ES2375281T3 - Sistema mimo para wlan. - Google Patents

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ES2375281T3 ES05019631T ES05019631T ES2375281T3 ES 2375281 T3 ES2375281 T3 ES 2375281T3 ES 05019631 T ES05019631 T ES 05019631T ES 05019631 T ES05019631 T ES 05019631T ES 2375281 T3 ES2375281 T3 ES 2375281T3
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Rodney J. Walton
Mark S. Wallace
John W. Ketchum
Steven J. Howard
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Qualcomm Inc
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Abstract

Un procedimiento de transmisión de información de señalización en un sistema (100) de comunicación inalámbrica de entradas múltiples y salidas múltiples (MIMO), usando el multiplexado ortogonal por división de frecuencia, OFDM, caracterizado por: transmitir una primera información de señalización para un primer conjunto de al menos un terminal (120) de usuario, con una primera combinación de tasa de codificación y de esquema de modulación, por un primer subcanal de un canal de control directo, en donde la primera información de señalización comprende un elemento de información que indica que la primera información de señalización es para el primer conjunto de al menos un terminal de usuario; transmitir una segunda información de señalización para un segundo conjunto de al menos un terminal (120) de usuario, con una segunda combinación de tasa de codificación y esquema de modulación, por un segundo subcanal del canal de control directo, en donde la segunda información de señalización comprende un elemento de información que indica que la segunda información de señalización es para el segundo conjunto de al menos un terminal de usuario; y en el cual la segunda combinación de tasa de codificación y esquema de modulación es distinta a la primera combinación de tasa de codificación y esquema de modulación, y en el cual el segundo subcanal tiene una tasa mayor que el primer subcanal, y se transmite después del primer subcanal.

Description

Sistema MIMO para WLAN
Antecedentes
Campo
5 La presente invencion se refiere, en general, a la comunicacion de datos y, mas especificamente, a un sistema de comunicacion de red inalambrica de area local (WLAN) de entrada multiple y salida multiple (MIMO).
Antecedentes
Los sistemas de comunicacion inalambrica estan ampliamente desplegados para proporcionar diversos tipos de comunicacion, tales como la voz, los datos en paquetes, y asi sucesivamente. Estos sistemas pueden ser sistemas de
10 acceso multiple, capaces de brindar soporte a la comunicacion con multiples usuarios, de manera secuencial o simultanea, compartiendo los recursos de sistema disponibles. Los ejemplos de sistemas de acceso multiple incluyen los sistemas de Acceso Multiple por Division de Codigo (CDMA), los sistemas de Acceso Multiple por Division del Tiempo (TDMA) y los sistemas de Acceso Multiple por Division de Frecuencia (FDMA).
Las redes inalambricas de area local (WLAN) tambiEn estan ampliamente desplegadas, para permitir la comunicacion
15 entre dispositivos electronicos inalambricos (p. ej., ordenadores) mediante un enlace inalambrico. Una WLAN puede emplear puntos de acceso (o estaciones base) que actuan como concentradores, y que proporcionan conectividad para los dispositivos inalambricos. Los puntos de acceso tambiEn pueden conectar (o "puentear") la WLAN a las LAN (Redes de Area Local) cableadas, permitiendo asi que los dispositivos inalambricos accedan a recursos de las LAN.
En un sistema de comunicacion inalambrica, una seral modulada de frecuencia de radio (RF) desde una unidad
20 transmisora puede llegar a una unidad receptora mediante un cierto numero de trayectorias de propagacion. Las caracteristicas de las trayectorias de propagacion habitualmente varian a lo largo del tiempo, debido a un cierto numero de factores, tales como el desvanecimiento y la multitrayectoria. A fin de brindar diversidad ante los efectos perniciosos de las trayectorias, y de mejorar las prestaciones, pueden emplearse multiples antenas de transmision y recepcion. Si las trayectorias de propagacion entre las antenas transmisoras y receptoras son linealmente independientes (es decir,
25 una transmision en una trayectoria no se forma como una combinacion lineal de las transmisiones en las otras trayectorias), lo cual es cierto en general, al menos hasta cierto grado, entonces la probabilidad de recibir correctamente una transmision de datos aumenta segun aumenta el numero de antenas. Generalmente, la diversidad aumenta y las prestaciones mejoran segun aumenta el numero de antenas transmisoras y receptoras.
El documento US-A-4 750 198 describe un sistema de radiotelefonia celular en el cual una pluralidad de canales se 30 divide en dos conjuntos distintos y cada uno de los dos grupos de conjuntos de abonados explora los canales de control, tomando nota de la potencia de la seral en cada canal, y se sintoniza con el canal con la seral mas potente.
Un sistema MIMO emplea multiples (NT) antenas transmisoras y multiples (NR) antenas receptoras para la transmision de datos. Un canal MIMO formado por las NT antenas transmisoras y las NR antenas receptoras puede descomponerse en NS canales espaciales, con NS < min {NT, NR}. Cada uno de los NS canales espaciales corresponde a una
35 dimension. El sistema MIMO puede proporcionar prestaciones mejoradas (p. ej., capacidad aumentada de transmision y / o mayor fiabilidad) si se utilizan las dimensiones adicionales creadas por las multiples antenas transmisoras y receptoras.
Los recursos para un sistema de comunicacion dado estan habitualmente limitados por diversas restricciones y requisitos regulatorios, y por otras consideraciones practicas. Sin embargo, puede requerirse que el sistema brinde 40 soporte a un cierto numero de terminales, que proporcione diversos servicios, que alcance ciertos objetivos de rendimiento, y asi sucesivamente.
Existe una necesidad en la tecnologia para un sistema de WLAN con MIMO, capaz de brindar soporte a multiples usuarios y de proporcionar altas prestaciones de sistema.
RESUMEN
45 La invencion se refiere a un procedimiento de transmision de informacion de seralizacion en un sistema MIMO, usando el multiplexado OFDM segun lo definido en las reivindicaciones adjuntas. En una realizacion, el sistema emplea las MIMO y el multiplexado ortogonal por division de frecuencia (OFDM) para lograr un gran rendimiento, combatir los efectos perniciosos de las trayectorias y proporcionar otras ventajas. Cada punto de acceso en el sistema puede dar soporte a multiples terminales de usuario. La adjudicacion de recursos de enlace descendente y de enlace ascendente
50 depende de los requisitos de los terminales de usuario, las condiciones de canal y otros factores.
En una realizacion, las multiples velocidades y modalidades de transmision reciben soporte por parte del sistema de
WLAN con MIMO, a fin de alcanzar un alto rendimiento cuando disponen de soporte por parte de las condiciones de canal y las capacidades de los terminales de usuario. Las velocidades son configurables, sobre la base de estimaciones de las condiciones de canal, y pueden seleccionarse independientemente para el enlace descendente y el enlace ascendente. TambiEn pueden emplearse distintas modalidades de transmision, segun el numero de antenas en los terminales de usuario y las condiciones de canal. Cada modalidad de transmision esta asociada a un procesamiento espacial distinto en el transmisor y receptor, y puede seleccionarse para su empleo bajo distintas condiciones operativas. El procesamiento espacial facilita la transmision de datos desde multiples antenas transmisoras y / o la recepcion de datos con multiples antenas receptoras, para un mayor rendimiento y / o diversidad.
En una realizacion, el sistema de WLAN con MIMO utiliza una banda de frecuencia unica tanto para el enlace descendente como para el enlace ascendente, que comparten la misma banda de operacion, utilizando el duplexado por division del tiempo (TDD). Para un sistema de TDD, las respuestas de canal del enlace descendente y del enlace ascendente son reciprocas. Se proporcionan en la presente memoria tEcnicas de calibracion para determinar y compensar las diferencias en las respuestas de frecuencia de las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y los terminales de usuario. TambiEn se describen en la presente memoria tEcnicas para simplificar el procesamiento espacial en el punto de acceso y los terminales de usuario, aprovechando la naturaleza reciproca del enlace descendente y del enlace ascendente, y la calibracion.
Los diversos aspectos y realizaciones de la invencion se describen en mayor detalle a continuacion.
Breve descripción de los dibujos
Las caracteristicas y la naturaleza de la presente invencion devendran mas evidentes a partir de la descripcion detallada expuesta mas adelante, al ser considerada conjuntamente con los dibujos, en los cuales los caracteres de referencia iguales identifican de forma correspondiente en los mismos, y en los cuales:
La FIG. 1 muestra un sistema de WLAN con MIMO;
La FIG. 2 muestra una estructura de capas para el sistema de WLAN con MIMO;
Las FIGS. 3A, 3B y 3C muestran, respectivamente, una estructura de tramas TDD-TDM, una estructura de tramas FDD-TDMy una estructura de tramas FDD-CDM;
La FIG. 4 muestra la estructura de tramas TDD-TDM con cinco canales de transporte: BCH, FCCH, FCH, RCH y RACH;
Las FIGS. 5A a 5G muestran diversos formatos de unidades de datos de protocolo (PDU) para los cinco canales de transporte;
La FIG. 6 muestra una estructura para un paquete FCH / RCH;
La FIG. 7 muestra un punto de acceso y dos terminales de usuario;
Las FIGS. 8A, 9A y 10A muestran, respectivamente, tres unidades transmisoras para las modalidades de diversidad, multiplexado espacial y guia de haces;
Las FIGS. 8B, 9B y 10B muestran, respectivamente, tres procesadores de diversidad de transmision para las modalidades de diversidad, multiplexado espacial y guia de haces;
La FIG. 8C muestra un modulador de OFDM;
La FIG. 8D muestra un simbolo de OFDM;
La FIG. 11A muestra una unidad de entramado y un cifrador dentro de un procesador de datos de transmision;
La FIG. 11B muestra un codificador y una unidad de repeticion / puncion dentro del procesador de datos de transmision;
La FIG. 11C muestra otro procesador de datos de transmision que puede utilizarse para la modalidad de multiplexado espacial;
Las FIGS. 12A y 12B muestra un diagrama de estados para el funcionamiento de un terminal de usuario;
La FIG. 13 muestra un eje de tiempos para el canal RACH;
Las FIGS. 14A y 14B muestran procesos para controlar, respectivamente, las velocidades de las transmisiones del enlace descendente y del enlace ascendente;
La FIG. 15 muestra el funcionamiento de un bucle de control de potencia; y
La FIG. 16 muestra un proceso para ajustar la temporizacion del enlace ascendente de un terminal de usuario.
Descripción detallada
La palabra "ejemplar" se utiliza en la presente memoria para significar "que sirve como un ejemplo, instancia o ilustracion". Cualquier realizacion o disero descrito en la presente memoria como "ejemplar" no debe interpretarse necesariamente como preferido o ventajoso con respecto a otras realizaciones o diseros.
I. Sistema General
La FIG. 1 muestra un sistema 100 de WLAN con MIMO, que brinda soporte a un cierto numero de usuarios, y que es capaz de implementar diversos aspectos y realizaciones de la invencion. El sistema 100 de WLAN con MIMO incluye un cierto numero de puntos 110 de acceso (AP) que brindan soporte a la comunicacion para un cierto numero de terminales 120 de usuario (UT). Para mayor simplicidad, se muestran solo dos puntos 110 de acceso en la FIG. 1. Un punto de acceso es, generalmente, una estacion fija que se utiliza para comunicarse con los terminales de usuario. Un punto de acceso tambiEn puede denominarse estacion base, o con alguna otra terminologia.
