ES2336115T3

ES2336115T3 - Metodo y aparato en un sistema de comunicacion basado en mimo (entrada multiple salida multiple.

Info

Publication number: ES2336115T3
Application number: ES04775460T
Authority: ES
Inventors: Peter Larsson; Svante Signell; David Astely
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: CN100555906C; US7778342B2; CN1918815A; KR101084831B1; EP1695456A1; TWI354462B; TW200529589A; US20070258392A1; KR20060123283A; DE602004024116D1; EP1695456B1; WO2005060123A1; ATE448607T1

Abstract

Un método de comunicación para usar en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario (R41,..., R4K; R51,..., R5K) que comunican con al menos un nodo transmisor (T4; T5), dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas, cada uno de dichos terminales de usuario que comprende al menos una antena, dicho método que se caracteriza por: seleccionar un primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario que comprende al menos un terminal de usuario, seleccionar un segundo conjunto (R42,..., R4K; R53,..., R5K) de terminales de usuario no comprendidos en el primer conjunto, adaptar los primeros parámetros de comunicación para el primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario de acuerdo con un primer principio adecuable para optimizar la comunicación con el primer conjunto de terminales de usuario, adaptar los segundos parámetros de comunicación del segundo conjunto (R42,..., R4K; R53,..., R5K) de terminales de usuario de acuerdo con un segundo principio que es distinto del primer principio, en respuesta a los parámetros de comunicación seleccionados por el primer conjunto, transmitir al primer conjunto de terminales de usuario de acuerdo con los primeros parámetros de comunicación y al segundo conjunto de terminales de usuario de acuerdo con los segundos parámetros de comunicación.

Description

Método y aparato en un sistema de comunicación basado en MIMO (Entrada Múltiple Salida Múltiple).

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de comunicación para uso en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario que comunican con al menos un nodo transmisor, dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas, cada uno de dichos terminales de usuario que comprende al menos una antena. La invención también se refiere a un nodo transmisor como se define en el preámbulo de la reivindicación 8 y a una red de comunicación basada en MIMO como se define en el preámbulo de la reivindicación 15.

Antecedentes y Técnica anterior

Las soluciones que implican configuraciones de antena de Entrada Múltiple Salida Múltiple (MIMO), en las que tanto el transmisor como los receptores tienen múltiples antenas, están siendo consideradas para usar en redes de comunicaciones inalámbricas para mejorar el rendimiento del sistema en términos de tasa de transmisión de datos de pico, cobertura y capacidad.

En el caso general, en tal sistema, tanto el transmisor como los receptores tienen múltiples antenas. Esto provoca una serie de posibles canales de radio, entre cada antena transmisora y receptora. Se puede definir una matriz de canales H para caracterizar todos los canales. Si se usan N antenas de transmisión y M antenas de recepción el tamaño de la matriz de canales H será M x N. H generalmente varía con el tiempo.

En el caso cuando el canal es conocido para el receptor pero no para el transmisor, los datos se transmiten uniformemente en todas las direcciones, y la capacidad del canal se puede expresar como

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donde N es el número de antenas en el transmisor, p es la potencia de transmisión recibida total dividida por la potencia de ruido en el lado de recepción, I es la matriz de identidad, y * es el operador Hermítico.

Se conoce bien que en condiciones de desvanecimiento con el canal de propagación no correlado estadísticamente, la capacidad del canal medida en bits por canal usa escalas (desde un punto de vista de teoría de la información con la potencia media de transmisión fija) en media como

2

donde C_{SISO} es la capacidad del canal para comunicación de antena de transmisión única recepción única (Entrada Única Salida Única) (tradicional), es decir

3

donde SNR_{SISD} es la relación señal ruido SISO y C_{MIMO} es la capacidad del canal MIMO resultante. Cuando M=N la capacidad del canal es N veces la capacidad del canal SISO, es decir

4

Cabe señalar que la comunicación SISO tiene una relación logarítmica para la capacidad del canal con respecto a la SNR (ver la ec.(3)). El beneficio de la transmisión MIMO con múltiples secuencias de datos es que en lugar de usar toda la potencia en una secuencia, se usan secuencias paralelas múltiples con la SNR ligeramente inferior en su lugar. De esta forma se obtiene una multiplicación de la capacidad en lugar de un incremento logarítmico en capacidad.

Hasta ahora, la discusión ha sido afectada con el caso de que el transmisor no sabe nada sobre la matriz de canal H. En el caso cuando el transmisor tiene conocimiento sobre el canal, el rendimiento se puede mejorar además transmitiendo secuencias de datos con distintas potencias en los distintos modos del canal. Además, el conocimiento del canal también se puede usar para reducir la complejidad del terminal cuando se desmodulan y descodifican las señales recibidas.

