ES2332077A1 - Tecnicas de conformacion de haz para comunicaciones via satelite de banda ancha. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para asignar un esquema precodificado de formación de haces en un sistema vía satélite de banda ancha, en el que el mencionado sistema vía satélite de banda ancha comprende un satélite multihaz (1) que tiene una pluralidad de antenas y una pluralidad de haces de satélite, una pasarela (2) y un número N de terminales de satélite (ST{sub,11}, ST{sub,12}... ST{sub,21}, ST{sub,22}, ST{sub,23}... ST{sub,K1}, ST{sub,K2}...), y en el que la mencionada pasarela (2) está configurada para procesar y para dar servicio a una pluralidad de K haces de la mencionada pluralidad de haces de satélite dirigidos hacia el mencionado número N de terminales de satélite (ST{sub,11}, ST{sub,12}... ST{sub,21}, ST{sub,22}, ST{sub,23}... ST{sub,K1}, ST{sub,K2}...), en el que K < N, y en el que la mencionada asignación de un esquema precodificado de formación de haces comprende un procesado conjunto sobre la mencionada pluralidad de K haces. El mencionado esquema precodificado de formación de haces depende de: el diagrama de radiación de las mencionadas antenas del satélite; de las características de canal de línea de visión y de la diversidad multiusuario provocada por el mencionado número N de terminales de satélite (ST{sub,11}, ST{sub,12}... ST{sub,21}, ST{sub,22}, ST{sub,23}... ST{sub,K1}, ST{sub,K2}...). Una pasarela y un sistema vía satélite. Programa de ordenador.
Description
Técnicas de conformación de haz para
comunicaciones vía satélite de banda ancha.
La presente invención se refiere a las
comunicaciones vía satélite de banda ancha y, de manera más
precisa, a técnicas de conformación de haz para comunicaciones vía
satélite de banda ancha.
Durante los últimos veinte años, las inversiones
en comunicaciones vía satélite se han centrado en la expansión de
la señal de satélite a vastas áreas terrestres, en reducir el
precio del satélite y los receptores y en reducir la interferencia.
Los servicios típicos de satélite no sufren de una limitación
sustancial en la tasa de transmisión (tasa de bit). Sin embargo, en
la actualidad existe una necesidad de usar aplicaciones digitales
avanzadas vía satélite, lo que implica una necesidad de aumentar la
capacidad de la tasa de bit del canal de satélite. Posibles
propuestas para explotar el canal de satélite son la codificación y
la modulación adaptativas (cuya incorporación en el estándar
DVB-S2 se encuentra bajo discusión), MIMO,
selección oportunista o comunicaciones cooperativas. Algunas de
estas propuestas se presentan a continuación.
La tecnología multiusuario de múltiple entrada -
múltiple salida (MIMO) se destaca como una de las principales
técnicas para mejorar el funcionamiento de las comunicaciones
inalámbricas, siendo recientemente propuesta para IEEE 802.11n, IEEE
802.16e y UMTS-HSDPA. Esta tecnología proporciona
una gran tasa de transmisión a la vez que usa la misma cantidad de
espectro y de potencia, gracias a sus capacidades de multiplexación
espacial.
Existe un interés emergente en aplicar a las
redes de satélite los buenos resultados obtenidos por las técnicas
MIMO en sistemas inalámbricos terrestres.
Como se presenta en el documento de Konstantinos
P. Lionis y colaboradores titulado "Comunicaciones MIMO
Multi-Satélite en la banda Ku y bandas superiores:
Investigaciones sobre multiplexación espacial para la mejora de la
capacidad y diversidad de selección para la mitigación de la
interferencia", Hindawi Publishing Corporation, Diario EURASIP
sobre Comunicaciones y Redes Inalámbricas, Volumen 2007, uno de los
problemas fundamentales en los sistemas de satélite para poder
aplicar las técnicas de Múltiple Entrada - Múltiple Salida (MIMO)
se refiere a la dificultad para generar perfiles de desvanecimiento
completamente independientes en el segmento satelital. La
colocación de múltiples antenas en un único satélite no parece que
sea una opción válida con el fin de explotar las capacidades del
canal MIMO. De hecho, la ausencia de dispersiones en las cercanías
del satélite conduce a una deficiencia de rango inherente de la
matriz del canal MIMO. En otras palabras, debido a la fuerte Línea
de Visión (en inglés, "Line of Sight", LOS), la matriz del
canal de satélite MIMO tiene un rango cercano a uno.
Por lo tanto, parece que la aplicación de las
técnicas MIMO al segmento de comunicaciones vía satélite es poco
provechosa; una cuestión que explica la casi inexistente literatura
acerca de MIMO para las comunicaciones vía satélite.
Por otra parte, varias propuestas han
considerado el uso de conocimiento de canal con el fin de
seleccionar el mejor haz de satélite en las comunicaciones vía
satélite. Por ejemplo, la solicitud de Patente US2004/0100941
describe un procedimiento de transmisión adaptativo de paquetes en
un sistema de comunicaciones móviles celular que usa un satélite
multihaz, en el que se hace una selección del mejor haz del
satélite. Sin embargo, en este procedimiento, no se extraen las
capacidades de multiplexación espacial del sistema.
La aplicación de MIMO requiere de más de un
trayecto para hacer que la información alcance un Terminal de
Satélite (ST) que se encuentre en tierra. Sin embargo, los sistemas
comerciales actuales están destinados a crear un único trayecto de
comunicación para entregar la información a cada uno de los ST,
haciendo uso de planificación de frecuencias y/o haces de satélite
más directivos, para evitar la interferencia entre los ST a los que
se da servicio. De esta forma, a través de una filosofía diferente
para la transmisión, se obtiene un escenario alternativo cuando se
reduce a uno la reutilización de frecuencia (factor de
reutilización = 1) y la información a un terminal de satélite se
entrega a través de múltiples haces de manera simultánea.
En ese caso, debido al solapamiento parcial de
los haces del satélite, un ST puede recibir señales procedentes de
varios haces de satélite. Por lo tanto, se pueden obtener los
canales MIMO si se lleva a cabo un procesado conjunto sobre todos
los haces. L. Cottatellucci y colaboradores, en el documento
titulado "Técnicas de mitigación de la interferencia para sistemas
de satélite de banda ancha", 24ª Conferencia Internacional de
la AIAA sobre Sistemas de de Comunicaciones vía satélite, San
Diego - E.E.U.U., de junio de 2006, se ha enfrentado al problema
del procesado conjunto sobre las señales multihaz en una pasarela,
explotando la multiplexación espacial que se hace posible por medio
de la cobertura supuesta de satélite multihaz. Se propone usar una
técnica de precodificación lineal basada en el Mínimo Error
Cuadrático Medio (MMSE) para aumentar la capacidad del sistema en
el enlace directo (FL). Esta técnica de precodificación lineal
implica una selección aleatoria de usuarios (terminales de
satélite). De manera más precisa, esta técnica selecciona de manera
aleatoria un usuario por haz. Para el funcionamiento de este
esquema, se requiere un conocimiento completo del canal (módulo +
fase). Como el conocimiento completo del canal visto por todos los
usuarios es impracticable, se lleva a cabo una selección aleatoria
de usuarios. Una vez que se ha hecho esta selección aleatoria de
usuarios, se aplica la técnica de precodificación de Mínimo Error
Cuadrático Medio (MMSE).
Sin embargo, mediante la aplicación de una
selección aleatoria no se logra sacar el mayor partido a las
capacidades del sistema, ya que en muchas situaciones, el usuario
seleccionado de manera aleatoria no es el mejor, sino simplemente
el que se ha elegido de manera aleatoria. Esto implica un uso no
eficiente de los recursos del sistema, para compensar las
características posiblemente no tan buenas del canal debido al
proceso de selección aleatorio.