Los terminales 120 de usuario pueden estar dispersos por el sistema. Cada terminal de usuario puede ser un terminal fijo o movil que puede comunicarse con el punto de acceso. Un terminal de usuario puede denominarse una estacion movil, una estacion remota, un terminal de acceso, un equipo de usuario (UE), un dispositivo inalambrico, o con alguna otra terminologia. Cada terminal de usuario puede comunicarse con un punto o, posiblemente, multiples puntos de acceso en el enlace descendente y / o el enlace ascendente, en cualquier momento dado. El enlace descendente (es decir, el enlace directo) se refiere a la transmision desde el punto de acceso hasta el terminal de usuario, y el enlace ascendente (es decir, el enlace inverso) se refiere a la transmision desde el terminal de usuario hasta el punto de acceso.
En la FIG. 1, el punto 110a de acceso se comunica con los terminales 120a a 120f de usuario, y el punto 110b de acceso se comunica con los terminales 120f a 120k de usuario. Segun el disero especifico del sistema 100, un punto de acceso puede comunicarse simultaneamente con multiples terminales de usuario (p. ej., mediante multiples canales
o subbandas de codigo), o bien secuencialmente (p. ej., mediante multiples ranuras temporales). En cualquier momento dado, un terminal de usuario puede recibir transmisiones del enlace descendente, desde un punto, o multiples puntos, de acceso. La transmision del enlace descendente desde cada punto de acceso puede incluir datos de sobregasto concebidos para ser recibidos por multiples terminales de usuario, datos especificos de usuario concebidos para ser recibidos por terminales de usuario especificos, otros tipos de datos, o cualquier combinacion de los mismos. Los datos de sobregasto pueden incluir mensajes piloto, de paginacion y de difusion, parametros del sistema, y asi sucesivamente.
El sistema de WLAN con MIMO se basa en una arquitectura centralizada de red controladora. De esta manera, un controlador 130 de sistema se acopla con los puntos 110 de acceso y puede acoplarse adicionalmente con otros sistemas y redes. Por ejemplo, el controlador 130 del sistema puede acoplarse con una red de datos por paquetes (PDN), una red cableada de area local (LAN), una red de area amplia (WAN), Internet, una red telefonica publica conmutada (PSTN), una red de comunicacion celular, y asi sucesivamente. El controlador 130 del sistema puede diserarse para llevar a cabo un cierto numero de funciones, tales como (1) la coordinacion y el control para los puntos de acceso acoplados con El, (2) el encaminamiento de datos entre estos puntos de acceso, (3) el acceso y control de la comunicacion con los terminales de usuario servidos por estos puntos de acceso, y asi sucesivamente.
El sistema de WLAN con MIMO puede ser capaz de proporcionar un gran rendimiento, con una capacidad de cobertura significativamente mayor que los sistemas convencionales de WLAN. El sistema de WLAN con MIMO puede brindar soporte a servicios de datos o voz sincronos, asincronos e isocronos. El sistema de WLAN con MIMO puede diserarse para proporcionar las siguientes caracteristicas:
*
Alta fiabilidad del servicio
*
Calidad de servicio (OoS) garantizada
*
Altas velocidades instantaneas de datos
*
Alta eficiencia espectral
*
Gama de cobertura extendida.
El sistema de WLAN con MIMO puede funcionar en diversas bandas de frecuencia (p. ej., las bandas U-NII de 2,4 Ghz y de 5,x GHz), sujeto a las restricciones de ancho de banda y de emision especificas para la banda operativa seleccionada. El sistema esta diserado para brindar soporte a los despliegues tanto internos como externos, con un 4 5
tipico tamaro maximo de cElula de 1 km, o menos. El sistema brinda soporte a aplicaciones de terminal fijo, aunque algunas modalidades operativas tambiEn brindan soporte a la operacion portatil y de movilidad limitada.
1. MIMO, MISO y SIMO
En una realizacion especifica, y segun lo descrito en toda la memoria, cada punto de acceso esta equipado con cuatro antenas transmisoras y receptoras, para la transmision y recepcion de datos, donde se emplean las mismas cuatro antenas para transmitir y para recibir. El sistema tambiEn presta soporte al caso en que las antenas transmisoras y receptoras del dispositivo (p. ej., el punto de acceso, el terminal de usuario) no estan compartidas, incluso aunque esta configuracion, normalmente, proporciona prestaciones inferiores que cuando las antenas son compartidas. El sistema de WLAN con MIMO tambiEn puede diserarse de forma tal que cada punto de acceso estE equipado con algun otro numero de antenas transmisoras / receptoras. Cada terminal de usuario puede equiparse con una unica antena transmisora / receptora, o con multiples antenas transmisoras / receptoras, para la transmision y recepcion de datos. El numero de antenas empleadas por cada tipo de terminal de usuario puede depender de diversos factores, tales como, por ejemplo, los servicios a los cuales se ha de prestar soporte por parte del terminal de usuario (p. ej., voz, datos, o ambos), las consideraciones de coste, las restricciones normativas, las cuestiones de seguridad, y asi sucesivamente.
Para una asociacion dada de un punto de acceso de multiples antenas y un terminal de usuario de multiples antenas, un canal de MIMO esta formado por las NT antenas transmisoras y las NR antenas receptoras disponibles para su empleo para la transmision de datos. Distintos canales de MIMO se forman entre el punto de acceso y los distintos terminales de usuario con multiples antenas. Cada canal de MIMO puede descomponerse en NS canales espaciales, donde NS < min {NT, NR}. NS flujos de datos pueden transmitirse por los NS canales espaciales. El procesamiento espacial se requiere en un receptor, y puede o no llevarse a cabo en un transmisor, a fin de transmitir multiples flujos de datos por los NS canales espaciales.
Los NS canales espaciales puede ser, o no, ortogonales entre si. Esto depende de diversos factores, tales como (1) si el procesamiento espacial fue o no realizado en el transmisor para obtener canales espaciales ortogonales y (2) si el procesamiento espacial, tanto en el transmisor como en el receptor, tuvo o no Exito al ortogonalizar los canales espaciales. Si no se realiza ningun procesamiento espacial en el transmisor, entonces los NS canales espaciales pueden formarse con NS antenas transmisoras, y es improbable que sean ortogonales entre si.
Los NS canales espaciales pueden ortogonalizarse realizando la descomposicion en una matriz de respuesta de canal para el canal de MIMO, segun se describe mas adelante. Cada canal espacial se denomina una automodalidad del canal de MIMO si los NS canales espaciales se ortogonalizan utilizando la descomposicion, lo que requiere un procesamiento espacial tanto en el transmisor como en el receptor, segun se describe mas adelante. En este caso, pueden transmitirse NS flujos de datos ortogonalmente por las NS automodalidades. Sin embargo, normalmente, una automodalidad se refiere a una construccion teorica. Los NS canales espaciales, habitualmente, no son completamente ortogonales entre si, debido a diversas razones. Por ejemplo, los canales espaciales no serian ortogonales si (1) el transmisor no tiene ningun conocimiento del canal de MIMO o bien (2) el transmisor y / o el receptor tienen una estimacion imperfecta del canal de MIMO. Para mayor simplicidad, en la siguiente descripcion, el tErmino "automodalidad" se utiliza para indicar el caso en que se hace un intento de ortogonalizar los canales espaciales utilizando la descomposicion, incluso aunque el intento pueda no ser totalmente exitoso, debido, por ejemplo, a una estimacion imperfecta de canal.
Para un numero dado (p. ej., cuatro) de antenas en el punto de acceso, el numero de canales espaciales disponibles para cada terminal de usuario depende del numero de antenas empleadas por ese terminal de usuario y de las caracteristicas del canal de MIMO inalambrico que acopla las antenas del punto de acceso y las antenas del terminal de usuario. Si un terminal de usuario esta equipado con una antena, entonces las cuatro antenas en el punto de acceso y la unica antena en el terminal de usuario forman un canal de entrada multiple y salida unica (MISO) para el enlace descendente, y un canal de entrada unica y salida multiple (SIMO) para el enlace ascendente.
El sistema de WLAN con MIMO puede diserarse para brindar soporte a un cierto numero de modalidades de transmision. La Tabla 1 enumera las modalidades de transmision que disponen de soporte por parte de un disero ejemplar del sistema de WLAN con MIMO.
Tabla 1 5
Modalidades de transmisión
Descripción
SIMO
Los datos se transmiten desde una antena unica, pero pueden ser recibidos por multiples antenas, para la diversidad de recepcion.
Diversidad
Los datos se transmiten redundantemente desde multiples antenas transmisoras y / o
multiples subbandas, para brindar diversidad.
Guia de haces
Los datos se transmiten por un unico canal espacial (optimo), a potencia maxima, utilizando informacion de guia de fase para la automodalidad principal del canal de MIMO.
Multiplexado espacial
Los datos se transmiten por multiples canales espaciales a fin de lograr una mayor eficiencia espectral.
Para mayor simplicidad, el tErmino "diversidad" se refiere a la diversidad de transmision en la siguiente descripcion, a menos que se indique lo contrario.
Las modalidades de transmision disponibles para su empleo para el enlace descendente y el enlace ascendente, para cada terminal de usuario, dependen del numero de antenas empleadas en el terminal de usuario. La Tabla 2 enumera las modalidades de transmision disponibles para distintos tipos de terminal, para el enlace descendente y el enlace ascendente, suponiendo multiples (p. ej., cuatro) antenas en el punto de acceso.
Tabla 2
Modalidades de transmisión
Enlace descendente Enlace ascendente
Terminal de usuario de antena unica
Terminal de usuario de multiples antenas Terminal de usuario de antena unica Terminal de usuario de multiples antenas
MISO (en el enlace descendente) / SIMO (en el enlace ascendente)
X X X X
Diversidad
X X X
Guia de haces
X X X
Multiplexado espacial
X X
Para el enlace descendente, todas las modalidades de transmision, excepto la modalidad de multiplexado espacial, pueden utilizarse para los terminales de usuario de antena unica, y todas las modalidades de transmision pueden utilizarse para los terminales de usuario de antenas multiples. Para el enlace ascendente, todas las modalidades de transmision pueden ser utilizadas por los terminales de usuario de antenas multiples, mientras que los terminales de usuario de antena unica utilizan la modalidad SIMO para transmitir datos desde la unica antena disponible. La diversidad receptora (es decir, la recepcion de una transmision de datos con multiples antenas receptoras) puede utilizarse para las modalidades SIMO, de diversidad y de guia de haces.