Una descripción extensa de MIMO se encuentra en A. Goldsmith, S. A. Jafar, N. Jindal, S. Vishwanath, "Límites de Capacidad de Canales MIMO", Diario del IEEE en Áreas Seleccionadas de Com., VOL. 21, NO. 5 de Junio de 2003.

Una forma reciente, alternativa, de manejar la comunicación en sistemas MIMO es la MIMO oportunista, que también se llama algunas veces MIMO de diversidad multiusuario. La idea es que uno puede enviar, para cada uno de los potencialmente muchos canales, no todas las secuencias MIMO (de aquí en adelante llamadas subcanales MIMO) a un usuario único, pero en su lugar distribuir los subcanales MIMO sobre varios usuarios. Esto se puede consumar de una manera oportunista seleccionando los usuarios en base a la realimentación de la información de la Relación Portadora a Interferencia (CIR) de los usuarios que reciben. En MIMO, la información de la CIR se realimenta para cada subcanal MIMO. Cuantos más receptores presentes, más probable será que uno encuentre "buenos" canales, y esto se garantiza en un sentido estadístico. La arquitectura MIMO oportunista se ilustra, por ejemplo, en W. Rhee, W. Yu y J.M. Cioffi: "Utilizando Diversidad Multiusuario para el Sistema de Antenas Múltiples," Actas de la Conferencia de Interconexión y Comunicación Inalámbrica del IEEE (WCNC), páginas 420-425, Septiembre de 2000, Chicago, USA.

La MIMO oportunista hace uso del hecho de que con un gran número de usuarios, es probable que los canales MIMO puedan tener realizaciones en las que se pueden recibir una o varias secuencias MIMO con alta calidad por uno o más usuarios a pesar del hecho de que no se usa la CSI para predecir las señales en el transmisor. Esto se logra incluso cuando se usan métodos simples de demodulación no óptima tales como forzar a cero. Al final, es la estación base la que determina qué subcanal de MIMO usar para qué usuario. Además de forzar a cero, se pueden usar otros métodos de demodulación bien conocidos tales como MMSE, Cancelación Sucesiva de Interferencia (SIC), Cancelación Paralela de Interferencia (PIC), u otros esquemas de detección Multiusuario (MUD).

La MIMO oportunista es factible en situaciones donde está implicado un gran número de usuarios y los datos están pendientes de transmisión a ellos. El rendimiento en situaciones donde solamente están implicados unos pocos usuarios es menor.

Objeto de la invención

Es un objetivo de la presente invención optimizar el uso global de los recursos de la red en una red de comunicación multiantena, multiusuario.

Compendio de la invención

Este objetivo se logra de acuerdo con la invención por medio de un método de comunicación para usar en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario que comunican con al menos un nodo de transmisión, dicho nodo de transmisión que comprende una pluralidad de antenas, cada uno de dichos terminales de usuario que comprende al menos una antena, dicho método que se caracteriza por:

: seleccionar un primer conjunto de usuarios que comprende al menos un usuario,

: seleccionar un segundo conjunto de usuarios no comprendidos en el primer conjunto,

: adaptar los parámetros de comunicación para el primer conjunto de usuarios de acuerdo con un primer principio adaptable para optimizar la comunicación con el primer conjunto de usuarios,

: adaptar los parámetros de comunicación para el segundo conjunto de usuarios de acuerdo con un segundo principio que es distinto del primer principio, en respuesta a los parámetros de comunicación seleccionados por el primer conjunto,

: transmitir al primer conjunto de terminales de usuario de acuerdo con los primeros parámetros de comunicación y al segundo conjunto de terminales de usuario de acuerdo con los segundos parámetros de comunicación.

El objetivo también se logra por medio de un nodo transmisor para usar en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario que comunican con el nodo transmisor, en donde cada uno de dichos terminales de usuario comprende al menos una antena, dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas de transmisión dispuestas a transmitir información a una pluralidad de nodos receptores, dicho nodo transmisor que comprende:

: medios de selección para seleccionar un primer conjunto de terminales de usuario que comprende al menos un terminal de usuario y un segundo conjunto de terminales de usuario no comprendidos en el primer conjunto

: los primeros medios de adaptación para adaptar los primeros parámetros de comunicación para el primer conjunto de terminales de usuario de acuerdo con un primer principio adaptable para optimizar la comunicación con el primer conjunto de terminales de usuario,

: los segundos medios de adaptación para adaptar los segundos parámetros de comunicación para el segundo conjunto de terminales de usuario de acuerdo con un segundo principio que es distinto del primer principio, en respuesta a los parámetros de comunicación seleccionados por el primer conjunto, los medios de transmisión para transmitir al primer conjunto de terminales de usuario de acuerdo con los primeros parámetros de comunicación y con el segundo conjunto de terminales de usuario de acuerdo con los segundos parámetros de comunicación.