La presente invención está dirigida a resolver
los problemas anteriormente mencionados por medio de un
procedimiento de asignación de ganancia de precodificación que
optimiza las características del escenario satelital y la
diversidad multiusuario, proporcionando un alto rendimiento del
sistema a la vez que se requiere un diseño de baja complejidad. El
procedimiento actual aplica técnicas MIMO al segmento de usuario del
enlace directo (FL) en un sistema vía satélite bajo el control de
una única pasarela (en inglés, "gateway") terrestre. Un
planificador (en inglés, "scheduler") en la pasarela ejecuta
una técnica de conformación de haz oportunista multihaz (MOB), en
la que el diagrama de radiación de las antenas del satélite, la
información de la Línea de Visión de canal (LOS) y la diversidad
multiusuario están incorporadas en el proceso de diseño
precodificador.
El gran número de usuarios o ST disponibles en
un escenario satelital permite la posibilidad de obtener una
ganancia multiusuario (a través de la aplicación de las técnicas de
transmisión MIMO multiusuario). El esquema de conformación de haz
oportunista multihaz presenta varias ventajas, tales como su diseño
de baja complejidad, su alto rendimiento del sistema, el proceso de
selección de los usuarios y su aplicación no solamente en sistemas
con conocimiento completo del canal, sino también a sistemas con
un conocimiento parcial del canal.
Es un objetivo principal de la presente
invención proporcionar un procedimiento para asignar un esquema de
conformación de haz con precodificación en un sistema vía satélite
de banda ancha, en el que el sistema vía satélite de banda ancha
comprende un satélite multihaz que tiene una pluralidad de antenas
y una pluralidad de haces de satélite, una pasarela y un número N de
terminales de satélite, y en el que la pasarela está configurada
para procesar y para dar servicio a una pluralidad de K haces de
esa pluralidad de haces de satélite que van dirigidos hacia ese
número N de terminales de satélite, en donde K < N, y en el que
esa asignación de un esquema precodificado de formación de haces
comprende un procesado conjunto sobre esa pluralidad de K haces.
Ese esquema precodificado de formación de haces depende: del
diagrama de radiación de las antenas del satélite; de las
características de línea de visión del canal y de la diversidad
multiusuario provocada por ese número N de terminales de
satélite.
En particular, esa dependencia del esquema
precodificado de formación de haces de la diversidad multiusuario
comprende una selección de K terminales de satélite entre ese
número N de terminales de satélite, en donde K < N, donde esos K
terminales de satélite seleccionados tienen la mejor relación
señal a ruido o la mejor relación señal a ruido más
interferencia.
Esa selección de K terminales de satélite se
lleva a cabo de acuerdo con los siguientes pasos: dividir el área
en la que está localizado el número N de terminales de satélite en
un número K de celdas, cada una de ellas comprendiendo al menos un
terminal de satélite; en cada una de las celdas, seleccionar un
terminal de satélite correspondiente al mejor valor de la relación
señal a ruido o de la relación señal a ruido más interferencia.
Ese procesado conjunto y la selección de K
terminales de satélite sobre la pluralidad de K haces, se lleva a
cabo siguiendo los pasos de: generar un primer vector de
precodificación y transmitirlo hacia una primera celda desde el
satélite, en el que el primer vector de precodificación se
construye a partir de la información del diagrama de radiación de
las antenas del satélite, ese vector de precodificación siendo un
vector Kx1 y que comprende la contribución de cada uno de los K
haces sobre esa primera celda; la realimentación al satélite de una
relación señal a ruido medida por cada uno de los terminales de
satélite en la celda; en el lado del satélite, seleccionar un
terminal de satélite dentro de la mencionada celda que tenga la
mejor relación señal a ruido y solicitar que el mencionado terminal
de satélite seleccionado envíe sus características de canal;
construcción de vectores de precodificación posteriores, selección
de los terminales de satélite que tengan la mejor relación señal a
ruido más interferencia dentro de las celdas correspondientes y
solicitar a cada uno de los mencionados terminales de satélite
seleccionados que envíen sus características de canal, siendo cada
vector de precodificación posterior dependiente de la información
del diagrama de radiación de las mencionadas antenas del satélite
y de las características de canal de los terminales de satélite
anteriormente seleccionados, siendo el vector de precodificación un
vector Kx1 y comprendiendo la contribución de cada uno de los
mencionados K haces sobre una celda correspondiente; la construcción
de una matriz de precodificación que tenga un tamaño de KxK, en la
que las K columnas de la mencionada matriz de precodificación son
los K vectores de precodificación anteriormente construidos.
Ese primer vector de precodificación es el
resultado de normalizar en potencia un primer vector que comprenda
K contribuciones de potencia correspondientes a los mencionados
haces de satélite dirigidos hacia la mencionada celda, y en la que
dichos vectores de precodificación posteriores son el resultado de
normalizar en potencia un vector correspondiente que comprenda K
contribuciones de potencia correspondientes a K haces de satélite
hacia una
celda.
celda.
Ese vector de precodificación posterior depende
de una matriz de bloqueo que tiene un tamaño Kxp.
Las características de canal comprenden tanto la
información de amplitud como la información de fase.
De manera alternativa, el procesado conjunto
sobre la mencionada pluralidad de K haces se lleva a cabo siguiendo
los pasos de: construir un primer vector de precodificación, en el
que el mencionado primer vector de precodificación se construye a
partir de la información del diagrama de radiación de las
mencionadas antenas del satélite, siendo el mencionado vector de
precodificación un vector Kx1 y comprendiendo el mencionado vector
de precodificación la contribución de cada uno de los mencionados
K haces sobre la mencionada primera celda; la construcción de
K-1 vectores de precodificación posteriores, cada
uno de ellos teniendo un tamaño Kx1, cada vector de precodificación
posterior siendo dependiente de la información del diagrama de
radiación. de las mencionadas antenas del satélite y de los
vectores de precodificación anteriormente construidos y dicho
vector de precodificación comprendiendo la contribución de cada una
de los mencionados K haces sobre una celda correspondiente; la
construcción de una matriz de precodificación que tenga un tamaño
KxK, en la que las K columnas de la mencionada matriz de
precodificación son los K vectores de precodificación anteriormente
construidos.
Ese vector de precodificación posterior depende
de una matriz de bloqueo.
Este procedimiento incluye de manera adicional:
la transmisión de la mencionada matriz de precodificación hacia la
mencionada área; en cada celda, la realimentación al mencionado
satélite de una relación de señal a ruido más interferencia medida
por cada uno de los terminales de satélite en la mencionada celda;
la selección de un terminal de satélite por celda, teniendo los
mencionados terminales de satélite seleccionados la mejor relación
de señal a ruido más interferencia dentro de las correspondientes
celdas.
Además, la presente invención proporciona un
procedimiento para la transmisión simultánea de datos a K
terminales de satélite en un sistema vía satélite de banda ancha,
donde dicho sistema vía satélite de banda ancha comprende un
satélite y un número N de terminales de satélite en el que, antes
de comenzar la mencionada transmisión simultánea de datos a los K
terminales de satélite, el procedimiento comprende el paso de:
asignar un esquema precodificado de formación de haces y
seleccionar un grupo de K terminales de satélite de acuerdo con el
procedimiento anteriormente descrito.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una pasarela que comprenda un medio adaptado para
llevar a cabo los pasos del procedimiento anterior.