El sistema de WLAN con MIMO tambiEn puede diserarse para brindar soporte a varias otras modalidades de transmision, lo cual esta dentro del alcance de la invencion. Por ejemplo, puede utilizarse una modalidad formadora de haces para transmitir datos por una unica automodalidad, utilizando la informacion tanto de amplitud como de fase para la automodalidad (en lugar de utilizar solo la informacion de fase, que es todo lo que se emplea en la modalidad de guia de haces). Como otro ejemplo, puede definirse una modalidad de multiplexado espacial "no guiado", mediante la cual el transmisor simplemente transmite multiples flujos de datos desde multiples antenas transmisoras (sin ningun procesamiento espacial) y el receptor efectua el procesamiento espacial necesario para aislar y recuperar los flujos de datos enviados desde las multiples antenas transmisoras. Como otro ejemplo mas, puede definirse una modalidad multiplexadora espacial "multiusuario", mediante la cual el punto de acceso transmite multiples flujos de datos desde multiples antenas transmisoras (con procesamiento espacial) a multiples terminales de usuario, de manera concurrente, por el enlace descendente. Como otro ejemplo mas, puede definirse una modalidad multiplexadora espacial, mediante la cual el transmisor efectua el procesamiento espacial para intentar ortogonalizar los multiples flujos de datos enviados por las multiples antenas transmisoras (pero puede no ser completamente exitoso, debido a una estimacion imperfecta de canal), y el receptor efectua el procesamiento espacial necesario para aislar y recuperar los flujos de datos enviados desde las multiples antenas transmisoras. De esta manera, el procesamiento espacial para transmitir multiples flujos de datos mediante multiples canales espaciales puede efectuarse (1) tanto en el transmisor como el receptor, (2) solo en el receptor, o bien (3) solo en el transmisor. Pueden emplearse distintas modalidades de multiplexado espacial, segun, por ejemplo, las capacidades del punto de acceso y los terminales de usuario, la
informacion disponible del estado del canal, los requisitos del sistema, y asi sucesivamente.
En general, los puntos de acceso y los terminales de usuario pueden diserarse con cualquier numero de antenas transmisoras y receptoras. Para mayor claridad, se describen mas adelante las realizaciones y diseros especificos, en los cuales cada punto de acceso esta equipado con cuatro antenas transmisoras / receptoras, y cada terminal de usuario esta equipado con cuatro, o menos, antenas transmisoras / receptoras.
2. OFDM
En una realizacion, el sistema de WLAN con MIMO emplea el OFDM para dividir eficazmente el ancho de banda global del sistema en un cierto numero (NF) de subbandas ortogonales. Estas subbandas tambiEn se denominan tonos, contenedores o canales de frecuencias. Con el OFDM, cada subbanda se asocia a una respectiva subportadora, que puede modularse con datos. Para un sistema de MIMO que utiliza el OFDM, cada canal espacial de cada subbanda puede visualizarse como un canal de transmision independiente, donde la ganancia compleja asociada a cada subbanda es efectivamente constante por todo el ancho de banda de la subbanda.
En una realizacion, el ancho de banda del sistema se divide en 64 subbandas ortogonales (es decir, NF = 64), a las que se asignan indices entre -32 y +31. De estas 64 subbandas, 48 subbandas (p. ej., con indices + {1, ..., 6, 8, ..., 20, 22, ..., 26}) se utilizan para datos, 4 subbandas (p. ej., con indices + {7, 21}) se utilizan para pilotos y, posiblemente, seralizacion, la subbanda DC (con indice 0) no se utiliza, y las subbandas restantes tampoco se utilizan, y sirven como subbandas de resguardo. Esta estructura de subbandas de OFDM se describe en mayor detalle en un documento para el Estandar 802.11a de la IEEE, titulado "Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: High-speed Physical Layer in the 5 GHz Band" ["Parte 11: Especificaciones de las Capas Fisica (PHY) y de Control de Acceso al Medio (MAC) de una Red Inalambrica de Area Local: Capa Fisica de Alta Velocidad en la Banda de 5 GHz"], de septiembre de 1999, que esta publicamente disponible. TambiEn pueden implementarse distintos numeros de subbandas y otras diversas estructuras de subbanda de OFDM para el sistema de WLAN con MIMO, lo cual esta dentro del alcance de la invencion. Por ejemplo, todas las 53 subbandas con indices entre -26 y +26 pueden emplearse para la transmision de datos. Como otro ejemplo, puede utilizarse una estructura de 128 subbandas, una estructura de 256 subbandas, o una estructura de subbandas con algun otro numero de subbandas. Para mayor claridad, el sistema de WLAN con MIMO se describe mas adelante con la estructura de 64 subbandas anteriormente descrita.
Para el OFDM, los datos a transmitir por cada subbanda se modulan primero (es decir, se asocian a simbolos) utilizando un especifico esquema de modulacion seleccionado para ser utilizado para esa subbanda. Se proporcionan ceros para las subbandas no utilizadas. Para cada periodo de simbolos, los simbolos de modulacion y los ceros para todas las NF subbandas se transforman al dominio temporal, utilizando una transformada rapida de Fourier inversa (IFFT), a fin de obtener un simbolo transformado que contiene NF muestras del dominio temporal. La duracion de cada simbolo transformado esta inversamente relacionada con el ancho de banda de cada subbanda. En un disero especifico para el sistema de WLAN con MIMO, el ancho de banda del sistema es de 20 MHz, NF = 64, el ancho de banda de cada subbanda es de 312,5 KHz y la duracion de cada simbolo transformado es de 3,2 Iseg.
El OFDM puede proporcionar ciertas ventajas, tales como la capacidad de combatir el desvanecimiento selectivo de la frecuencia, que se caracteriza por distintas ganancias de canal a distintas frecuencias del ancho de banda global del sistema. Es bien conocido que el desvanecimiento selectivo de frecuencia causa interferencia entre simbolos (ISI), que es un fenomeno por el cual cada simbolo en una seral recibida actua como distorsion para los simbolos subsiguientes en la seral recibida. La distorsion de la ISI degrada las prestaciones al afectar la capacidad de detectar correctamente los simbolos recibidos. El desvanecimiento selectivo de frecuencia puede combatirse convenientemente con el OFDM, repitiendo una porcion de (o anexando un prefijo ciclico a) cada simbolo transformado, a fin de formar un correspondiente simbolo de OFDM, que se transmite luego.
La longitud del prefijo ciclico (es decir, la cantidad a repetir) para cada simbolo de OFDM depende de la expansion del retardo del canal inalambrico. En particular, para combatir efectivamente la ISI, el prefijo ciclico deberia ser mas largo que la maxima expansion de retardo esperada para el sistema.
En una realizacion, prefijos ciclicos de distintas longitudes pueden utilizarse para los simbolos de OFDM, segun la expansion de retardo esperada. Para el sistema especifico de WLAN con MIMO anteriormente descrito, puede seleccionarse un prefijo ciclico de 400 nseg (8 muestras) o de 800 nseg (16 muestras) para su empleo para los simbolos de OFDM. Un simbolo "corto" de OFDM utiliza el prefijo ciclico de 400 nseg y tiene una duracion de 3,6 Iseg. Un simbolo "largo" de OFDM utiliza el prefijo ciclico de 800 nseg y tiene una duracion de 4,0 Iseg. Los simbolos cortos de OFDM pueden utilizarse si la expansion maxima esperada del retardo es de 400 nseg o menos, y los simbolos largos de OFDM pueden utilizarse si la expansion del retardo es mayor que 400 nseg. Pueden seleccionarse distintos prefijos ciclicos para su empleo por distintos canales de transporte, y el prefijo ciclico tambiEn puede ser seleccionable dinamicamente, segun se describe mas adelante. Puede lograrse un caudal mayor del sistema utilizando el prefijo ciclico mas corto cuando sea posible, ya que mas simbolos de OFDM, de duracion mas corta, pueden transmitirse
durante un intervalo temporal fijo dado.
El sistema de WLAN con MIMO tambiEn puede diserarse para no utilizar OFDM, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
3. Estructura de Capas
La FIG. 2 ilustra una estructura 200 de capas que puede utilizarse para el sistema de WLAN con MIMO. La estructura 200 de capas incluye (1) aplicaciones y protocolos de capa superior que corresponden, aproximadamente, a la Capa 3, y superiores, del modelo de referencia ISO / OSI (capas superiores), (2) protocolos y servicios que corresponden a la Capa 2 (la capa de enlace) y (3) protocolos y servicios que corresponden a la Capa 1 (la capa fisica).
Las capas superiores incluyen diversas aplicaciones y protocolos, tales como los servicios 212 de seralizacion, los servicios 214 de datos, los servicios 216 de voz, aplicaciones de datos de circuitos, y asi sucesivamente. La seralizacion se proporciona habitualmente como mensajes, y los datos se proporcionan habitualmente como paquetes. Los servicios y aplicaciones en las capas superiores originan y terminan mensajes y paquetes segun la semantica y la temporizacion del protocolo de comunicacion entre el punto de acceso y el terminal de usuario. Las capas superiores utilizan los servicios proporcionados por la Capa 2.
La Capa 2 brinda soporte a la entrega de mensajes y paquetes generados por las capas superiores. En la realizacion mostrada en la FIG. 2, la Capa 2 incluye una subcapa 220 de Control de Acceso al Enlace (LAC) y una subcapa 230 de Control de Acceso al Medio (MAC). La subcapa LAC implementa un protocolo de enlace de datos que provee el transporte y entrega correcta de los mensajes generados por las capas superiores. La subcapa LAC utiliza los servicios proporcionados por la subcapa MAC y la Capa 1. La subcapa MAC es responsable de transportar mensajes y paquetes utilizando los servicios proporcionados por la Capa 1. La subcapa MAC controla el acceso a los recursos de la Capa 1 por parte de las aplicaciones y servicios en las capas superiores. La subcapa MAC puede incluir un Protocolo de Enlace de Radio (RLP) 232, que es un mecanismo de retransmision que puede emplearse para proporcionar mayor fiabilidad para los datos en paquetes. La Capa 2 proporciona las Unidades de Datos de Protocolo (PDU) a la Capa 1.
La Capa 1 comprende la capa fisica 240 y presta soporte a la transmision y recepcion de serales de radio entre el punto de acceso y el terminal de usuario. La capa fisica realiza la codificacion, la intercalacion, la modulacion y el procesamiento espacial para diversos canales de transporte utilizados para enviar mensajes y paquetes generados por las capas superiores. En esta realizacion, la capa fisica incluye una subcapa 242 de multiplexado que multiplexa las PDU procesadas para diversos canales de transporte, en el formato de trama adecuado. La Capa 1 proporciona datos en unidades de tramas.
La FIG. 2 muestra una realizacion especifica de una estructura de capas que puede utilizarse para el sistema de WLAN con MIMO. TambiEn pueden diserarse y utilizarse varias otras estructuras adecuadas de capas para el sistema de WLAN con MIMO, lo cual esta dentro del alcance de la invencion. Las funciones realizadas por cada capa se describen en mas detalle mas adelante, donde corresponda.
4. Canales de Transporte
Un cierto numero de servicios y aplicaciones puede recibir soporte por parte del sistema de WLAN con MIMO. Ademas, puede ser necesario enviar otros datos requeridos para el funcionamiento adecuado del sistema por parte del punto de acceso, o intercambiarlos entre el punto de acceso y los terminales de usuario. Puede definirse un cierto numero de canales de transporte para el sistema de WLAN con MIMO, para llevar diversos tipos de datos. La Tabla 3 enumera un conjunto ejemplar de canales de transporte y tambiEn proporciona una breve descripcion para cada canal de transporte.
Tabla 3 5
Canales de transporte
Descripción
Canal de difusion
BCH Utilizado por el punto de acceso para transmitir parametros piloto y de sistema a los terminales de usuario.
