas de transmisión para su uso para transmisión de datos para al menos dos terminales de usuario, en el que el modo de multiplexación espacial orientado se selecciona de entre una pluralidad de modos de multiplexación espacial soportados por el sistema, y en el que cada una de la pluralidad de tasas de transmisión se selecciona de entre un conjunto de tasas de transmisión soportadas por el sistema;

: un procesador (310, 390x, 390y) de datos de transmisión operativo para codificar y modular una pluralidad de flujos de datos según la pluralidad de tasas de transmisión para obtener una pluralidad de flujos de símbolos de datos; y

: un procesador (320, 392y) espacial de transmisión operativo para procesar espacialmente la pluralidad de flujos de símbolos de datos según el modo de multiplexación espacial orientado para obtener una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión para su transmisión desde una pluralidad de antenas.