Finalmente, es otro objetivo de la presente
invención proporcionar un programa de ordenador que comprende un
medio de código de programa de ordenador adaptado para realizar los
pasos del procedimiento mencionado cuando el programa se ejecute en
un ordenador, un procesador digital de la señal, una matriz de
puertas programable, un circuito integrado específico de la
aplicación, un microprocesador, un microcontrolador, o cualquier
otra forma de hardware programable.
Las ventajas de la invención propuesta serán
obvias en la siguiente descripción.
Para completar la descripción y con el fin de
proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona
un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman una parte integral de
la descripción e ilustran una realización preferida de la
invención, que no se debería interpretar como restrictiva para el
alcance de la invención, sino solamente como un ejemplo de cómo se
puede realizar la invención. Los dibujos comprenden las siguientes
figuras:
La figura 1 muestra un sistema vía satélite de
acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 2 muestra un diagrama de radiación de
las antenas del satélite de acuerdo con la presente invención.
La figura 3 muestra un esquema que representa un
cálculo de un ángulo de radiación de acuerdo con la presente
invención.
En el contexto de la presente invención, se
deberían considerar las siguientes definiciones:
La expresión "enlace directo" se refiere a
un enlace vía satélite de retransmisión de comunicaciones desde una
localización fija (por ejemplo, una pasarela) a un usuario. Dicho
enlace comprende tanto un enlace ascendente (pasarela a satélite)
como un enlace descendente (satélite a usuario). El término general
"usuario" se refiere tanto a usuarios móviles (tales como
terminales móviles) como a usuarios fijos (tales como un terminal
de satélite).
\newpage
La expresión "terminal de satélite" se
refiere a los terminales terrestres, colocados en la Tierra, que se
comunican con un cierto satélite. La figura 1 muestra una
pluralidad de terminales de satélite ST_{1} ST_{2}..., a los que
da servicio el satélite 1. En el contexto de la presente
invención, no referimos a "usuarios" como un sinónimo de
"terminales de satélite".
El término "MIMO" en expresiones tales como
"escenarios de satélite MIMO", "precodificación MIMO" o
"procesado MIMO" se refiere a situaciones en las que se
consideran una pluralidad de señales de entrada y una pluralidad de
señales de salida con el fin de llevar a cabo una cierta actividad,
tal como una precodificación o procesamiento. Estas múltiples
entradas y múltiples salidas se refieren a múltiples haces de
satélite focalizados hacia múltiples terminales de satélite o hacia
múltiples celdas.
El término "transmisión" y sus derivados
(transmitir, ...), referidos a un vector de precodificación o a una
matriz de precodificación, se debe interpretar como la transmisión
conjunta de dicho vector o matriz y un vector de datos.
En este texto, el término "comprende" y sus
derivados (tales como "comprendiendo", etc.) no se deben
entender en un sentido excluyente, esto es, estos términos no se
deben interpretar como excluyentes de la posibilidad de que lo que
se describe y se define pueda incluir elementos, pasos, etc.
adicionales.
Finalmente, el operador (\Box)^{H}
denota la transposición hermítica de una matriz.
La figura 1 es una representación esquemática de
un enlace directo entre una pasarela, un satélite y una pluralidad
de terminales de satélite que se encuentran en la Tierra. La figura
1 muestra un satélite 1, una pluralidad de terminales de satélite
ST_{11}, ST_{12}... ST_{21}, ST_{22}, ST_{23}...
ST_{K1}, ST_{K2}... localizados sobre la Tierra, y una pasarela
2. El número total de terminales de satélite es N. La pasarela 2,
que es una estación de control situada en la Tierra, está al cargo
del procesado, codificación, programación, etc. de las señales de
satélite. El satélite 1, situado en el espacio, recibe una señal
enviada por la pasarela 2 y la envía hacia la Tierra (hacia los
terminales de satélite). En otras palabras, el satélite 1 actúa
como un repetidor. De esta manera, la inteligencia del sistema
permanece en la pasarela 2. La pasarela 2 está conectada a una red
terrestre 3. Esta configuración de satélite - pasarela corresponde
a las limitaciones tecnológicas actuales, en el sentido de que los.
satélites actuales actúan mayormente como repetidores, mientras que
la capacidad de procesado recae en una pasarela. Sin embargo, un
experto en la materia comprenderá que esta configuración puede
evolucionar a situaciones en las que el satélite comprenda parte o
toda la inteligencia del sistema. Esta variación está obviamente
comprendida dentro del alcance de la invención.
En un proceso de comunicaciones vía satélite,
varios haces de información independientes se generan físicamente
en el satélite para dar servicio a varias localizaciones
geográficas sobre la Tierra. Generalmente, un único satélite está
controlado por varias pasarelas, cada una de las cuales controla un
grupo de esos haces de información. Como ejemplo, un satélite puede
generar de manera comercial y llevar hasta 106 haces de satélite al
mismo tiempo, mientras que cada una de las pasarelas está
generalmente diseñada para controlar la información de unos 7 haces
de satélite. De esta manera, una pasarela puede estar diseñada
para gestionar la información de satélite transmitida sobre una
cierta área.
En la figura 1, se generan K haces de satélite
para cubrir una cierta área 4. Estos K haces están controlados por
medio de una única pasarela terrestre 2.
En una realización preferida, el área 4 está
dividida en M celdas C_{1}, C_{2}, ..., C_{M}, cada una de
ellas comprendiendo uno o más terminales de satélite ST_{11},
ST_{12}... ST_{21}, ST_{22}, ST_{23}... ST_{M1},
ST_{M2}... Como ya se ha dicho, existe un total de N terminales
de satélite. El número de celdas M es igual o mayor que el número
de haces de satélite K (M \geq K). De manera preferible, M = K, lo
que significa que el sistema proporciona un haz de satélite por
cada una de las celdas C_{i}. De manera alternativa, M > K, en
cuya situación el sistema inhabilita de manera temporal un número M
- K de celdas, con el fin de tener el mismo número de haces de
satélite que celdas habilitadas.
En una realización alternativa, el área 4 está
formada por una única celda que comprende la cantidad completa de
de N terminales de satélite ST_{11}, ST_{12}... ST_{21},
ST_{22}, ST_{23}... ST_{K1}, ST_{K2}.... Se da servicio a
toda la celda en su totalidad por medio de K haces de satélite.
Por razones de simplicidad, la siguiente
descripción considera K haces de satélite dirigidos hacia un área 4
que está dividida en M celdas, en la que M = K.
Con el fin de llevar a cabo el procedimiento de
la invención, se necesita definir un escenario de satélite MIMO.
Esto se representa en la figura 1. Una vez definido este escenario,
se necesita establecer un esquema de precodificación de ganancia.
Este esquema de precodificación de ganancia depende de la
diversidad multiusuario provocada por los N terminales de satélite.
Se ha de hacer notar que el requisito de técnicas de transmisión
de baja complejidad para su aplicación en sistemas comerciales
restringe la elección del mencionado esquema de precodificación a
esquemas de baja complejidad.
El procesado conjunto del procedimiento de la
invención también depende de las características del canal. Se hace
la observación de que, mientras el procesado descrito por L.
Cottatellucci, y colaboradores (véase la remisión en el "Estado
de la Técnica") tiene en consideración al canal, no explota sus
características específicas. Su esquema es el mismo que el esquema
de las comunicaciones terrestres, sin consideraciones específicas
para los sistemas vía satélite.
Las características del canal de satélite
dependen de la línea de visión (LOS). El área de cobertura de un
haz de satélite está relacionada con el diagrama de radiación de
las antenas del satélite usadas para generar dicho haz de satélite.