De acuerdo con la invención, primero se aplica un algoritmo a un primer usuario, o grupo de usuarios, que optimiza la comunicación con ese grupo de usuarios. El primer conjunto de usuarios normalmente es un pequeño grupo de usuarios respecto al número total de usuarios. Entonces, siempre que sea posible o deseable, la comunicación se inicia con otros usuarios usando un principio o algoritmo de optimización distinto. De esta forma se puede optimizar la comunicación con uno o unos pocos usuarios mientras que los recursos se pueden usar de una manera eficiente también por otros usuarios.

En una realización preferente el primer principio implica optimización con respecto a la Información de Estado del Canal (CSI), por ejemplo con una Descomposición de Valor Singular (SVD) de la matriz de canal. Se usan entonces matrices de formación de haz unitario obtenidas de la SVD tanto en el transmisor como en un receptor único (en el primer conjunto de terminales de usuario) para crear un conjunto de múltiples subcanales de MIMO no interferentes ortogonales.

Para el segundo grupo la realimentación se transmite, en base a la transmisión basada en la SVD, desde el segundo grupo al transmisor. El receptor en el segundo grupo al que el transmisor va a transmitir en un momento dado, y la subsecuencia a ser transmitida a este receptor, se determinan de una manera oportunista.

Adaptando el transmisor y posiblemente la asignación de potencia a las distintas secuencias basadas en la CSI de un usuario, pero entonces teniendo la posibilidad de transmitir las secuencias a otros usuarios se mejora el rendimiento en comparación a transmitir los datos solamente al usuario para el que se optimiza la comunicación. El rendimiento es siempre mejor que aquél ofrecido por el método SVD-MIMO en solitario (es decir, cuando se optimiza un enlace de usuarios único. Para enlaces de usuario múltiples que se optimizan con respecto a la CSI, el rendimiento agregado es incluso mejor pero supone por contra incremento de complejidad).

Una SVD de la matriz de canal H se define como sigue:

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donde U y V son matrices unitarias, * es el operador Hermítico y S es una matriz con valores singulares ordenados en la diagonal principal. Asumamos ahora que se envían concurrentemente M secuencias de datos independientes multiplicando cada secuencia saliente con una columna de la matriz V en el transmisor y que la matriz U* se usa en el receptor. De esta forma, se crean una serie de secuencias no interferentes, paralelas, y el canal resultante visto por cada secuencia será entonces el elemento correspondiente de la matriz diagonal S. La capacidad óptima entonces se puede determinar a través de aplicar el teorema de llenado de agua, que supone que las potencias de transmisión de cada secuencia se seleccionan como una función del elemento diagonal en S, los niveles de ruido del receptor, y la potencia de transmisión total intentada. También es posible usar, por supuesto, la misma potencia en todas las secuencias, solamente con una pequeña pérdida en SNR alta. La relación, es decir un modo de enlace que comprende una combinación de esquema de codificación y modulación, se aplica en cada subcanal de MIMO en respuesta a la relación señal ruido u otra medida de calidad.

Este tipo de transmisión con una SVD optimiza la comunicación para un usuario único, pero el planteamiento SVD no se puede usar directamente para receptores múltiples. Otro inconveniente es que la MIMO basada en SVD requiere que sea conocida la CSI completa en el transmisor. La CSI consecuentemente debe ser comunicada de alguna manera al transmisor. Si se selecciona un usuario con la CSI que varía lentamente como el primer conjunto de usuarios de acuerdo con la invención, se reduce la cantidad de datos de la CSI, mientras que los usuarios con canales que varían rápido solamente reportan información de la CIR para los subcanales de MIMO.

Como se explicó arriba, la SVD se puede usar para optimizar la comunicación con un usuario único, mientras que la comunicación MIMO oportunista es particularmente ventajosa para la comunicación con varios usuarios a la vez. Cuando estos dos algoritmos se combinan en la forma inventiva, el resultado global es un uso más eficiente de los recursos de la red que con cualquier otro de los algoritmos en su propia forma.