Canal de control directo
FCCH Utilizado por el punto de acceso para adjudicar recursos en el enlace descendente y el enlace ascendente. La adjudicacion de recursos puede llevarse a cabo trama por trama. TambiEn utilizado para proporcionar acuse de recibo para mensajes recibidos por el RACH.
Canal directo
FCH Utilizado por el punto de acceso para transmitir datos especificos del usuario a los terminales de usuario y, posiblemente, una referencia (piloto) utilizada por los terminales de usuario para la estimacion de canales. TambiEn puede
utilizarse en una modalidad de difusion, para enviar mensajes de paginacion y difusion a multiples terminales de usuario.
Canal de acceso aleatorio
RACH Utilizado por los terminales de usuario para obtener acceso al sistema y enviar mensajes cortos al punto de acceso.
Canal inverso
RCH Utilizado por los terminales de usuario para transmitir datos al punto de acceso. TambiEn puede llevar una referencia utilizada por el punto de acceso para la estimacion de canales.
Como se muestra en la Tabla 3, los canales de transporte del enlace descendente utilizados por el punto de acceso incluyen el BCH, el FCCH y el FCH. Los canales de transporte del enlace ascendente utilizados por los terminales de usuario incluyen el RACH y el RCH. Cada uno de estos canales de transporte se describe en mayor detalle mas adelante.
Los canales de transporte enumerados en la Tabla 3 representan una realizacion especifica de una estructura de canales que puede emplearse para el sistema de WLAN con MIMO. TambiEn pueden definirse menos canales, o canales adicionales y / o distintos, para su empleo por parte del sistema de WLAN con MIMO. Por ejemplo, ciertas funciones pueden recibir soporte de canales de transporte especificos para la funcion (p. ej., canales piloto, de paginacion, de control de potencia y de sincronizacion). De esta manera, pueden definirse y utilizarse otras estructuras de canales, con distintos conjuntos de canales de transporte, para el sistema de WLAN con MIMO, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
5. Estructuras de Trama
Puede definirse un cierto numero de estructuras de trama para los canales de transporte. La estructura especifica de tramas a utilizar para el sistema de WLAN con MIMO depende de varios factores, tales como, por ejemplo, (1) si se utilizan las mismas, o distintas, bandas de frecuencia para el enlace descendente y el enlace ascendente, y (2) el esquema de multiplexado utilizado para multiplexar entre si los canales de transporte.
Si solo se dispone de una unica banda de frecuencia, entonces el enlace descendente y el enlace ascendente pueden transmitirse en distintas fases de una trama, utilizando el duplexado por division del tiempo (TDD), como se describe mas adelante. Si se dispone de dos bandas de frecuencia, entonces el enlace descendente y el enlace ascendente pueden transmitirse en distintas bandas de frecuencia, utilizando el duplexado por division de frecuencia (FDD).
Tanto para el TDD como para el FDD, los canales de transporte pueden multiplexarse entre si utilizando el multiplexado por division del tiempo (TDM), el multiplexado por division del codigo (CDM), el multiplexado por division de frecuencia (FDM), y asi sucesivamente. Para el TDM, a cada canal de transporte se asigna una porcion distinta de una trama. Para el CDM, los canales de transporte se transmiten de forma concurrente, pero cada canal de transporte se canaliza por medio de un codigo de canalizacion distinto, de forma similar a lo realizado en un sistema de acceso multiple por division de codigo (CDMA). Para el FDM, a cada canal de transporte se asigna una porcion distinta de la banda de frecuencias para el enlace.
La Tabla 4 enumera las diversas estructuras de trama que pueden emplearse para llevar los canales de transporte. Cada una de estas estructuras de trama se describe en mayor detalle mas adelante. Para mayor claridad, las estructuras de trama se describen para el conjunto de canales de transporte enumerados en la Tabla 3.
Tabla 4
Banda de frecuencia compartida para el enlace descendente y el enlace ascendente
Bandas de frecuencia separadas para el enlace descendente y el enlace ascendente
Division del tiempo
Estructura de trama TDD-TDM Estructura de trama FDD-TDM
Division del codigo
Estructura de trama TDD-CDM Estructura de trama FDD-CDM
La FIG. 3A ilustra una realizacion de una estructura 300a de tramas TDD-TDM que puede utilizarse si se emplea una unica banda de frecuencia tanto para el enlace descendente como para el enlace ascendente. La transmision de datos ocurre en unidades de tramas TDD. Cada trama TDD puede definirse para abarcar una duracion temporal especifica. La duracion de la trama puede seleccionarse sobre la base de diversos factores, tales como, por ejemplo, (1) el ancho de banda de la banda operativa, (2) los tamaros esperados de las PDU para los canales de transporte, y asi
sucesivamente. En general, una duracion de trama mas breve puede proporcionar retardos reducidos. Sin embargo, una duracion de trama mas larga puede ser mas eficiente, dado que la cabecera y el sobregasto pueden representar una fraccion mas pequera de la trama. En una realizacion especifica, cada trama TDD tiene una duracion de 2 mseg.
Cada trama TDD se divide en una fase de enlace descendente y una fase de enlace ascendente. La fase de enlace descendente se divide adicionalmente en tres segmentos para los tres canales de transporte del enlace descendente: el BCH, el FCCH y el FCH. La fase de enlace ascendente se divide adicionalmente en dos segmentos para los dos canales de transporte del enlace ascendente: el RCH y el RACH.
El segmento para cada canal de transporte puede definirse para que tenga bien una duracion fija o bien una duracion variable, que puede cambiar de trama a trama. En una realizacion, el segmento del BCH se define para que tenga una duracion fija, y los segmentos del FCCH, el FCH, el RCH y el RACH se definen para que tengan duraciones variables.
El segmento para cada canal de transporte puede utilizarse para llevar una o mas unidades de datos de protocolo (PDU) para ese canal de transporte. En la realizacion especifica mostrada en la FIG. 3A, se transmite una PDU del BCH en un primer segmento 310, se transmite una PDU del FCCH en un segundo segmento 320, y se transmiten una
o mas PDU del FCH en un tercer segmento 330 de la fase del enlace descendente. En la fase del enlace ascendente, se transmiten una o mas PDU del RCH en un cuarto segmento 340 y se transmiten una o mas PDU del RACH en un quinto segmento 350 de la trama TDD.
La estructura 300a de trama representa una disposicion especifica de los diversos canales de transporte dentro de una trama TDD. Esta disposicion puede brindar ciertas ventajas, tales como retardos reducidos para la transmision de datos por el enlace descendente y el enlace ascendente. El BCH se transmite primero en la trama TDD, ya que lleva parametros de sistema que pueden utilizarse para las PDU de los otros canales de transporte dentro de la misma trama TDD. El FCCH se transmite a continuacion, ya que lleva informacion de asignacion de canales que indica quE terminal(es) de usuario esta(n) designado(s) para recibir datos del enlace descendente por el FCH, y quE terminal(es) de usuario esta(n) designado(s) para transmitir datos del enlace ascendente por el RCH dentro de la trama TDD actual. TambiEn pueden definirse y utilizarse otras estructuras de trama TDD-TDM para el sistema de WLAN con MIMO, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
La FIG. 3B ilustra una realizacion de una estructura 300b de tramas FDD-TDM que puede utilizarse si el enlace descendente y el enlace ascendente se transmiten utilizando dos bandas de frecuencia separadas. Los datos del enlace descendente se transmiten en una trama 302a de enlace descendente, y los datos del enlace ascendente se transmiten en una trama 302b de enlace ascendente. Cada trama de enlace descendente y de enlace ascendente puede definirse para que abarque una duracion temporal especifica (p. ej., 2 mseg). Para mayor simplicidad, puede definirse que las tramas del enlace descendente y del enlace ascendente tengan la misma duracion, y pueden definirse adicionalmente para que se alineen en multiplos de trama. Sin embargo, tambiEn pueden emplearse multiplos de trama de distintas duraciones de trama, y / o no alineados (es decir, desplazados), para el enlace descendente y el enlace ascendente.
Como se muestra en la FIG. 3B, la trama del enlace descendente esta dividida en tres segmentos para los tres canales de transporte del enlace descendente. La trama del enlace ascendente se divide en dos segmentos para los dos canales de transporte del enlace ascendente. El segmento para cada canal de transporte puede definirse para que tenga una duracion fija o variable, y puede utilizarse para llevar una o mas PDU para ese canal de transporte.
En la realizacion especifica mostrada en la FIG. 3B, la trama del enlace descendente lleva una PDU del BCH, una PDU del FCCH y una o mas PDU del FCH en los segmentos 310, 320 y 330, respectivamente. La trama del enlace ascendente lleva una o mas PDU del RCH, y una o mas PDU del RACH, en los segmentos 340 y 350, respectivamente. Esta disposicion especifica puede brindar las ventajas anteriormente descritas (p. ej., retardos reducidos para la transmision de datos). Los canales de transporte pueden tener distintos formatos de PDU, segun se describe mas adelante. TambiEn pueden definirse y utilizarse otras estructuras de trama FDD-TDM para el sistema de WLAN con MIMO, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
La FIG. 3C ilustra una realizacion de una estructura 300c de trama FDD-CDM/FDM, que tambiEn puede utilizarse si el enlace descendente y el enlace ascendente se transmiten utilizando bandas de frecuencia separadas. Los datos del enlace descendente pueden transmitirse en una trama 304a del enlace descendente, y los datos del enlace ascendente pueden transmitirse en una trama 304b del enlace ascendente. Las tramas de enlace descendente y de enlace ascendente pueden definirse para que tengan la misma duracion (p. ej., 2 mseg) y alinearse en multiplos de trama.
Como se muestra en la FIG. 3C, los tres canales de transporte del enlace descendente se transmiten de forma concurrente en la trama del enlace descendente, y los dos canales de transporte del enlace ascendente se transmiten de forma concurrente en la trama del enlace ascendente. Para el CDM, los canales de transporte para cada enlace se "canalizan" con distintos codigos de canalizacion, que pueden ser codigos de Walsh, codigos ortogonales de factores
variables de ensanchamiento (OVSF), funciones cuasi-ortogonales (OOF), y asi sucesivamente. Para el FDM, a los canales de transporte para cada enlace se asignan distintas porciones de la banda de frecuencia para el enlace. TambiEn pueden utilizarse distintas magnitudes de la potencia de transmision para distintos canales de transporte en cada enlace.
TambiEn pueden definirse otras estructuras de trama para los canales de transporte del enlace descendente y del enlace ascendente, lo cual esta dentro del alcance de la invencion. Ademas, es posible utilizar distintos tipos de estructura de trama para el enlace descendente y el enlace ascendente. Por ejemplo, puede utilizarse una estructura de trama basada en TDM para el enlace descendente y puede utilizarse una estructura de trama basada en CDM para el enlace ascendente.