En la presente invención, se considera una única antena receptora
por terminal de satélite, ya que tener más de una antena por
terminal de satélite no es beneficioso para él sistema (es decir, no
se pueden distinguir y de esta manera se ven como una única antena
de recepción). La figura 2 muestra un ejemplo del diagrama de
radiación correspondiente a un único haz en el satélite 1. El eje
horizontal (eje X) representa el ángulo de radiación \theta (en
grados º)
y el eje vertical (eje Y) representa la atenuación (dB). La potencia radiada está normalizada a 1 vatio, y por lo tanto en el centro del haz (ángulo cero (0º)) la potencia es de 0 dB.
y el eje vertical (eje Y) representa la atenuación (dB). La potencia radiada está normalizada a 1 vatio, y por lo tanto en el centro del haz (ángulo cero (0º)) la potencia es de 0 dB.
Se aplica un diagrama de radiación similar a
cada haz de satélite. Sin embargo, la potencia radiada proveniente
de un haz i también es recibida en todas las demás
K-1 celdas C_{1}, C_{2}, ...,
C_{i-1} C_{i+1}, ... C_{K} del área 4, con un
nivel de potencia que corresponde a la posición relativa de las
celdas. En la pasarela 2, los diagramas de radiación de las antenas
de satélite son conocidos y por lo tanto, se puede calcular el
nivel de potencia radiada de cada haz de satélite hacia las
localizaciones físicas sobre la Tierra.
En la figura 3 se ilustra el valor del nivel de
potencia radiada desde un haz de satélite en una cierta
localización sobre la Tierra. Se obtiene mediante el cálculo del
ángulo de radiación \theta en el que se ilumina una localización
en tierra (por ejemplo, un terminal de satélite ST_{i1}) por
medio de un haz. La figura 3 se refiere a la relación
trigonométrica entre una localización en tierra (terminal de
satélite ST_{i1}, localizado dentro de la celda C_{i}) y el
ángulo de radiación del haz \theta (desde un haz focalizado hacia
la celda C_{i}). La influencia de ese haz sobre otras
localizaciones en otras celdas se puede deducir de manera
trigonométrica de la siguiente manera: \theta =
arcsen(r/d), donde "d" es la distancia desde el satélite
1 a la localización ST_{i1}, "r" es la distancia desde la
mencionada localización ST_{i1} a la localización a la que el haz
está focalizado y \theta es el ángulo de radiación. Este ángulo
de radiación \theta se ilustra en la figura 2. Los criterios
seguidos para elegir el punto preciso en la celda C_{i} en la que
se focaliza el haz están fuera del marco de la presente invención.
Es competencia del proveedor o del diseñador del sistema. Por lo
tanto, con el ángulo de radiación calculado \theta y el diagrama
de radiación de las antenas (que es conocido) correspondiente a ese
ángulo de radiación \theta, es posible conocer el nivel de
potencia radiada desde cada uno de los haces de en cada
localización en tierra ST_{ct} (donde "c" indica la celda y
"t" indica el terminal de satélite dentro de la celda
"c"). De esta manera, la información del nivel de potencia
radiada se obtiene en la pasarela 2 sin ningún proceso de
entrenamiento.
Los haces de satélite están diseñados de acuerdo
con una función de radiación predefinida. Ejemplos no limitadores
de funciones de radiación son las funciones de Bessel. En la figura
2 se muestra una de estas funciones de Bessel. De acuerdo con esta
función de radiación predefinida, la pasarela 2 conoce por
adelantado el diagrama de radiación. Por ejemplo, como se ilustra
en la figura 2, si se inyecta una potencia de 1 vatio a un haz,
entonces se emite una potencia de 0 dB en el ángulo cero (0º). De
manera similar, dicha potencia inyectada de 0 dB implica una
potencia de aproximadamente -45 dB en el ángulo igual a 10º.
De esta manera, es posible calcular la
influencia (en términos de potencia) que tiene un haz emitido hacia
un punto dentro de una celda C_{i} sobre cualquier punto dentro
de una celda diferente C_{j}. Esto es debido al hecho de que las
características del canal de satélite permiten a las señales viajar
sin reflexiones y multitrayecto de la señal, o en otras palabras,
con Línea de Visión (LOS). Bajo estas condiciones, es posible
precalcular la potencia que llega a un cierto destino (teniendo en
cuenta, por supuesto, otros parámetros, tales como las pérdidas de
trayecto, la eficiencia del receptor, etc.). Esto no ocurre en
sistemas terrestres debido a las reflexiones de la señal y al
multitrayecto. Por otra parte, un terminal de satélite tiene las
mismas características de canal con respecto a todos los haces de
satélite diferentes; solamente el nivel de potencia recibido varía
de un haz a otro. En otras palabras, la gran distancia (en el orden
de varios miles de km) entre un satélite y un terminal de satélite
hace que las características de canal vistas desde una cierta
localización o terminal de satélite ST_{ct} respecto a todos los
haces de satélite sean las
mismas.
mismas.
Usando el algoritmo trigonométrico propuesto, se
puede determinar la potencia recibida en una localización en
tierra desde cada uno de los haces de satélite. Por lo tanto, el
generar vectores de precodificación de una manera tal que se
explote la información relativa a los diagramas de radiación de las
antenas es de una gran ayuda para aumentar el rendimiento del
sistema. Esto no está garantizado si se usan sistemas terrestres
convencionales, donde vectores de precodificación no solamente se
generen de manera aleatoria, sino que además no tienen en cuenta
las características de canal de línea de visión ni el diagrama de
radiación de las antenas.
La presente invención se beneficia de la
caracterización de canal anteriormente mencionada (Línea de
Visión), con el fin de llevar a cabo una precodificación o
preprocesado que tenga en cuenta la contribución de señal de cada
uno de los haces. La tasa de bit se incrementa de esta manera.
Además, la presente invención combina esta información
(caracterización de canal) con la diversidad multiusuario para el
diseño de una técnica conformadora de haz oportunista, multihaz que
obtenga la ganancia multiusuario del escenario.
La generación de precodificador de la presente
invención proporciona un diseño y una implementación de baja
complejidad. Como una generación de precodificación aleatoria no es
un método apropiado con el fin de obtener todos los beneficios del
procesado MIMO, mediante la explotación de las características del
escenario de comunicaciones vía satélite, la generación de
precodificación puede sacar beneficio del estado de canal de Línea
de Visión (LOS). Por lo tanto, la selección de terminales de
satélite está diseñada para que sea oportunista.
Volviendo de nuevo. a la figura 1, se da
servicio a una pluralidad de N terminales de satélite por medio de
la pasarela 2 a través del satélite 1. Se encuentra disponible un
conjunto de K haces. La selección del terminal dé satélite al que
se va a dar servicio en cada una de las celdas se determina por
medio de un planificador en la pasarela 2. Como ya se ha mencionado
anteriormente, el área 4 está dividida en K celdas, cada una de
ellas teniendo uno o más terminales de satélite.
Cada terminal de satélite en el área 4 recibe un
componente de señal desde cada uno de los K haces. La señal
recibida en cada terminal de satélite es de esta manera la suma de
las K señales recibidas y se puede expresar de la siguiente
manera:
en
donde:
s=(s_{1},..., s_{K})^{T} es un
vector de símbolos transmitidos Kx1;
y es una cantidad escalar que representa la suma
de las K señales recibidas en un terminal de satélite;
z es el ruido recibido;
h_{i} es el canal 1xK del terminal de satélite
i-ésimo, donde cada entrada corresponde al canal visto desde el
terminal de satélite i-ésimo con respecto a cada uno de los haces,
mostrando las mismas características de canal pero con diferentes
niveles de potencia recibida. Nótese que el obtener la información
de canal h_{i} se encuentra fuera del marco de la presente
invención; y
F es la matriz de precodificación KxK que está a
cargo del procesado MIMO llevado de manera simultánea sobre todos
los haces. La presente invención proporciona un procedimiento para
obtener esta matriz de precodificación. Por lo tanto, F determina
cómo se combinan las diferentes componentes del vector de datos s
sobre los haces con el fin de optimizar la transmisión. Cada una de
las columnas de la matriz F representa el procesado MIMO llevado a
cabo sobre cada uno de los haces de satélite.