Se pueden usar otros métodos en lugar de la SVD para precodificar la transmisión para el primer conjunto de usuarios, tales como otros parámetros de ponderación de antena o una precodificación no lineal, como se describe, por ejemplo, en Fischer, Windpassinger, Lamp, Huber, "Transmisión Espacio Tiempo usando precodificación Tomlinson Harashima", Actas de 4. Conferencia ITG sobre Codificación de Canal y Fuente, Berlín, Enero de 2002, páginas 139-147, adaptadas para los canales del primer conjunto de usuarios. Para un receptor único con antenas múltiples, o varios usuarios cada uno que tiene una antena, se puede usar forzar a cero. Se puede hacer también una denominada factorización QR de la matriz de canal. En este caso, la matriz Q unitaria se puede usar en el transmisor, posiblemente combinada con alguna forma de codificación para reducir la interferencia experimentada por un receptor.

El algoritmo referenciado arriba como comunicación MIMO oportunista es adecuado para usar como el segundo principio, afectado para los parámetros de transmisión usados por los usuarios seleccionados. Los parámetros de comunicación para el segundo grupo de usuarios se deberían adaptar en este caso en base a un indicador de la calidad de la secuencia, tal como la CIR.

Con la invención, ya es evidente una ganancia MIMO oportunista en meramente dos usuarios presentes, mientras que el beneficio real en MIMO oportunista tradicional normalmente requiere más usuarios. La cantidad de realimentación del canal permanece baja, y es casi comparable con una única realimentación de usuarios SVD-MIMO.

Los primer y segundo grupos de usuarios se pueden seleccionar de acuerdo con distintos criterios, por ejemplo, una combinación de entradas que implican, por ejemplo, parámetros de calidad de servicio y tráfico, conocimiento de la CSI, y/o configuración de la antena de los terminales de usuario.

Acrónimos

MIMO: Entrada Múltiple Salida Múltiple

MISO: Entrada Múltiple Salida Única

SIMO: Entrada Única Salida Múltiple

SISO: Entrada Única Salida Única

SVD: Descomposición del Valor Singular

CSI: Información de Estado del Canal

CA: Adaptación del Canal

LA: Adaptación del Enlace

MCS: Esquema de Codificación y Modulación

OFDM: Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal

CIR: Relación Portadora a Interferencia

MMSE: Error Cuadrático Medio Mínimo

SIC: Cancelación Sucesiva de Interferencia

PIC: Cancelación Paralelo de Interferencia

MUD: Detección Multiusuario

Breve descripción de los dibujos

A continuación, la invención se describirá en más detalle, con referencia a los dibujos anexos, en los que

La Figura 1 muestra un sistema MIMO simple basado en la SVD que implica un transmisor y un receptor;

La Figura 2 muestra un sistema MIMO que implica un transmisor y cuatro receptores, que usa comunicación oportunista;

La Figura 3 muestra una configuración después de programar los recursos de subcanal de MIMO a distintos usuarios;

La Figure 4 ilustra una primera realización de un sistema en el que se combinan MIMO basada en la SVD y MIMO oportunista;

La Figura 5 ilustra una segunda realización de un sistema en el que se combinan MIMO basada en la SVD y MIMO oportunista;

La Figura 6 muestra una simulación de la capacidad de canal media como una función del número de receptores disponibles usando MIMO basada en la SVD, MIMO oportunista y una combinación de las dos, respectivamente;

La Figura 7 muestra un ejemplo de un protocolo que se puede usar para la invención.

Descripción detallada de las realizaciones

La Figura 1 ilustra la comunicación MIMO básica entre un transmisor 1 que comprende cuatro antenas transmisoras TX1, TX2, TX3, TX4 y un receptor 3 que comprende cuatro antenas receptoras RX1, RX2, RX3, RX4. Se usa una SVD para optimizar la comunicación entre el transmisor 1 y el receptor 3. Una matriz de canal H representa todos los canales entre las antenas transmisoras y las antenas receptoras. T= {T1, T2, T3, T4} es un vector de las secuencias transmitidas que se ponderan por la matriz de formación de haz V obtenida de una descomposición de H, y transmitida entonces desde las antenas TX1, TX2, TX3, TX4. R={R1, R2, R3, R4} es un vector de la señal reconstruida obtenido después de aplicar una señal unitaria recibida en las antenas del receptor RX1, RX2, RX3, RX4 y N={N1, N2, N3, N4} es un vector con Ruido Gaussiano añadido al vector de la señal recibida R en las antenas del receptor RX1, RX2, RX3 y RX4, respectivamente. Como se puede ver, cada una de las antenas receptoras RX1, RX2, RX3, RX4 recibe señales de todas las antenas transmisoras TX1, TX2, TX3, TX4. La información CSI se transmite desde el receptor 3 al transmisor 1 en un canal de realimentación 5 mostrado como una línea discontinua. U y V son las matrices unitarias determinadas de la SVD de la matriz de canal H (ver ec. (5)). Las señales reconstruidas en R se pueden descodificar con los métodos de descodificación de las técnicas actuales (no se muestran).