En la siguiente descripcion, se supone que el sistema de WLAN con MIMO emplea una banda de frecuencia para las transmisiones tanto del enlace descendente como del enlace ascendente. Para mayor claridad, se utiliza la estructura de trama TDD-TDM mostrada en la FIG. 3A para el sistema de WLAN con MIMO. Para mayor claridad, se describe una implementacion especifica de la estructura de trama TDD-TDM a lo largo de toda la memoria. Para esta implementacion, la duracion de cada trama TDD se fija en 2 mseg, y el numero de simbolos de OFDM por trama TDD es una funcion de la longitud del prefijo ciclico utilizado para los simbolos de OFDM. El BCH tiene una duracion fija de 80 Iseg y emplea el prefijo ciclico de 800 nseg para los simbolos de OFDM transmitidos. El resto de la trama TDD contiene 480 simbolos OFDM si se utiliza el prefijo ciclico de 800 nseg, y 533 simbolos de OFDM, mas 1,2 Iseg de tiempo extra, si se utiliza el prefijo ciclico de 400 nseg. El tiempo extra puede aradirse al intervalo de resguardo al final del segmento del RACH. TambiEn pueden utilizarse otras estructuras de trama y otras implementaciones, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
II. Canales de Transporte
Los canales de transporte se utilizan para enviar diversos tipos de datos, y pueden categorizarse en dos grupos: canales de transporte comunes y canales de transporte dedicados. Debido a que los canales de transporte comunes y dedicados se emplean para fines distintos, puede utilizarse un procesamiento distinto para estos dos grupos de canales de transporte, segun se describe en mayor detalle mas adelante.
Canales de Transporte Comunes. Los canales de transporte comunes incluyen el BCH, el FCCH y el RACH. Estos canales de transporte se utilizan para enviar datos a, o recibir datos de, multiples terminales de usuario. Para una fiabilidad mejorada, el BCH y el FCCH son transmitidos por el punto de acceso utilizando la modalidad de diversidad. En el enlace ascendente, el RACH es transmitido por los terminales de usuario utilizando la modalidad de guia de haces (si dispone de soporte por parte del terminal de usuario). El BCH funciona a una velocidad fija conocida, de forma tal que los terminales de usuario puedan recibir y procesar el BCH sin ninguna informacion adicional. El FCCH y el RACH brindan soporte a velocidades multiples, para permitir una mayor eficiencia. Segun se emplea en la presente memoria, cada "tasa" o "conjunto de tasas" se asocia a una tasa especifica de codigo (o esquema de codificacion) y a un esquema de modulacion especifico.
Canales de Transporte Dedicados. Los canales de transporte dedicados incluyen el FCH y el RCH. Estos canales de transporte se emplean normalmente para enviar datos especificos del usuario a, o por, terminales de usuario especificos. El FCH y el RCH pueden adjudicarse dinamicamente a los terminales de usuario segun sea necesario, y estEn disponibles. El FCH tambiEn puede utilizarse en una modalidad de difusion para enviar mensajes de sobregasto, paginacion y difusion a los terminales de usuario. En general, los mensajes de sobregasto, paginacion y difusion se transmiten antes de cualquier dato especifico del usuario por el FCH.
La FIG. 4 ilustra una transmision ejemplar por el BCH, el FCCH, el FCH, el RCH y el RACH, sobre la base de la estructura 300a de trama TDD-TDM. En esta realizacion, una PDU 410 del BCH y una PDU 420 del FCCH se transmiten en el segmento 310 del BCH y el segmento 320 del FCCH, respectivamente. El segmento 330 del FCH puede utilizarse para enviar una o mas PDU 430 del FCH, cada una de las cuales puede estar concebida para un terminal de usuario especifico, o multiples terminales de usuario. De manera similar, una o mas PDU 440 del RCH pueden ser enviadas por uno o mas terminales de usuario en el segmento 340 del RCH. El inicio de cada PDU del RCH / RCH se indica con un desplazamiento del FCH / RCH desde el extremo del segmento precedente. Puede enviarse un cierto numero de PDU 450 del RACH en el segmento 350 del RACH, por parte de un cierto numero de terminales de usuario, para acceder al sistema y / o para enviar mensajes breves, segun se describe mas adelante.
Para mayor claridad, se describen los canales de transporte para la estructura especifica de trama TDD-TDM mostrada en las FIGS. 3A y 4.
1. Canal de Difusión (BCH) – Enlace descendente
El BCH es utilizado por el punto de acceso para transmitir un piloto baliza, un piloto MIMO y parametros del sistema a los terminales de usuario. El piloto baliza es utilizado por los terminales de usuario para adquirir la temporizacion y
frecuencia del sistema. El piloto MIMO es utilizado por los terminales de usuario para estimar el canal MIMO formado por las antenas del punto de acceso y sus propias antenas. Los pilotos baliza y MIMO se describen en mayor detalle mas adelante. Los parametros de sistema especifican diversos atributos de las transmisiones del enlace descendente y del enlace ascendente. Por ejemplo, dado que las duraciones de los segmentos del FCCH, el FCH, el RACH y el RCH
5 son variables, los parametros de sistema que especifican la longitud de cada uno de estos segmentos para la trama TDD actual se envian en el BCH.
La FIG. 5A ilustra una realizacion de la PDU 410 del BCH. En esta realizacion, la PDU 410 del BCH incluye una porcion 510 de preambulo y una porcion 516 de mensaje. La porcion 510 de preambulo incluye adicionalmente una porcion 512 de piloto baliza y una porcion 514 de piloto MIMO. La porcion 512 lleva un piloto baliza y tiene una duracion fija de
10 TCP = 8 Iseg. La porcion 514 lleva un piloto MIMO y tiene una duracion fija de TMP = 32 Iseg. La porcion 516 lleva un mensaje del BCH y tiene una duracion fija de TBM = 40 Iseg. La duracion de la PDU del BCH se fija en TCP + TMP + TBM = 80 Iseg.
Un preambulo puede emplearse para enviar uno o mas tipos de informacion, de piloto y / u otra. Un piloto baliza comprende un conjunto especifico de simbolos de modulacion que se transmite desde todas las antenas transmisoras.
15 Un piloto MIMO comprende un conjunto especifico de simbolos de modulacion que se transmite desde todas las antenas de transmision con distintos codigos ortogonales, lo que permite luego a los receptores recuperar el piloto transmitido desde cada antena. Pueden utilizarse distintos conjuntos de simbolos de modulacion para los pilotos baliza y MIMO. La generacion de los pilotos baliza y MIMO se describe en mayor detalle mas adelante.
El mensaje del BCH lleva informacion de configuracion de sistema. La Tabla 5 enumera los diversos campos para un 20 formato ejemplar de mensaje del BCH.
Tabla 5 - Mensaje del BCH 5
Nombres de Campos / Parámetros
Longitud (bits) Descripción
Contador de Tramas
4 Contador de tramas TDD
Identificador de red
10 Identificador de red (ID)
AP ID
6 Identificador de punto de acceso
AP Tx Lvl
4 Nivel de transmision del punto de acceso
AP Rx Lvl
3 Nivel de recepcion del punto de acceso
Longitud del FCCH
6 Duracion del FCCH (en unidades de simbolos OFDM)
Tasa del FCCH
2 Tasa de la capa fisica del FCCH
Longitud del FCH
9 Duracion del FCH (en unidades de simbolos OFDM)
Longitud del RCH
9 Duracion del RCH (en unidades de simbolos OFDM)
Longitud del RACH
5 Duracion del RACH (en unidades de ranuras del RACH)
Tamaro de ranura del RACH
2 Duracion de cada ranura del RACH (en unidades de simbolos OFDM)
Intervalo de resguardo del RACH
2 Intervalo de resguardo al final del RACH
Duracion del Prefijo Ciclico
1 Duracion del prefijo ciclico
Bit de paginacion
1 "0" = mensaje de paginacion enviado por el FCH "1" = ningun mensaje de paginacion enviado
Bit de difusion
1 "0" = mensaje de difusion enviado por el FCH "1" = ningun mensaje de difusion enviado
Bit de acuse de recibo del RACH
1 "0" = acuse de recibo del RACH enviado por el FCH
"1" = ningun acuse de recibo del RACH enviado
CRC
16 El valor del Codigo de Redundancia Ciclica para el mensaje del BCH
Bits de retaguardia
6 Bits de retaguardia para el codificador convolutivo
Reservado
32 Reservado para uso futuro
El valor del Contador de Tramas puede utilizarse para sincronizar diversos procesos en el punto de acceso y los terminales de usuario (p. ej., el piloto, los codigos de cifrado, el codigo de cobertura, y asi sucesivamente). Un contador de tramas puede implementarse con un contador de 4 bits que se reinicia tras su valor maximo. Este contador se incrementa al inicio de cada trama TDD, y el valor del contador se incluye en el campo Contador de Tramas. El campo Identificador de Red indica el identificador (ID) de la red a la cual pertenece el punto de acceso. El campo AP ID indica el identificador del punto de acceso dentro del identificador de red. Los campos AP Tx Lvl y AP Rx Lvl indican, respectivamente, el maximo nivel de potencia de transmision y el nivel deseado de potencia de recepcion en el punto de acceso. El nivel deseado de potencia de recepcion puede ser utilizado por el terminal de usuario para determinar la potencia inicial de transmision del enlace ascendente.
Los campos Longitud del FCCH, Longitud del FCH y Longitud del RCH indican, respectivamente, las longitudes de los segmentos del FCCH, el FCH y el RCH, para la trama TDD actual. Las longitudes de estos segmentos se dan en unidades de simbolos OFDM. La duracion del simbolo OFDM para el BCH se fija en 4,0 Iseg. La duracion del simbolo OFDM para todos los otros canales de transporte (es decir, el FCCH, el FCH, el RACH y el RCH) es variable y depende del prefijo ciclico seleccionado, que esta especificado por el campo Duracion del Prefijo Ciclico. El campo Tasa del FCCH indica la tasa utilizada para el FCCH para la trama TDD actual.
El campo Longitud del RACH indica la longitud del segmento del RACH, que se da en unidades de ranuras del RACH. La duracion de cada ranura del RACH esta dada por el campo Tamaro de Ranura del RACH, en unidades de simbolos OFDM. El campo Intervalo de Resguardo del RACH indica la cantidad de tiempo entre la ultima ranura del RACH y el inicio del segmento del BCH para la proxima trama TDD. Estos diversos campos para el RACH se describen en mayor detalle mas adelante.
El Bit de Paginacion y el Bit de Difusion indican, respectivamente, si se estan o no enviando mensajes de paginacion y mensajes de difusion por el FCH en la trama TDD actual. Estos dos bits pueden fijarse independientemente para cada trama TDD. El Bit de Acuse de Recibo del RACH indica si se estan enviando o no acuses de recibo, para las PDU enviadas por el RACH en anteriores tramas TDD, por el FCCH en la trama TDD actual.
El campo CRC incluye un valor de CRC para el mensaje entero del BCH. Este valor de CRC puede ser empleado por los terminales de usuario para determinar si el mensaje del BCH recibido esta correctamente descodificado (o sea, es valido) o si es erroneo (es decir, esta borrado). El campo Bits de Retaguardia incluye un grupo de ceros utilizado para reiniciar el codificador convolutivo en un estado conocido al final del mensaje del BCH.
Como se muestra en la Tabla 5, el mensaje del BCH incluye un total de 120 bits. Estos 120 bits pueden transmitirse con 10 simbolos OFDM, utilizando el procesamiento descrito en detalle mas adelante.
La Tabla 5 muestra una realizacion especifica del formato para el mensaje del BCH. TambiEn pueden definirse y utilizarse otros formatos de mensaje del BCH, con menos campos, campos adicionales y / o distintos, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
2. Canal de Control Directo (FCCH) – Enlace descendente
En una realizacion, el punto de acceso es capaz de adjudicar recursos para el FCH y el RCH trama por trama. El FCCH es utilizado por el punto de acceso para transportar la adjudicacion de recursos para el FCH y el RCH (es decir, las asignaciones de canal).