Como ya se ha mencionado con anterioridad, el
obtener la información de canal h_{i} se encuentra fuera del
alcance de la presente invención.
A continuación, se distinguen dos situaciones
diferentes, porque la información que se encuentra disponible en el
lado del transmisor (es decir, la pasarela) puede ser parcial o
total en términos de Información de Estado de Canal (en inglés,
"Channel State Information", CSI recibida desde cada terminal
de satélite. Nótese que la CSI total para todos los N usuarios no
es practicable (de hecho, esto motivó la selección de usuario
aleatoria y la precodificación MMSE en Cottatellucci). Por lo
tanto, se requiere una cantidad más pequeña de CSI para sistemas
prácticos. La CSI parcial es una alternativa atractiva. Cuando se
encuentra disponible una CSI parcial, entonces los vectores de
precodificación se generan de manera ortogonal para disminuir la
interferencia recibida en cada ST. Otra opción es tener una CSI
completa sólo de cada uno de los usuarios seleccionados (esta
selección se explicará con detalle en la "Situación A"):
Cuando está presente la CSI completa, el transmisor (pasarela)
lleva a cabo cierto procesado para proporcionar una cancelación de
interferencia triangular entre los terminales de satélite a los que
se da servicio. De ahora en adelante, CSI "completa" debe
interpretarse como CSI completa proveniente solamente de los
usuarios seleccionados o de los terminales de satélite
seleccionados.
El tener CSI completa o parcial depende de la
configuración del sistema y de la carga disponible en el canal de
realimentación. Si se permite poca realimentación, entonces
solamente se realimenta la SNIR (relación señal a ruido más
interferencia) (información de canal parcial), mientras que si se
permite más realimentación, entonces se habilita una realimentación
de canal completa de los terminales de satélite seleccionados.
\vskip1.000000\baselineskip
En este caso, se da servicio a un único terminal
de satélite por haz en cada instante de tiempo.
Primero, se desea que un primer vector b_{1}
apunte hacia una celda C_{1} incluida en el área 4. Dicho punto
se elige de acuerdo con el diagrama de radiación conocido por el
planificador de la pasarela 2 (explicado con referencia a las
figuras 2 y 3). La Densidad Espacial de Potencia (SPD) (nivel
recibido de potencia) recibida en todos los terminales de satélite
de la celda C_{1} desde cada uno de los K haces es conocida por
la pasarela 2, a través del cálculo propuesto con relación a la
figura 3. Por lo tanto, la pasarela 2 conoce por adelantado la
potencia promedio (en módulo) que recibe un terminal de satélite
localizado en la celda C_{1} desde cada uno de los K haces. Sin
embargo, la fase recibida desde cada uno de los haces es
desconocida. De esta manera, se genera un primer vector de
precodificación para que sea transmitido hacia la celda C_{1}.
b_{1} es un vector que tiene el tamaño Kx1. El módulo de cada uno
de los K elementos de este vector b_{1} se toma directamente de
la SPD, aplicando la ya mencionada fórmula \theta =
arcsen(r/d), mientras que la fase de cada elemento se genera
de manera aleatoria. Se normaliza en potencia y se transmite como
f_{1}. De esta manera, f_{1} es un vector que tiene un tamaño
Kx1.
Después, todos los terminales de satélite en el
área 4 detectan el vector de precodificación f_{1} y miden la
potencia recibida (módulo) de la misma.
A continuación, cada uno de los terminales de
satélite ST_{11}, ST_{12}... de la celda C_{1} realimenta al
planificador de la pasarela 2 su SNR recibida (relación señal a
ruido) SNR_{11}, SNR_{12}....
Este primer vector de precodificación f_{1}
forma la primera columna de la matriz de precodificación F.
El planificador en la pasarela 2 selecciona el
terminal de satélite (ST_{11} o ST_{12}, si la celda tiene
solamente dos terminales de satélite, como se pone como ejemplo en
la figura 1) dentro de la celda C_{1} con el mejor valor de SNR
realimentado. Como el sistema permite información CSI completa
proveniente de los usuarios seleccionados a través del enlace de
realimentación, la pasarela 2 pide al terminal de satélite
seleccionado que realimente su canal al completo (amplitud y fase)
h_{sel(1)}. Nótese que cada terminal de satélite consigue
saber su información de canal completa durante una etapa estándar
de entrenamiento, lo que se encuentra fuera del alcance de esta
invención. h_{sel(1)} es un vector 1xK, cada uno de cuyos
elementos comprende módulo y fase.
Para la generación de los restantes vectores de
precodificación f_{2} f_{3}, .... el objetivo es reducir tanto
como sea posible la interferencia entre haces. Se diseña una
matriz de bloqueo para dicho objetivo.
A continuación, se requiere ahora un segundo
vector f_{2} de precodificación de transmisión. Se desea que
f_{2} precodifique datos que se vayan a transmitir hacia una
segunda celda C_{2} incluida en el área 4. f_{2} está
desarrollado de una manera similar que la del vector de
precodificación f_{1}: La SPD recibida en la celda C_{2} desde
cada uno de los K haces también es conocida, como se ha explicado
anteriormente. De nuevo, comenzamos desde un vector inicial
b_{2}. Como b_{1}, b_{2} es un vector que tiene un tamaño Kx1.
El módulo de cada uno de los K elementos de este vector b_{2} se
toma directamente de la SPD, cómo ya se ha explicado, mientras que
la fase de cada elemento se genera de manera aleatoria.
Para el diseño de la columna f_{2}, se diseña
una matriz de bloqueo D_{2} que tiene una dimensión Kx2. La
matriz de bloqueo D_{2} tiene una primera columna correspondiente
al vector b_{2} y una segunda columna correspondiente a un vector
h^{H}_{sel(1)}:
donde h_{sel(1)}
representa el canal completo (amplitud y fase) del terminal de
satélite seleccionado de la celda
C_{1}.
Una vez que se ha obtenido D_{2}, se genera un
vector f_{2} de precodificación de transmisión normalizado en
potencia mediante el uso de la matriz de bloqueo como
donde 1 es un vector de todos ceros
excepto la posición que corresponde al número "p" de una celda
correspondiente C_{p} (en este caso, p = 2). f_{2} es un vector
normalizado de
Kx1.
En este caso, el vector de precodificación
f_{2} es ortogonal al canal del terminal de satélite en la celda
C_{1}. Entonces, la interferencia en el terminal de satélite
seleccionado en la celda C_{1} es cero. Como el diseño es
secuencial, el usuario seleccionado en C_{1} recibe interferencia
cero proveniente de f_{2}, pero al contrario no ocurre lo mismo.
Esto se denomina cancelación triangular de la interferencia.
De esta manera, el terminal de satélite
seleccionado en el área de la celda C_{1} evita la interferencia
proveniente de los haces generados de manera secuencial después de
su propio haz (es decir, haces hacia C_{2} C_{3} C_{4} ...
C_{K}).