La Figura 2 ilustra una arquitectura MIMO oportunista. Cabría señalar que cada terminal se puede equipar con un número arbitrario de antenas. Un transmisor T2 que comprende cuatro antenas transmisoras TX21-TX24 transmite datos a los cuatro receptores R21, R22, R23, R24. Los primero y cuarto receptores R21, R24 tienen cuatro antenas receptoras cada uno, el segundo receptor R22 tiene tres antenas receptoras y el tercer receptor R23 tiene una antena receptora. Se muestran los canales de realimentación 7 desde cada receptor a una unidad de programación y control 9 en el transmisor como líneas discontinuas. Los canales de realimentación 7 se usan para los parámetros de transmisión tales como la adaptación de enlace y los datos de programación para usar por el transmisor. Una serie de almacenadores (no mostrados) comprenden la información a ser transmitida a los receptores.

La unidad de programación y control 9 selecciona el almacenador desde el que transmitir en cualquier momento dado, y a quien enviar, en base a los datos de realimentación. También selecciona el MCS a usar para la transmisión. La unidad de programación y control 9 también puede tener en cuenta los parámetros de calidad de servicio, tales como el tiempo de retardo máximo para un paquete de datos, los requerimientos de equidad, etc. Las matrices de ponderación W21 - W24 se usan para ajustar la recepción en el receptor respectivo. Además de las matrices de ponderación, se usan estructuras de receptor tradicionales después de las matrices de ponderación, pero también pueden ser usadas estructuras de receptor más avanzadas que incluyen descodificación/detección multiusuario después de las matrices de ponderación. En este caso, la unidad de programación y control se dispone para identificar los receptores a los que es posible una buena calidad de transmisión en un momento dado.

La Figura 3 muestra un sistema celular que comprende un transmisor, en este caso una estación base 11 que comunica con una serie de terminales de usuario 13, 15 que usan MIMO multiusuario, por ejemplo, MIMO orientada a oportunista. La Figura 3 muestra la situación después de programar los recursos de subcanal de MIMO a distintos usuarios 13 que han suministrado realimentación de la CIR a la estación base en un caso. Con otros usuarios 15 no hay comunicación actualmente. En sucesivos ejemplos, la configuración del flujo de tráfico puede cambiar/cambiará en respuesta a las variaciones del canal. También, algunos usuarios pueden no recibir ningún dato, ya que sus condiciones de la CIR son desfavorables o simplemente porque no hay datos a enviarles.

Las Figuras 4 y 5 muestran una descripción de la idea básica, en donde están disponibles un transmisor y en total K usuarios que reciben.

En la Figura 4, el transmisor T4 ha seleccionado optimizar la transmisión al primer receptor R41 usando una SVD. Para cada uno de los receptores, se aplica una matriz de canal H_{k}, siendo k el número del receptor. En particular el primer receptor R41 emplea una matriz de ponderación que es la Hermítica de la matriz unitaria U_{1} derivada de la SVD del canal H41, mientras que el transmisor usa la matriz SVD unitaria V4, derivada de manera similar desde el canal H41. En un canal de realimentación 17, mostrado como una línea discontinua desde el primer receptor R41 al transmisor T4, se transmite la información CSI que se necesita para la MIMO basada en SVD al bloque de ponderación V4 en el transmisor. La CSI también se puede determinar, si existe un canal recíproco, por el R41 al canal de T4, por ejemplo enviando un símbolo de estimación de canal de MIMO desde el R41 al T4 y estimando consecutivamente el canal. En este caso, la característica de Interferencia en R41 también se puede volver a señalizar al T4. Con respecto a la adaptación de transmisión, se puede usar un método alternativo para precodificar la transmisión al primer receptor, tal como otros parámetros de ponderación de la antena o una precodificación no lineal adaptada para el canal de un usuario. En particular, el patrón de interferencia (caracterizado estadísticamente o instantáneo) en el receptor se puede tener en cuenta en la selección del parámetro de ponderación de la antena. Para los restantes usuarios R42,..., R4K, se usa comunicación oportunista. Desde cada uno de los restantes usuarios R42,..., R4K un canal de realimentación 19 transmite la realimentación de la CIR de MIMO u otro indicativo de realimentación del modo de enlace preferente a usar, a la unidad de programación y control 9'.