La FIG. 5B ilustra una realizacion de la PDU 420 del FCCH. En esta realizacion, la PDU del FCCH incluye solo una porcion 520 para un mensaje del FCCH. El mensaje del FCCH tiene una duracion variable, que puede cambiar de trama a trama, segun la cantidad de informacion de programacion transportada por el FCCH para esa trama. La duracion del mensaje del FCCH es un numero par de simbolos OFDM y esta dada por el campo Longitud del FCCH en el mensaje del BCH. La duracion de los mensajes enviados utilizando la modalidad de diversidad (p. ej., mensajes del BCH y del FCCH) se da en un numero par de simbolos OFDM, porque la modalidad de diversidad transmite simbolos OFDM en pares, segun se describe mas adelante.
En una realizacion, el FCCH puede transmitirse utilizando cuatro tasas posibles. La tasa especifica utilizada para la PDU del FCCH en cada trama TDD esta indicada por el campo Modalidad Fisica del FCCH en el mensaje del BCH. Cada tasa del FCCH corresponde a una tasa especifica de codigo y a un esquema especifico de modulacion, y esta adicionalmente asociada a una modalidad especifica de transmision, segun se muestra en la Tabla 26.
Un mensaje del FCCH puede incluir cero, uno o multiples elementos de informacion (IE). Cada elemento de informacion puede asociarse a un terminal de usuario especifico y puede utilizarse para proporcionar informacion que indica la asignacion de recursos del FCH / RCH para ese terminal de usuario. La Tabla 6 enumera los diversos campos para un formato ejemplar de mensaje del FCCH.
Tabla 6 - Mensaje del FCCH
Nombres de Campos / Parámetros
Longitud (bits) Descripción
N IE
6 Numero de los IE incluidos en el mensaje del FCCH
N IE elementos de informacion, incluyendo cada uno:
Tipo de IE
4
Tipo de IE
MAC ID
10 ID Identificador asignado al terminal de usuario
Campos de Control
48 o 72 Campos de control para la asignacion de canal
Bits de Relleno
Variable Bits de relleno para lograr un numero par de simbolos OFDM en el mensaje del FCCH
CRC
16 Valor del Codigo de Redundancia Ciclica para el mensaje del FCCH
Bits de Retaguardia
6 Bits de retaguardia para el codificador convolutivo
El campo N IE indica el numero de elementos de informacion incluidos en el mensaje del FCCH enviado en la trama TDD actual. Para cada elemento de informacion (IE) incluido en el mensaje del FCCH, el campo Tipo de IE indica el tipo especifico de este IE. Esta definido un cierto numero de tipos de IE para su empleo, a fin de adjudicar recursos para distintos tipos de transmisiones, segun se describe mas adelante.
15 El campo MAC ID identifica el terminal de usuario especifico al cual esta destinado el elemento de informacion. Cada terminal de usuario se registra en el punto de acceso al inicio de una sesion de comunicacion, y se le asigna un unico MAC ID por parte del punto de acceso. Este MAC ID se emplea para identificar el terminal de usuario durante la sesion.
Los Campos de Control se utilizan para transportar informacion de asignacion de canal para el terminal de usuario, y se describen en detalle mas adelante. El campo Bits de Relleno incluye un numero suficiente de bits de relleno, de forma
20 tal que la longitud global del mensaje del FCCH sea un numero par de simbolos OFDM. El campo CRC del FCCH incluye un valor de CRC que puede ser utilizado por los terminales de usuario para determinar si el mensaje del FCCH recibido esta correctamente descodificado, o si es erroneo. El campo Bits de Retaguardia incluye ceros utilizados para reiniciar el codificador convolutivo en un estado conocido al final del mensaje del FCCH. Algunos de estos campos se describen en mayor detalle mas adelante.
25 Un cierto numero de modalidades de transmision dispone de soporte por parte del sistema de WLAN con MIMO para el FCH y el RCH, segun se indica en la Tabla 1. Ademas, un terminal de usuario puede estar activo u ocioso durante una conexion. De esta manera, se define un cierto numero de tipos de IE para su empleo a fin de adjudicar recursos del FCH / RCH para distintos tipos de transmisiones. La Tabla 7 enumera un conjunto ejemplar de tipos de IE.
Tabla 7 - Tipos de IE del FCCH
Tipo de IE
Tamaño de IE (bits) Tipo de IE Descripción
0
48 Modalidad de Diversidad Solo modalidad de diversidad
1
72 Modalidad de Multiplexado Modalidad de multiplexado espacial - servicios de
Espacial
tasa variable
2
48 Modalidad Ociosa Estado ocioso - servicios de tasa variable
3
48 Acuse de Recibo del RACH Acuse de recibo del RACH -modalidad de diversidad
4
Modalidad de Guia de Haces Modalidad de guia de haces
5-15
- Reservado Reservado para uso futuro
Para los tipos de IE 0, 1 y 4, los recursos se adjudican a un terminal de usuario especifico tanto para el FCH como para el RCH (es decir, en pares de canales). Para el tipo 2 de IE, se adjudican recursos minimos al terminal de usuario en el FCH y el RCH, para mantener la estimacion actualizada del enlace. Se describe mas adelante un formato ejemplar
5 para cada tipo de IE. En general, las tasas y duraciones para el FCH y el RCH pueden asignarse independientemente a los terminales de usuario.
A. Tipos 0,4 de IE – Modalidad de Diversidad / Guía de Haces
Los tipos 0 y 4 de IE se utilizan, respectivamente, para adjudicar recursos del FCH / RCH para las modalidades de diversidad y de guia de haces. Para servicios fijos de baja tasa (p. ej., la voz), la tasa permanece fija durante la
10 llamada. Para servicios de tasa variable, la tasa puede seleccionarse independientemente para el FCH y el RCH. El IE del FCCH indica la ubicacion de las PDU del FCH y del RCH asignadas al terminal de usuario. La Tabla 8 enumera los diversos campos de un elemento ejemplar de informacion de tipo 0 y 4 de IE.
Tabla 8 - Tipo 0 y 4 de IE del FCCH
Nombres de Campos / Parámetros
Longitud (bits) Descripción
Tipo de IE
4
Tipo de IE
MAC ID
10 Identificador temporal asignado al terminal de usuario
Desplazamiento del FCH
9 Desplazamiento del FCH desde el inicio de la trama TDD (en simbolos OFDM)
Tipo de Preambulo del FCH
2 Tamaro del preambulo del FCH (en simbolos OFDM)
Tasa del FCH
4 Tasa para el FCH
Desplazamiento del RCH
9 Desplazamiento del RCH desde el inicio de la trama TDD (en simbolos OFDM)
Tipo de Preambulo del RCH
2 Tamaro del preambulo del RCH (en simbolos OFDM)
Tasa del RCH
4 Tasa para el RCH
Ajuste de Temporizacion del RCH
2 Parametro de ajuste de temporizacion para el RCH
Control de Potencia del RCH
2 Bits de control de potencia para el RCH
15 Los campos de Desplazamiento del FCH y del RCH indican, respectivamente, el desplazamiento temporal desde el comienzo de la trama TDD actual hasta el inicio de las PDU del FCH y del RCH, asignado por el elemento de informacion. Los campos de Tasa del FCH y del RCH indican, respectivamente, las tasas para el FCH y el RCH.
Los campos de Tipo de Preambulo del FCH y del RCH indican, respectivamente, el tamaro del preambulo en las PDU del FCH y del RCH. La Tabla 9 enumera los valores para los campos del Tipo de Preambulo del FCH y del RCH, y los
20 tamaros de preambulo asociados.
Tabla 9 - Tipo de Preambulo
Tipo
Bits Tamaño del Preámbulo
0
00 0 simbolos OFDM
1
01 1 simbolo OFDM
2
10 4 simbolos OFDM
3
11 8 simbolos OFDM
El campo de Ajuste de Temporizacion del RCH incluye dos bits utilizados para ajustar la temporizacion de la transmision del enlace ascendente desde el terminal de usuario identificado por el campo MAC ID. Este ajuste de temporizacion se utiliza para reducir la interferencia en una estructura de trama basada en TDD (tal como la mostrada en la FIG. 3A), donde las transmisiones del enlace descendente y del enlace ascendente estan duplexadas por division del tiempo. La Tabla 10 enumera los valores para el campo de Ajuste de Temporizacion del RCH y las acciones asociadas.
Tabla 10 - Ajuste de Temporizacion del RCH
Bits
Descripción
00
Mantener la temporizacion actual
01
Adelantar la temporizacion de transmision del enlace ascendente en 1 muestra
10
Retardar la temporizacion de transmision del enlace ascendente en 1 muestra
11
No usado
El campo de Control de Potencia del RCH incluye dos bits utilizados para ajustar la potencia de transmision del enlace ascendente desde el terminal de usuario identificado. Este control de potencia se emplea para reducir la interferencia por el enlace ascendente. La Tabla 11 enumera los valores para el campo de Control de Potencia del RCH y las acciones asociadas.
15 Tabla 11 - Control de Potencia del RCH
Bits
Descripción
00
Mantener la potencia de transmision actual.
01
Aumentar la potencia de transmision del enlace ascendente en odB, donde o es un parametro del sistema.
10
Disminuir la potencia de transmision del enlace ascendente en odB, donde o es un parametro del sistema.
11
No usado
La asignacion de canal para el terminal de usuario identificado puede proporcionarse de diversas maneras. En una realizacion, se asignan al terminal de usuario los recursos del FCH / RCH solo para la trama TDD actual. En otra realizacion, los recursos del FCH / RCH se asignan al terminal para cada trama TDD, hasta que se cancela. En otra
20 realizacion mas, los recursos del FCH / RCH se asignan al terminal de usuario para cada n-Esima trama TDD, lo que se denomina una planificacion "diezmada" de tramas TDD. Los distintos tipos de asignacion pueden indicarse por medio de un campo de Tipo de Asignacion en el elemento de informacion del FCCH.
B. Tipo 1 de IE – Modalidad de Multiplexado Espacial
El tipo 1 de IE se utiliza para adjudicar recursos del FCH / RCH a terminales de usuario que emplean la modalidad de multiplexado espacial. La tasa para estos terminales de usuario es variable, y puede seleccionarse independientemente para el FCH y el RCH. La Tabla 12 enumera los diversos campos de un elemento de informacion ejemplar del tipo 1 de IE.