A continuación, f_{2} se transmite hacia la
celda C_{2}. Todos los terminales de satélite en el área 4
reciben el vector de precodificación f_{2} y miden su potencia
recibida a partir del mismo. Los terminales de satélite en la celda
C_{2} (ST_{21}, ST_{22}...) realimentan a la pasarela 2 la
SNIR recibida (SNIR_{21}, SNIR_{22}...). Nótese que en el caso
de CSI completa proveniente de los terminales de satélite
seleccionados, el terminal seleccionado en la celda C_{1} recibe
potencia cero desde f_{2}.
El planificador en la pasarela 2 selecciona el
terminal de satélite (entre ST_{21}, ST_{22}...) con el mejor
valor de SNIR realimentado en el área de la celda C_{2}. Como la
información acerca del canal del usuario seleccionado (terminal de
satélite) es completa, el planificador pide al terminal de satélite
seleccionado (con la mejor SNIR) que realimente su canal completo
(amplitud y fase) h_{sel(2)}. h_{sel(2)} es un
vector 1xK, cada uno de cuyos elementos comprende módulo y
fase.
Este proceso se repite de manera secuencial
sobre todos los haces que apuntan hacia las restantes celdas
(C_{3} C_{4} ... C_{K}).
De esta manera, para la generación del vector de
precodificación f_{3}, se construye una matriz de bloqueo D_{3}
de la siguiente manera:
en donde b_{3} se elige de una
manera similar como b_{1} y
b_{2}.
Y se genera un vector f_{3} de precodificación
de transmisión normalizado en potencia mediante el uso de la
matriz de bloqueo como
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde 1 es un vector de todos ceros
excepto la posición que corresponde al número "p" de una celda
correspondiente C_{p} (en este caso, p = 3). f_{3} es un vector
normalizado de
Kx1.
Como anteriormente, f_{3} se transmite hacia
la celda C_{3}. Los terminales de satélite en la celda C_{3}
(ST_{31}, ST_{32}...) realimentan a la pasarela 2 la SNIR
recibida (SNIR_{31}, SNIR_{32}...). Nótese que en el caso de
CSI completa proveniente de los terminales de satélite
seleccionados, el terminal seleccionado en la celda C_{1} y el
terminal correspondiente en la celda C_{2} reciben potencia cero
de f_{3}.
El planificador en la pasarela 2 selecciona el
terminal de satélite (entre ST_{31}, ST_{32}...) con el mejor
valor de SNIR realimentado en el área de la celda C_{3}. El
planificador pide al terminal de satélite seleccionado (con mejor
SNIR) que realimente su canal completo (amplitud y fase)
h_{sel(3)}. h_{sel(3)} es de nuevo un vector
1xK.
Para la generación de las restantes columnas
f_{4}... f_{K}, y para la selección de los mejores terminales
de satélite dentro de las celdas restantes, se construyen nuevas
matrices de bloqueo D_{4} ... D_{K} de una manera similar. De
esta forma, para p=4, 5... K, una matriz D_{p} toma la forma
de:
teniendo K filas y p
columnas.
De esta forma, el terminal de satélite
seleccionado en el área de celda C_{p} evita la interferencia
proveniente de los vectores de precodificación generados de manera
secuencial después de su propio vector de precodificación. En este
caso, el vector de precodificación f_{p} es ortogonal al canal
del terminal de satélite en los vectores de precodificación
f_{1}... f_{p-1}.
\global\parskip0.950000\baselineskip
Una vez que se obtiene la matriz D_{p}, se
genera un vector de precodificación de transmisión normalizado de
potencia f_{p} mediante el uso de la matriz de bloqueo como
donde de nuevo 1 es un vector de
todos ceros excepto la posición que corresponde al número "p"
de una celda correspondiente C_{p} (en este caso, es la posición
p). f_{p} es un vector normalizado de
Kx1.
Como se puede apreciar, en el caso de CSI
completa proveniente de usuarios seleccionados, la cancelación de
la interferencia a los vectores de precodificación anteriormente
configurados, hace que el usuario en C_{1} evite la recepción de
interferencias, mientras que el usuario en C_{2} recibe
interferencias solamente provenientes del vector de precodificación
transmitido hacia C_{1}, y evita la interferencia de los otros
vectores de precodificación (hacia C_{3} C_{4}...). El orden de
la precodificación es muy importante en este proceso triangular de
cancelación de la interferencia.
De esta forma, se forma una matriz F que tiene
KxK.
Se conserva la ganancia de diversidad
multiusuario en el sistema porque la fase recibida por cada
terminal de satélite es diferente y la generación de fase en el
propio vector de precodificación es aleatoria.
Una vez que se ha construido la matriz F y
seleccionado los mejores usuarios (terminales de satélite), se
puede iniciar una transmisión de datos, en la que se da servicio a K
usuarios de manera simultánea.
En este caso, la generación de vectores de
precodificación f_{1}, f_{2}... f_{K} se hace de manera
secuencial. Sin embargo, no se transmiten hacia las celdas
respectivas hasta que se construya la matriz completa F. Esto
significa que los mejores terminales de satélite no se seleccionan
de manera secuencial. Por el contrario, los K terminales de
satélite seleccionados (uno por celda) se seleccionan de manera
simultánea una vez que se ha construido la matriz F y se ha enviado
por medio de cualquier esquema de acceso múltiple. Esto tiene la
ventaja de reducir el tiempo dedicado a la inicialización de la
transmisión. Esto se explica a continuación.
Como en la situación A, se selecciona de la SPD
un vector b_{1} que tenga un tamaño Kx1. b_{1} se normaliza en
potencia y de esta forma se convierte en f_{1}.
A continuación, se requiere ahora un segundo
vector f_{2} de precodificación de transmisión. El objetivo es
tener un vector de precodificación f_{2} que interfiera lo menos
posible con el vector de precodificación f_{1}. De nuevo,
comenzamos desde un vector inicial b_{2}. f_{2} se desarrolla de
una manera similar que la del vector de precodificación f_{1}:
También se conoce la SPD recibida en la celda C_{2} desde cada
uno de los K haces, como se ha explicado con anterioridad. Una vez
más, comenzamos desde un vector inicial b_{2}. Como b_{1},
b_{2} es un vector que tiene un tamaño Kx1. El módulo de cada uno
de los K elementos de este vector b_{2} es tomado directamente de
la SPD, como ya se ha explicado, mientras que la fase de cada
elemento se genera de manera aleatoria.
Para el diseño de la columna f_{2}, se diseña
una matriz de bloqueo D_{2} que tiene dimensión Kx2. La matriz de
bloqueo D_{2} tiene una primera columna que corresponde al vector
b_{2} y una segunda columna que corresponde a un vector
f^{H}_{1}:
En otras palabras, la matriz de bloqueo D_{2}
se basa en la información del diagrama de radiación de las antenas
del satélite 1.
Una vez que se ha obtenido la matriz D_{2}, se
genera un vector f_{2} de precodificación de transmisión
normalizado en potencia (pero que no se transmite aún) mediante el
uso de la matriz de bloqueo como
donde 1 es un vector de todos ceros
excepto la posición que corresponde al número "p" de una celda
correspondiente C_{p} (en este caso, p = 2). f_{2} es un vector
normalizado de
Kx1.
\newpage
\global\parskip1.000000\baselineskip
f_{2} se formula para obtener vectores de
precodificación ortogonales en el lado del transmisor. A través de
este planteamiento, la interferencia recibida en cada terminal de
satélite al que se da servicio se ve disminuida de manera
considerable. Esta matriz de bloqueo D_{2} garantiza tan poca
interferencia como sea posible entre f_{1} y f_{2}, pero no
consigue la cancelación absoluta de la interferencia.
Este proceso se repite hasta que se construyen K
vectores de precodificación.