En esta realización, la unidad de programación y control 9' comprende una unidad de procesado previo 91 dispuesta para recibir la información CSI transmitida en el canal de realimentación 17, lo preprocesa si es aplicable y lo reenvía al bloque de ponderación V4. La unidad de control determinará, en base a la entrada de otras unidades, teniendo en cuenta por ejemplo los requerimientos de QoS, el estado del almacenador y los criterios de priorización, además de la posible realimentación de la CSI y las propiedades del canal, tales como velocidad, qué receptor(es) que señalará(n) la CSI y en qué momento. La unidad de procesado previo 91 entonces se dispone para recibir la CSI en los canales de realimentación desde el(los) receptor(es) y optimizar la ponderación usada en el bloque de ponderación
V4.

La unidad de programación y control 9' también comprende una unidad de información CQI 93 dispuesta para recibir la información de la calidad del canal desde todos los usuarios y controlar la transmisión desde los almacenadores a los receptores no incluidos en el primer subconjunto.

En el transmisor T4 una serie de almacenadores en una unidad almacenadora B4 comprenden la información que va a ser transmitida a los receptores.

La unidad de programación y control 9' selecciona a quién enviar los datos en cualquier momento dado en base a la realimentación y selecciona el almacenador correspondiente desde el que se toman los datos. También selecciona el MCS a usar para la transmisión. La unidad de programación y control 9' también puede tener en cuenta los parámetros de calidad de servicio, tales como el tiempo de retardo máximo para un paquete de datos, los requerimientos de equidad, etc.

También se pueden incluir una o más de las otras unidades 95, para proporcionar información a la unidad de programación y control 9' para usar cuando se controla la comunicación. Esta información puede ser, por ejemplo, información de la calidad de servicio y/o información relacionada con el terminal. La unidad de programación y control 9' también puede recibir información de cola desde los almacenadores.

En la Figura 5 el transmisor ha decidido que los parámetros de transmisión (que supone por ejemplo las potencias de transmisión y las ponderaciones de antenas) se deberían adaptar al estado del canal al primer subconjunto de usuarios que consta de los primeros y segundos usuarios que reciben R51, R52, mientras que los restantes usuarios R53,.., R5K funcionan en modo oportunista, en virtud de la restricción de que la transmisión global se optimiza para el primer subconjunto de usuarios. La información CSI desde los usuarios R51 y R52 en el primer subconjunto se transmite en los respectivos canales de realimentación 21, 22 a la matriz V, V5 en el transmisor T5. (O como previamente se describió en la Figura 4, la reciprocidad del canal se puede explotar para determinar los estados del canal enviando símbolos de estimación de canal desde X51 así como de X52 a T5) Desde los otros usuarios R53,..., R5K solamente es necesaria la realimentación en cuanto a la calidad de la secuencia en los canales de realimentación respectivos 23, 24. El primer subconjunto puede implicar más de dos usuarios.

En este caso, en general no se puede usar directamente una SVD normal de cada canal a los usuarios R51 y R52 para determinar las matrices de transmisión y recepción. No obstante, en base a los canales H51 y H52, el transmisor puede usar una matriz de ponderación Y_{1,2} y el usuario una y dos matrices de ponderación X51 y X52. Aquellas matrices de ponderación se pueden optimizar para maximizar la capacidad agregada en ambos enlaces (o más si se consideran más de dos usuarios para la transmisión adaptada de la CSI) o se pueden aplicar otros criterios que implican maximizar la capacidad con las limitaciones de equidad.

Los almacenadores y la unidad de programación y control de la Figura 5 son similares a aquéllos de la Figura 4, excepto que en la Figura 5 se incluyen dos usuarios en el primer subconjunto de usuarios.

Este párrafo y el siguiente se refieren a la adaptación del usuario o usuarios en el primer subconjunto. El usuario (o usuarios) desde el que se optimiza(n) la(s) transmisión(es), se puede seleccionar de varias formas. El transmisor puede usar una combinación de entradas que implican, el conocimiento de los parámetros de QoS y tráfico, el conocimiento de la CSI, el conocimiento de la configuración de la antena de los terminales de usuario, el conocimiento de la capacidad de descodificación de los terminales de usuario. Con respecto a la QoS, puede ser apropiado adaptar los parámetros de transmisión al usuario con los requerimientos de tráfico más estrictos, por ejemplo que transporta tráfico de vídeo o voz en tiempo real, mientras que el requerimiento de QoS menos exigente tal como el mejor esfuerzo se puede soportar por los enlaces de comunicación oportunistas. La selección también se puede basar en los parámetros del canal, tales como la ganancia media de trayecto. Puede ser factible adaptar para comenzar con un usuario con calidad de recepción pobre debida a altas pérdidas de trayecto. Los usuarios con pérdidas de trayecto más bajas (o mejor SNR media) entonces pueden emplear comunicación oportunista.