Tabla 12 - Tipo 1 de IE del FCCH
Nombres de Campos / Parámetros
Longitud (bits) Descripción
Tipo de IE
4
Tipo de IE
MAC ID
10 Identificador temporal asignado al terminal de usuario
Desplazamiento del FCH
9 Desplazamiento del FCH desde el final del FCCH (en simbolos OFDM)
Tipo de Preambulo del FCH
2 Tamaro del preambulo del FCH (en simbolos OFDM)
Tasa del Canal Espacial 1 del FCH
4 Tasa para el FCH para el canal espacial 1
Tasa del Canal Espacial 2 del FCH
4 Tasa para el FCH para el canal espacial 2
Tasa del Canal Espacial 3 del FCH
4 Tasa para el FCH para el canal espacial 3
Tasa del Canal Espacial 4 del FCH
4 Tasa para el FCH para el canal espacial 4
Desplazamiento del RCH
9 Desplazamiento del RCH desde el final del FCH (en simbolos OFDM)
Tipo de Preambulo del RCH
2 Tamaro del preambulo del RCH (en simbolos OFDM)
Tasa del Canal Espacial 1 del RCH
4 Tasa para el RCH para el canal espacial 1
Tasa del Canal Espacial 2 del RCH
4 Tasa para el RCH para el canal espacial 2
Tasa del Canal Espacial 3 del RCH
4 Tasa para el RCH para el canal espacial 3
Tasa del Canal Espacial 4 del RCH
4 Tasa para el RCH para el canal espacial 4
Ajuste de Temporizacion del RCH
2 Parametro de ajuste de temporizacion para el RCH
Reservado
2 Reservado para uso futuro
Para el IE de tipo 1, la tasa para cada canal espacial puede seleccionarse independientemente en el FCH y el RCH. La interpretacion de las tasas para la modalidad de multiplexado espacial es general en cuanto a que puede especificar la 10 tasa por canal espacial (p. ej., para hasta cuatro canales espaciales para la realizacion mostrada en la Tabla 12). La tasa se da por automodalidad si el transmisor realiza un procesamiento espacial para transmitir datos por las
automodalidades. La tasa se da por antena si el transmisor simplemente transmite datos desde las antenas transmisoras y el receptor realiza el procesamiento espacial para aislar y recuperar los datos (para la modalidad de multiplexado espacial no guiado).
El elemento de informacion incluye las tasas para todos los canales espaciales habilitados y ceros para los no
5 habilitados. Los terminales de usuario con menos de cuatro antenas transmisoras fijan en cero los campos de Tasa de Canal Espacial de FCH / RCH no utilizados. Como el punto de acceso esta equipado con cuatro antenas transmisoras / receptoras, los terminales de usuario con mas de cuatro antenas transmisoras pueden utilizarlas para transmitir hasta cuatro flujos de datos independientes.
C. IE de Tipo 2 – Modalidad Ociosa
10 El IE de tipo 2 se utiliza para proporcionar informacion de control para los terminales de usuario que funcionan en un estado ocioso (descrito mas adelante). En una realizacion, cuando un terminal de usuario esta en el estado ocioso, los vectores de guia utilizados por el punto de acceso y el terminal de usuario para el procesamiento espacial se actualizan continuamente, a fin de que la transmision de datos pueda comenzar rapidamente cuando se reanude, si acaso. La Tabla 13 enumera los diversos campos de un elemento de informacion ejemplar IE de tipo 2.
15 Tabla 13 - IE de Tipo 2 del FCCH
Nombres de Campos / Parámetros
Longitud (bits) Descripción
Tipo de IE
4
Tipo de IE
MAC ID
10 Identificador temporal asignado al terminal de usuario
Desplazamiento del FCH
9 Desplazamiento del FCH desde el final del FCCH (en simbolos OFDM)
Tipo de Preambulo del FCH
2 Tamaro del preambulo del FCH (en simbolos OFDM)
Desplazamiento del RCH
9 Desplazamiento del RCH desde el final del FCH (en simbolos OFDM)
Tipo de Preambulo del RCH
2 Tamaro del preambulo del RCH (en simbolos OFDM)
Reservado
12 Reservado para uso futuro
D. IE de Tipo 3 – Acuse de Recibo Rápido del RACH
El IE de tipo 3 se utiliza para proporcionar un acuse de recibo rapido para terminales de usuario que intentan acceder al sistema mediante el RACH. Para obtener acceso al sistema o para enviar un mensaje breve al punto de acceso, un 20 terminal de usuario puede transmitir una PDU del RACH por el enlace ascendente. DespuEs de que el terminal de usuario envia la PDU del RACH, monitoriza el BCH para determinar si esta activado el Bit de Acuse de Recibo del RACH. Este bit es activado por el punto de acceso si cualquier terminal de usuario tuvo Exito al acceder al sistema y se esta enviando un acuse de recibo, para al menos un terminal de usuario, por el FCCH. Si este bit esta activado, entonces el terminal de usuario procesa el FCCH para el acuse de recibo enviado por el FCCH. Los elementos de
25 informacion IE de Tipo 3 se envian si el punto de acceso desea acusar recibo de que ha descodificado correctamente las PDU del RACH de los terminales de usuario, sin asignar recursos. La Tabla 14 enumera los diversos campos de un elemento de informacion ejemplar IE de Tipo 3.
Tabla 14 - IE de Tipo 3 del FCCH
Nombres de Campos / Parámetros
Longitud (bits) Descripción
Tipo de IE
4
Tipo de IE
MAC ID
10 Identificador temporal asignado al terminal de usuario
Reservado
34 Reservado para uso futuro
30 Puede definirse un tipo unico, o tipos multiples, de acuse de recibo, y enviarse por el FCCH. Por ejemplo, pueden definirse un acuse de recibo rapido y un acuse de recibo basado en la asignacion. Puede utilizarse un acuse de recibo 18
rapido simplemente para acusar recibo de que la PDU del RACH ha sido recibida por el punto de acceso, pero que no se ha asignado ningun recurso del FCH / RCH al terminal de usuario. Un acuse de recibo basado en la asignacion incluye asignaciones para el FCH y / o el RCH, para la trama TDD actual.
El FCCH puede implementarse de otras maneras, y tambiEn puede transmitirse de diversas formas. En una realizacion, el FCCH se transmite a una tasa unica que esta seralizada en el mensaje del BCH. Esta tasa puede seleccionarse, por ejemplo, sobre la base de las mas bajas proporciones entre seral y ruido e interferencia (SNR) de todos los terminales de usuario para los cuales se esta enviando el FCCH en la trama TDD actual. Pueden emplearse distintas tasas para distintas tramas TDD, segun las condiciones de canal de los terminales de usuario destinatarios en cada trama TDD.
En otra realizacion, el FCCH se implementa con multiples (p. ej., cuatro) subcanales del FCCH. Cada subcanal del FCCH se transmite a una tasa distinta y se asocia a una SNR requerida distinta, a fin de recuperar el subcanal. Los subcanales del FCCH se transmiten en orden, desde la tasa mas baja hasta la tasa mas alta. Cada subcanal del FCCH puede ser transmitido, o no, en una trama TDD dada. El primer subcanal del FCCH (con la tasa mas baja) se transmite primero y puede ser recibido por todos los terminales de usuario. Este subcanal del FCCH puede indicar si cada uno de los restantes subcanales del FCCH se transmitira o no en la trama TDD actual. Cada terminal de usuario puede procesar los subcanales del FCCH transmitido para obtener su elemento de informacion del FCCH. Cada terminal de usuario puede terminar el procesamiento del FCCH si ocurre cualquiera de los siguientes sucesos: (1) imposibilidad de descodificar el subcanal del FCCH actual, (2) recepcion de su elemento de informacion del FCCH en el subcanal del FCCH actual o (3) todos los subcanales del FCCH transmitidos han sido procesados. Un terminal de usuario puede terminar el procesamiento del FCCH en cuanto encuentre un fallo de descodificacion del FCCH, porque los subcanales del FCCH se transmiten a tasas ascendentes, y es improbable que el terminal de usuario sea capaz de descodificar los subsiguientes subcanales del FCCH transmitidos a tasas mayores.
3. Canal de Acceso Aleatorio (RACH) – Enlace ascendente
El RACH es utilizado por los terminales de usuario para obtener acceso al sistema y para enviar mensajes breves al punto de acceso. El funcionamiento del RACH se basa en un protocolo de acceso aleatorio Aloha ranurado, que se describe mas adelante.
La FIG. 5C ilustra una realizacion de la PDU 450 del RACH. En esta realizacion, la PDU del RACH incluye una porcion 552 de preambulo y una porcion 554 de mensaje. La porcion 552 de preambulo puede utilizarse para enviar una referencia guiada (es decir, un piloto guiado), si el terminal de usuario esta equipado con antenas multiples. La referencia guiada es un piloto que comprende un conjunto especifico de simbolos de modulacion que es sometido a un procesamiento espacial antes de la transmision por el enlace ascendente. El procesamiento espacial permite que el piloto sea transmitido por una automodalidad especifica del canal MIMO. El procesamiento para la referencia guiada se describe en mayor detalle mas adelante. La porcion 552 de preambulo tiene una duracion fija de al menos 2 simbolos OFDM. La porcion 554 de mensaje lleva un mensaje del RACH y tiene una duracion variable. La duracion de la PDU del RACH es, por ello, variable.
En una realizacion, se presta soporte a cuatro tasas distintas para el RACH. La tasa especifica utilizada para cada mensaje del RACH esta indicada por un indicador de tasa de datos (DRI) de 2 bits del RACH, que esta incrustado en la porcion del preambulo de la PDU del RACH, segun se muestra en la FIG. 5C. En una realizacion, tambiEn se brinda soporte a cuatro tamaros distintos de mensaje para el RACH. El tamaro de cada mensaje del RACH esta indicado por un campo de Duracion del Mensaje, incluido en el mensaje del RACH. Cada tasa del RACH brinda soporte a 1, 2, 3 o a los 4 tamaros de mensaje. La Tabla 15 enumera las cuatro tasas del RACH, sus parametros asociados de codificacion y modulacion, y los tamaros de mensaje que disponen de soporte por parte de estas tasas del RACH.
Tabla 15 5
Tasas del RACH
Tamaños de Mensaje del RACH (en bits y simbolos de OFDM)
bps / Hz
Tasa de Código Modulación DRI 96 bits 192 bits 384 bits 768 bits
0,25
0,25
BPSK (1,1) 8 n / a n / a n / a
0,5
0,5
BPSK (1,-1) 4 8 n / a n / a
1
0,5 OPSK (-1,1) 2 4 8 n / a
2
0,5 16 OAM (-1, -1) 1 2 4 8
El mensaje del RACH lleva mensajes breves y solicitudes de acceso desde el terminal de usuario. La Tabla 16 enumera los diversos campos de un formato ejemplar de mensaje del RACH y el tamaro de cada campo para cada uno de los cuatro tamaros distintos de mensaje.
Tabla 16
Nombres de Campos / Parámetros
Tamaños de Mensaje del RACH Descripción
96 bits
192 bits 384 bits 768 bits
Duracion del Mensaje
2 2 2 2 Duracion del mensaje
Tipo de PDU de MAC
4 4 4 4 Tipo de mensaje del RACH
MAC ID
10 10 10 10 Identificador de Control de Acceso al Medio
Identificador de Ranura
6 6 6 6 Identificador de Ranura de Transmision
Carga util
44 140 332 716 Bits de informacion
CRC
24 24 24 24 Valor del Codigo de Redundancia Ciclica para el mensaje del RACH
Bits de Retaguardia
6 6 6 6 Bits de retaguardia
El campo Duracion del Mensaje indica el tamaro del mensaje del RACH. El campo Tipo de PDU de MAC indica el tipo de mensaje del RACH. El campo MAC ID contiene el Identificador de MAC que identifica univocamente el terminal de usuario que envia el mensaje del RACH. Durante el acceso inicial al sistema, no se ha asignado un unico Identificador de MAC al terminal de usuario. En este caso, puede incluirse un Identificador de MAC de registro (p. ej., un valor especifico reservado con fines de registro) en el campo MAC ID. El campo Identificador de Ranura indica la ranura inicial del RACH en la cual se envio la PDU del RACH (la temporizacion y transmision del RACH se describen mas adelante). El campo Carga Util incluye los bits de informacion para el mensaje del RACH. El campo CRC contiene un valor de CRC para el mensaje del RACH, y el campo Bits de Retaguardia se utiliza para reiniciar el codificador convolutivo para el RACH. El funcionamiento del RACH, conjuntamente con el BCH y el FCCH, para el acceso al sistema, se describe en mayor detalle mas adelante.