De esta forma, para la generación del vector de
precodificación f_{3}, se construye una matriz de bloqueo D_{3}
de la siguiente manera:
donde b_{3} se elige de una
manera similar como b_{1} y
b_{2}.
Y se genera un vector f_{3} de precodificación
normalizado en potencia mediante el uso de la matriz de bloqueo
como
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde 1 es un vector de todos ceros
excepto la posición que corresponde al número "p" de una celda
correspondiente C_{p} (en este caso, p = 3). f_{3} es un vector
normalizado de
Kx1.
Para la generación de los restantes vectores de
precodificación f_{4}... f_{K} se construyen nuevas matrices de
bloqueo D_{4} ... D_{K} de una manera similar. De esta forma,
para p=4, 5... K, una matriz D_{p} toma la forma de:
teniendo K filas y p
columnas.
Una vez que se obtiene la matriz D_{p}, se
genera un vector f_{p} de precodificación de transmisión
normalizado en potencia mediante el uso de la matriz de bloqueo
como
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde de nuevo 1 es un vector de
todos ceros excepto la posición que corresponde al número "p"
de una celda correspondiente C_{p} (en este caso, es la posición
p). f_{p} es un vector normalizado de
Kx1.
De esta manera, se forma una matriz de
precodificación F que tiene KxK.
Una vez que se obtiene la matriz de
precodificación F, se hace una transmisión simultánea sobre todos
los haces con la matriz de precodificación completa F.
A continuación, cada uno de la pluralidad de
terminales de satélite en cada celda realimenta al planificador de
la pasarela 2 su SNIR recibida (relación señal a ruido más
interferencia) (SNIR_{11}, SNIR_{12}... SNIR_{21},
SNIR_{22}... SNIR_{K1}, SNIR_{K2}...). El planificador en la
pasarela 2 selecciona, para cada celda, el terminal de satélite con
el mejor valor SNIR realimentado.
A continuación, puede comenzar una transmisión
de datos, en la que se da servicio de manera simultánea a K
usuarios (los terminales de satélite con la mejor SNIR).
En resumen, la invención proporciona un
procedimiento de asignación de una matriz de precodificación en un
sistema vía satélite de banda ancha que tiene en cuenta el diagrama
de radiación de las antenas del satélite, las características del
canal de línea de visión y la diversidad multiusuario causada por
todos los terminales de satélite a los que un satélite da servicio.
De esta manera, se mitiga la interferencia.
El procedimiento de la presente invención
proporciona un número de ventajas con respecto a los procedimientos
convencionales. Algunas de estas ventajas son:
- -
- tasa de bit más alta;
- -
- mejor disponibilidad (menos caída del servicio), lo que significa que satisface la tasa de requisito mínimo para la detección impuesta por los terminales;
- -
- menos varianza de las tasas entre terminales. Éste es un requisito importante en sistemas comerciales.
En el procedimiento de la invención, la amplitud
de canal (obtenida a través de la SPD) es más importante en el
proceso de generación de precodificador. Como todos los terminales
comparten características de amplitud similares dentro de la misma
cobertura de haz mientras que la fase es diferente entre ellos,, el
procedimiento proporciona una tasa muy similar sobre todos los
terminales en cada área de cobertura. Así, la tasa asignada a los
terminales sobre los instantes de tiempo consecutivos muestra una
baja varianza sobre el tiempo. Ésta es una característica muy
importante en el diseño de tramas de transmisión para su
implementación en estándares comerciales.
En resumen, la presente invención presenta un
diseño de precodificador que considera el diagrama de radiación de
las antenas del satélite en el proceso de diseño del
precodificador, de forma que el precodificador se genera teniendo
en cuenta las características de canal LOS. La precodificación se
lleva a cabo sobre todos los haces gestionados por una única
pasarela donde se realiza un proceso de selección oportunista de
usuario.
Si se compara el procedimiento de la invención
al procedimiento de la técnica anterior: Se recalca que, mientras
que el procesado descrito por L. Cottatellucci y colaboradores
(véase la remisión en el "Estado de la Técnica") tiene en
consideración al canal, no explota la información del diagrama de
radiación de las antenas del satélite. Esta descripción de la
técnica anterior no está al tanto del hecho de que el canal tiene
Línea de Visión (LOS), y por lo tanto no la explota. Su esquema es
el mismo que el esquema de las comunicaciones terrestres, sin
consideraciones específicas para sistemas de satélite. Además, el
esquema de precodificación de Cottatellucci requiere información
completa de canal. Sin embargo, la información completa de canal
para todos los usuarios es impracticable. Como consecuencia de
esto, se lleva a cabo una selección aleatoria de usuarios. Por lo
tanto, se desaprovecha toda la ganancia multiusuario.
La invención obviamente no se limita a las
realizaciones específicas descritas en este documento, sino que
también abarca cualquier variación que pueda considerar una persona
que sea experta en la técnica (por ejemplo, con relación a la
elección de componentes, la configuración, etc.), dentro del marco
general de la invención.
Claims (15)
1. Un procedimiento para asignar un esquema
precodificado de formación de haces en un sistema vía satélite de
banda ancha, en el que el mencionado sistema vía satélite de banda
ancha comprende un satélite multihaz (1) que tiene una pluralidad
de antenas y una pluralidad de haces de satélite, una pasarela (2)
y un número N de terminales de satélite (ST_{11}, ST_{12}...
ST_{21}, ST_{22}, ST_{23}... ST_{K1}, ST_{K2}...), y en el
que la mencionada pasarela (2) está configurada para procesar y
para dar servicio a una pluralidad de K haces de la mencionada
pluralidad de haces de satélite dirigidos hacia el mencionado
número N de terminales de satélite (ST_{11}, ST_{12}...
ST_{21}, ST_{22}, ST_{23}... ST_{K1}, ST_{K2}...), en el
que K < N, y en el que la mencionada asignación de un esquema
precodificado de formación de haces comprende un procesado conjunto
sobre la mencionada pluralidad de K haces,
donde el procedimiento está caracterizado
por que el diseño del mencionado esquema precodificado de formación
de haces tiene en cuenta:
- -
- el diagrama de radiación de las mencionadas antenas de satélite;
- -
- las características del canal de línea de visión; y
- -
- la diversidad multiusuario provocada por el mencionado número N de terminales de satélite (ST_{11}, ST_{12}... ST_{21}, ST_{22}, ST_{23}... ST_{K1}, ST_{K2}...), donde la mencionada toma en cuenta de la mencionada diversidad multiusuario comprende una selección de K terminales de satélite de entre el mencionado número N de terminales de satélite (ST_{11}, ST_{12}... ST_{21}, ST_{22}, ST_{23}... ST_{K1}, ST_{K2}...), en el que K < N, donde los K terminales de satélite seleccionados tienen una mejor relación señal a ruido o una mejor relación señal a ruido más interfe- rencia;
siendo el mencionado esquema
precodificado de formación de haces aplicable a sistemas que tienen
conocimiento completo del canal de dichos K terminales de satélite
y a sistemas que tienen conocimiento parcial del
canal.
2. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la mencionada selección de K terminales
de satélite se lleva a cabo de acuerdo con los siguientes
pasos:
- -
- dividir el área (4) en la que el mencionado número N de terminales de satélite (ST_{11}, ST_{12}... ST_{21}, ST_{22}, ST_{23}... ST_{K1}, ST_{K2}...) está localizado en un número K de celdas (C_{1}, C_{2}, ..., C_{K}), cada una de las cuales comprende al menos un terminal de satélite;
- -
- en cada una de las celdas (C_{1}, C_{2}, ..., C_{K}) seleccionar un terminal de satélite correspondiente a un mejor valor de la relación señal a ruido o de la relación señal a ruido más interferencia.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el mencionado procesado conjunto y la
selección de K terminales de satélite sobre la mencionada
pluralidad de K haces se lleva a cabo siguiendo los pasos de:
- -
- generar un primer vector de precodificación (f_{1}) y transmitirlo hacia una primera celda (C_{1}) desde el mencionado satélite (1), donde el mencionado primer vector de precodificación (f_{1}) se construye a partir de la información del diagrama de radiación de las mencionadas antenas del satélite, siendo dicho vector de precodificación (f_{1}) un vector Kx1 y comprendiendo el mencionado vector de precodificación (f_{1}) la contribución de cada uno de los mencionados K haces sobre la mencionada primera celda (C_{1});
- -
- realimentar al mencionado satélite (1) una relación señal a ruido (SNR_{11}, SNR_{12}...) medida por cada uno de los terminales de satélite (ST_{11}, ST_{12}...) en la mencionada celda (C_{1}),
- -
- en el lado del satélite, seleccionar un terminal de satélite dentro de la mencionada celda (C_{1}) que tenga la mejor relación señal a ruido y solicitando al mencionado terminal de satélite seleccionado que envíe sus características de canal (h_{sel(1)});
- -
- construir vectores de precodificación posteriores (f_{2}, f_{3}, ...f_{K}), seleccionar los terminales de satélite que tengan la mejor relación señal a ruido más interferencia dentro de las celdas correspondientes (C_{2}, C_{3}..., C_{K}) y solicitar a cada uno de los mencionados terminales de satélite seleccionados que envíe sus características de canal (h_{sel(2)}, h_{sel(3)}... h_{sel(K)}), siendo cada vector de precodificación posterior (f_{p}) dependiente de la información del diagrama de radiación de las mencionadas antenas del satélite y de las características de canal de los terminales de satélite anteriormente seleccionados (h_{sel(1)}, h_{sel(2)}... h_{sel(p-1)}), siendo el mencionado vector de precodificación (f_{p}) un vector Kx1 y comprendiendo el mencionado vector de precodificación (f_{p}) la contribución de cada uno de los mencionados K haces sobre una celda correspondiente (C_{p});
- -
- construcción de una matriz de precodificación (F) que tenga un tamaño KxK, en la que las K columnas de la mencionada matriz de precodificación (F) son los K vectores de precodificación (f_{1}, f_{2}, ...f_{K}) construidos anteriormente.
4. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 3, en el que el mencionado primer vector de
precodificación (f_{1}) es el resultado de normalizar en potencia
un primer vector (b_{1}) que comprende K contribuciones de
potencia correspondientes a los mencionados haces de satélite
dirigidos hacia la mencionada celda (C_{1}), y en el que los
mencionados vectores de precodificación posteriores (f_{p}) son
el resultado de normalizar en potencia un vector (b_{p})
correspondiente que comprende K contribuciones de potencia
correspondientes a K haces de satélite dirigidos hacia una celda
(C_{p}).
5. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, en el que el mencionado vector de precodificación
posterior (f_{p}) depende de una matriz de bloqueo D_{p} que
tiene un tamaño Kxp, y que se forma de la siguiente manera:
6. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que el mencionado vector de precodificación
(f_{p}) está formado de la siguiente manera:
donde 1 es un vector de todos ceros
excepto la posición que corresponde al número p de la mencionada
celda (C_{p}) y f_{p} es un vector normalizado de
Kx1.
7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones de la 3 a la 6, en el que las mencionadas
características de canal (h_{sel(1)}, h_{sel(2)},
h_{sel(3)} ... h_{sel(K)}) comprenden tanto la
información de amplitud como la información de fase.
8. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el mencionado procesado conjunto sobre
la mencionada pluralidad de K haces se lleva a cabo siguiendo los
pasos de:
- -
- construir un primer vector de precodificación (f_{1}), en el que el mencionado primer vector de precodificación (f_{1}) está construido a partir de la información del diagrama de radiación de las mencionadas antenas del satélite, donde dicho vector de precodificación (f_{1}) es un vector Kx1 y comprende la contribución de cada uno de los mencionados K haces sobre la mencionada primera celda (C_{1});
- -
- construir K-1 vectores de precodificación posteriores (f_{2}, f_{3}, ...f_{K}), cada uno de ellos teniendo un tamaño Kx1, siendo cada vector de precodificación posterior (f_{p}) dependiente de la información del diagrama de radiación de las mencionadas antenas de satélite y del vector de precodificación anteriormente construido (f_{1}, f_{2}, ...f_{p-1}) y donde el mencionado vector de precodificación (f_{p}) comprende la contribución de cada uno de los mencionados K haces sobre una celda correspondiente (C_{p});
- -
- construir una matriz de precodificación (F) que tenga un tamaño KxK, en la que las K columnas de la mencionada matriz de precodificación (F) son los K vectores de precodificación (f_{1}, f_{2}, ...f_{K}) anteriormente construidos.
9. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que el mencionado vector de precodificación
posterior (f_{p}) depende de una matriz de bloqueo D_{p} que
tiene un tamaño Kxp, y que se forma de la siguiente manera:
10. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 9, en el que el mencionado vector de precodificación
(f_{p}) está formado de la siguiente manera:
donde 1 es un vector de todos ceros
excepto la posición que corresponde al número p de la mencionada
celda (C_{p}) y f_{p} es un vector normalizado de
Kx1.
11. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10, que comprende de manera adicional:
- -
- la transmisión de la mencionada matriz de precodificación (F) hacia la mencionada área(4);
- -
- en cada una de las celdas (C_{1}, C_{2}, C_{3}..., C_{K}), realimentar al mencionado satélite (1) una relación señal a ruido más interferencia (SNIR_{11}, SNIR_{12}..., SNIR_{21}, SNIR_{22}..., SNIR_{K1}, SNIR_{K2}...) medida por cada uno de los terminales de satélite en su celda correspondiente,
- -
- seleccionar un terminal de satélite por celda, teniendo los mencionado terminales de satélite seleccionados la mejor relación señal a ruido más interferencia dentro de las celdas correspondientes (C_{1}, C_{2}, C_{3}..., C_{K}).
12. Un procedimiento de transmisión simultánea
de datos a K terminales de satélite en un sistema vía satélite de
banda ancha, donde el mencionado sistema vía satélite de banda
ancha comprende un satélite (1) y un número N de terminales de
satélite (ST_{11}, ST_{12}... ST_{21}, ST_{22}, ST_{23}...
ST_{K1}, ST_{K2}...), en el que, antes de comenzar la mencionada
transmisión simultánea de datos a K terminales de satélite, el
procedimiento comprende los pasos de:
- -
- asignar un esquema precodificado de formación de haces y seleccionar un grupo de K terminales de satélite de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
13. Una pasarela (2) que comprende un medio
adaptado para llevar a cabo los pasos del procedimiento de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 12.
14. Un sistema vía satélite que comprende un
satélite (1), un número N de terminales de satélite (ST_{11},
ST_{12}... ST_{21}, ST_{22}, ST_{23}... ST_{K1},
ST_{K2}...) y una pasarela (2) de acuerdo con la reivindicación
13.
15. Un programa de ordenador que comprende un
medio de código de programa de ordenador adaptado para realizar los
pasos del procedimiento de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones de la 1 a la 12 cuando se ejecuta el mencionado
programa en un ordenador, un procesador digital de la señal, una
matriz de puertas programable, un circuito integrado específico de
la aplicación, un microprocesador, un microcontrolador o cualquier
otra forma de hardware programable.
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