Adaptar a un usuario con una antena única o pocas antenas puede ser ventajoso, dado que otros terminales de usuarios potencialmente con más antenas tienen mayor posibilidad de explotar la MIMO oportunista. También si las capacidades de descodificación se conocen para no ser las mejores entre un conjunto de terminales de usuario, entonces se puede ser prudente seleccionar el terminal de usuario que funciona de forma pobre, dado que los otros terminales de usuarios todavía pueden ser capaces de funcionar bien y descodificar las señales transmitidas con el planteamiento oportunista. Alternativamente, pueden ser seleccionados los usuarios con canales con tiempo de coherencia largo. Para tales usuarios, las tasas de actualización de la CSI pueden ser bastante lentas lo que es beneficioso dado que la CSI generalmente transporta más información que simplemente presentar informe de la CIR (u opcionalmente un modo de enlace preferente) para subcanales de MIMO. Por último, se pueden ponderar varios criterios de equidad para asegurar que todos, o casi todos, los usuarios se seleccionan de tal forma que los parámetros de transmisión se optimizan para su canal. Un ejemplo de tal planteamiento puede ser emplear un método Rotativo Equilibrado, donde cada usuario se selecciona de una forma regular.

Cabría señalar que todo lo que se ha tratado hasta ahora se aplica a un canal único o a una subportadora única, tal como en OFDM. Por lo tanto es posible usar un conjunto de elecciones, por ejemplo, un usuario SVD-MIMO seleccionado, en un conjunto de subportadoras y otro usuario seleccionado en otra subportadora. Esta flexibilidad se puede usar de distintas formas para mejorar el rendimiento. Por ejemplo, los usuarios con ciertas capacidades MIMO pueden usar ciertas partes de los canales, tales como las suportadoras OFDM.

La Figura 6 muestra el resultado de una simulación de la capacidad de canal en un sistema MIMO como una función del número de usuarios disponibles, como una función de cualquier SNR media de 0 o 10 dB, \Gamma. Se asumieron canales de desvanecimiento de Rayleigh distribuidos idénticamente e Independientes con la misma pérdida media de trayecto promedio. Se muestran tres principios distintos: comunicación basada solamente en la SVD, comunicación solamente oportunista y el algoritmo inventivo que combina las dos. Como se puede ver, para un usuario el algoritmo combinado es igual solamente a la SVD. Para cualquier número de usuarios mayor que uno, el algoritmo combinado proporciona una capacidad de canal más alta. Si se usa solamente comunicación oportunista el rendimiento en este ejemplo es más bajo que la SVD hasta un cierto número de usuarios y mejora cuando aumenta el número de usuarios, pero es siempre más bajo que para el algoritmo combinado.

La Figura 7 muestra una posible implementación del protocolo, pero no la única, para usar en la invención. Una estación base BS está comunicando con una serie de estaciones móviles MS1, MS2,..., MSK. La MS_{1} se ha seleccionado para la optimización SVD. Para las restantes estaciones móviles MS2,...MSK, se usa la MIMO oportunista. De ahí, en el tiempo n, la MS_{1} envía la información de realimentación CSI a la BS, indicada por un cuadro sombreado diagonalmente. La información de realimentación establece la matriz de ponderación de antena MIMO para una matriz de canal V_{1}. En los siguientes intervalos de tiempo se transmite la información CSI. La primera transmisión, es decir en el tiempo n+1, de la BS se destina a la MS_{1} (en lugar de enviar datos, se puede enviar un símbolo de estimación de canal que pasa a través de la matriz V_{1}). En el tiempo n+1, las otras estaciones móviles pueden determinar su calidad MIMO-CIR respectiva (o modo de enlace preferente) y realimentarla a la BS (indicado como cuadros grises). También, la MS_{1} realimenta una actualización de la CSI. En el tiempo n+2, la BS determina a qué usuario o usuarios enviar. Esa decisión se basa en la CSI para la MS_{1} y la calidad MIMO-CIR para las otras estaciones móviles. Este procedimiento se repite para intervalos de tiempo consecutivos, hasta que se determina seleccionar otro usuario para la comunicación optimizada. En la Figura 6, esto ocurre en el intervalo n+m-1, donde la estación móvil MS_{k} comienza informando de la información CSI, es decir, el conocimiento instantáneo y/o medio del canal y la interferencia, a la BS (cuadros blancos o sombreados diagonalmente) y el otro informe de información MIMO-CIR (indicado por cuadros sombreados verticalmente o grises).

Claims

1. Un método de comunicación para usar en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario (R41,..., R4K; R51,..., R5K) que comunican con al menos un nodo transmisor (T4; T5), dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas, cada uno de dichos terminales de usuario que comprende al menos una antena, dicho método que se caracteriza por:

: seleccionar un primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario que comprende al menos un terminal de usuario,

: seleccionar un segundo conjunto (R42,..., R4K; R53,..., R5K) de terminales de usuario no comprendidos en el primer conjunto,

: adaptar los primeros parámetros de comunicación para el primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario de acuerdo con un primer principio adecuable para optimizar la comunicación con el primer conjunto de terminales de usuario,

: adaptar los segundos parámetros de comunicación del segundo conjunto (R42,..., R4K; R53,..., R5K) de terminales de usuario de acuerdo con un segundo principio que es distinto del primer principio, en respuesta a los parámetros de comunicación seleccionados por el primer conjunto,

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer principio implica la optimización con respecto a la Información de Estado de Canal (CSI) parcial o completa, por ejemplo por medio de la Descomposición de Valor Singular (SVD).

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde el segundo principio hace uso de la comunicación MIMO oportunista.

4. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde los primeros parámetros de comunicación se refieren a la potencia de transmisión y la matriz de formación de haz (V) en el lado transmisor.

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende el paso de seleccionar el primer conjunto de terminales de usuario en dependencia de los parámetros de calidad de servicio y tráfico.

6. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende el paso de seleccionar el primer conjunto de terminales de usuario en dependencia del conocimiento de la CSI.

7. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende el paso de seleccionar el primer conjunto de terminales de usuario en dependencia de la configuración de la antena del receptor.

8. Un nodo transmisor (T4; T5) para usar en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario (R41,..., R4K; R51,..., R5K) que comunican con el nodo transmisor, en donde cada uno de dichos terminales de usuario comprende al menos una antena, dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas de transmisión dispuestas a transmitir información a una pluralidad de nodos receptores, dicho nodo transmisor que comprende:

: medios de selección para seleccionar un primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario que comprenden al menos un terminal de usuario y un segundo conjunto (R42,..., R4K; R53.....R5K) de terminales de usuario no comprendidos en el primer conjunto,

: los primeros medios de adaptación (91) para adaptar los primeros parámetros de comunicación para el primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario de acuerdo con un primer principio adecuable para optimizar la comunicación con el primer conjunto de terminales de usuario,

: los segundos medios de adaptación (93) para adaptar los segundos parámetros de comunicación para el segundo conjunto (R42,..., R4K; R53,..., R5K) de terminales de usuario de acuerdo con un segundo principio que es distinto del primer principio, en respuesta a los parámetros de comunicación seleccionados por el primer conjunto,

: los medios de transmisión para transmitir al primer conjunto de terminales de usuario de acuerdo con los primeros parámetros de comunicación, y al segundo conjunto de terminales de usuario de acuerdo con los segundos parámetros de comunicación.

9. Un nodo transmisor de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los primeros medios de adaptación (91) se disponen para optimizar la comunicación con el primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario con respecto a la Información de Estado del Canal (CSI) parcial o completa, por ejemplo por medio de la Descomposición de Valor Singular (SVD).

10. Un nodo transmisor de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, en donde los segundos medios de adaptación (93) se disponen para optimizar la comunicación con el segundo conjunto de terminales de usuario (R42,..., R4K; R53,..., R5K) de acuerdo con la comunicación MIMO oportunista.

11. Un nodo transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en donde los primeros parámetros de comunicación se refieren a la potencia transmitida y la matriz de formación de haz (V) en el lado transmisor.

12. Un nodo transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-11, que comprende en donde los medios de selección se disponen a seleccionar el primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario en dependencia de los parámetros de calidad de servicio y tráfico.

13. Un nodo transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-11, en donde los medios de selección se disponen para seleccionar el primer conjunto (R41; R51, R52) de los terminales de usuario en dependencia del conocimiento de la CSI.

14. Un nodo transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-11, en donde los medios de selección se disponen para seleccionar el primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario en dependencia de la configuración de antena receptora.

15. Una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario (R41,..., R4K; R51,..., R5K) que comunican con al menos un nodo transmisor (T4; T5), dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas, cada uno de dichos terminales de usuario (R41,..., R4K; R51,..., R5K) que comprende al menos una antena, caracterizada porque dicho al menos un nodo transmisor (T4; T5) es un nodo transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 - 14.