El RACH tambiEn puede implementarse con un RACH "rapido" (F-RACH) y un RACH "lento" (S-RACH). El F-RACH y el S-RACH pueden diserarse para prestar soporte eficazmente a los terminales de usuario en distintos estados operativos. Por ejemplo, el F-RACH puede ser utilizado por terminales de usuario que (1) se han registrado en el sistema, (2) pueden compensar sus retardos de ida y vuelta (RTD) adelantando adecuadamente su temporizacion de transmision y (3) logran la SNR requerida para el funcionamiento en el F-RACH. El S-RACH puede ser utilizado por terminales de usuario que no pueden utilizar el F-RACH por los motivos que sean.
Pueden utilizarse distintos diseros para el F-RACH y el S-RACH, a fin de facilitar el rapido acceso al sistema toda vez que sea posible, y para minimizar la cantidad de recursos del sistema necesarios para implementar el acceso aleatorio. Por ejemplo, el F-RACH puede utilizar una PDU mas corta, emplear un esquema de codificacion mas dEbil, requerir que las PDU del F-RACH lleguen aproximadamente alineadas en el tiempo al punto de acceso, y utilizar un esquema de acceso aleatorio Aloha ranurado. El S-RACH puede utilizar una PDU mas larga, emplear un esquema de codificacion mas robusto, permitir que las PDU del S-RACH lleguen no alineadas en el tiempo al punto de acceso, y utilizar un esquema de acceso aleatorio Aloha no ranurado.
Para simplificar, la siguiente descripcion supone que se utiliza un unico RACH para el sistema de WLAN con MIMO:
4. Canal Directo (FCH) – Enlace descendente
El FCH es utilizado por el punto de acceso para transmitir datos especificos del usuario a terminales de usuario especificos y mensajes de paginacion / difusion a multiples terminales de usuario. El FCH tambiEn puede utilizarse para transmitir un piloto a terminales de usuarios. El FCH puede adjudicarse trama a trama. Se proporciona un cierto numero de tipos de PDU del FCH para admitir distintos usos del FCH. La Tabla 17 enumera un conjunto ejemplar de tipos de PDU del FCH.
Tabla 17 - Tipos de PDU del FCH
Código
Tipo de PDU del FCH Descripción
0
Solo Mensaje Mensaje de difusion / servicio de paginacion / usuario del FCH
1
Mensaje y Preambulo Mensaje de usuario del FCH
2
Solo Preambulo Estado ocioso del FCH
El Tipo 0 de PDU del FCH se utiliza para enviar mensajes de paginacion / difusion y mensajes o paquetes de usuario por el FCH, y solo incluye el mensaje o paquete. (Los datos para un terminal de usuario especifico pueden enviarse como un mensaje o un paquete, y estos dos tErminos se utilizan en la presente memoria de forma intercambiable). El Tipo 1 de PDU del FCH se utiliza para enviar paquetes de usuario e incluye un preambulo. El Tipo 2 de PDU del FCH incluye solo el preambulo y ningun mensaje o paquete, y se asocia al trafico del FCH de estado ocioso.
La FIG. 5D ilustra una realizacion de una PDU 430a del FCH para el Tipo 0 de PDU del FCH. En esta realizacion, la PDU 430a del FCH incluye solo una porcion 534a de mensaje para un mensaje de paginacion o difusion, o un paquete de usuario. El mensaje o paquete puede tener longitud variable, que esta dada por el campo Longitud de Mensaje del FCH en la PDU del FCH. La longitud del mensaje esta dada en un numero entero de tramas PHY (descritas mas adelante). La tasa y la modalidad de transmision para el mensaje de paginacion o difusion se especifican y describen mas adelante. La tasa y modalidad de transmision para el paquete del usuario se especifican en el elemento de informacion asociado del FCCH.
La FIG. 5E ilustra una realizacion de una PDU 430b del FCH para el Tipo 1 de PDU del FCH. En esta realizacion, la PDU 430b del FCH incluye una porcion 532b de preambulo y una porcion 534b de mensaje o paquete. La porcion 532b de preambulo se utiliza para enviar un piloto MIMO o una referencia guiada, y tiene una longitud variable, que esta dada por el campo Tipo de Preambulo del FCH en el elemento de informacion del FCCH asociado. La porcion 534b se utiliza para enviar un paquete del FCH, y tambiEn tiene una longitud variable (en un numero entero de tramas PHY), que esta dada por el campo Longitud de Mensaje del FCH en la PDU del FCH. El paquete del FCH se envia utilizando la tasa y la modalidad de transmision especificadas por el elemento de informacion del FCCH asociado.
La FIG. 5F ilustra una realizacion de una PDU 430c del FCH para el Tipo 2 de PDU del FCH. En esta realizacion, la PDU 430c del FCH incluye solo una porcion 532c de preambulo y ninguna porcion de mensaje. La longitud de la porcion de preambulo esta indicada por el IE del FCCH. El Tipo 2 de PDU del FCH puede utilizarse para permitir que el terminal de usuario actualice su estimacion de canal mientras esta en el estado ocioso.
Se proporciona un cierto numero de tipos de Mensaje de FCH para asimilar distintos usos del FCH. La Tabla 18 enumera un conjunto ejemplar de tipos de Mensaje del FCH.
Tabla 18 - Tipos de Mensaje del FCH
Código
Tipo de Mensaje del FCH Descripción
0
Mensaje de Paginacion Mensaje de paginacion -modalidad de diversidad, tasa = 0,25 bps / Hz
1
Mensaje de Difusion Mensaje de difusion - modalidad de diversidad, tasa = 0,25 bps / Hz
2
Paquete de Usuario Operacion de canal dedicado - PDU especifica del terminal de usuario, tasa especificada en el FCCH
3-15
Reservado Reservado para uso futuro
Un mensaje de paginacion puede utilizarse para paginar multiples terminales de usuario, y se envia utilizando el Tipo 0 de PDU del FCH. Si el Bit de Paginacion en el mensaje del BCH esta activado, entonces se envian primero una o mas PDU del FCH con mensajes de paginacion (o "PDU de Paginacion") por el FCH. Pueden enviarse multiples PDU de Paginacion en la misma trama. Las PDU de Paginacion se transmiten utilizando la modalidad de diversidad y la tasa mas baja, de 0,25 bps / Hz, para aumentar la probabilidad de una recepcion correcta por parte de los terminales de usuario.
Puede utilizarse un mensaje de difusion para enviar informacion a multiples terminales de usuario, y se envia utilizando el Tipo 0 de PDU del FCH. Si el Bit de Difusion en el mensaje del BCH esta activado, entonces se envian una o mas PDU del FCH con mensajes de difusion (o "PDU de Difusion") por el FCH, inmediatamente a continuacion de cualquier PDU de Paginacion enviada por el FCH. Las PDU de Difusion tambiEn se transmiten utilizando la modalidad de
5 diversidad y la tasa mas baja, de 0,25 bps / Hz, para aumentar la probabilidad de una recepcion correcta.
Un paquete de usuario puede emplearse para enviar datos especificos del usuario, y puede enviarse utilizando el Tipo 1 o 2 de PDU del FCH. Las PDU de usuario de Tipos 1 y 2 se envian por el FCH a continuacion de cualquier PDU de Paginacion y Difusion enviada por el FCH. Cada PDU de Usuario puede transmitirse utilizando la modalidad de diversidad, guia de haces o multiplexado espacial. El elemento de informacion del FCCH especifica la tasa y la
10 modalidad de transmision utilizadas para cada PDU de Usuario enviada por el FCH.
Un mensaje o paquete enviado por el FCH comprende un numero entero de tramas PHY. En una realizacion, y como se describe mas adelante, cada trama PHY puede incluir un valor de CRC que permite que las tramas PHY individuales en una PDU del FCH sean verificadas y retransmitidas si es necesario. Para servicios asincronos, el RLP puede emplearse para la segmentacion, retransmision y reensamblaje de tramas PHY dentro de una PDU dada del FCH. En
15 otra realizacion, se proporciona un valor de CRC para cada mensaje o paquete, en lugar de cada trama PHY.
La FIG. 6 ilustra una realizacion de la estructura para un paquete 534 del FCH. El paquete del FCH comprende un numero entero de tramas PHY 610. Cada trama PHY incluye un campo 622 de carga util, un campo 624 de CRC y un campo 626 de bits de retaguardia. La primera trama PHY para el paquete del FCH incluye adicionalmente un campo 620 de cabecera, que indica el tipo y duracion del mensaje. La ultima trama PHY para el paquete del FCH incluye
20 adicionalmente un campo 628 de bits de relleno, que contiene bits cero de relleno al final de la carga util, a fin de rellenar la ultima trama PHY. En una realizacion, cada trama PHY comprende 6 simbolos OFDM. El numero de bits incluidos en cada trama PHY depende de la tasa utilizada para esa trama PHY.
La Tabla 19 enumera los diversos campos para un formato ejemplar de PDU del FCH para los Tipos 0 y 1 de PDU del FCH.
25 Tabla 19 - Formato de la PDU del FCH
Nombres de Campos / Parámetros
Longitud (bits) Descripción
Primera trama PHY
Tipo de Mensaje del FCH 4 Tipo de mensaje del FCH
Longitud del Mensaje del FCH
16 Numero de octetos en la PDU del FCH
Carga util
Variable Bits de carga util
CRC
16 Valor del Codigo de Redundancia Ciclico para la trama PHY (optativo)
Bits de Retaguardia
6 Bits de retaguardia para el codificador convolutivo
Cada trama PHY media
Carga util Variable Bits de carga util
CRC
16 Valor del CRC para la trama PHY (optativo)
Bits de Retaguardia
6 Bits de retaguardia para el codificador convolutivo
Ultima trama PHY
Carga util Variable Bits de carga util
Bits de relleno
Variable Bits de relleno para rellenar la trama PHY
CRC
16 Valor de CRC para la trama PHY (optativo)
Bits de Retaguardia
6 Bits de retaguardia para el codificador convolutivo
Los campos Tipo de Mensaje del FCH y Longitud de Mensaje del FCH se envian en la cabecera de la primera trama PHY de la PDU del FCH. Los campos de carga util, CRC y bits de retaguardia se incluyen en cada trama PHY. La porcion de carga util de cada PDU del FCH lleva los bits de informacion para el mensaje de paginacion / difusion o paquete especifico del usuario. Los bits de relleno se utilizan para rellenar la ultima trama PHY de la PDU del FCH, si se requiere.
TambiEn puede definirse una trama PHY para que comprenda algun otro numero de simbolos OFDM (p. ej., uno, dos, cuatro, ocho, y asi sucesivamente). La trama PHY puede definirse con un numero par de simbolos OFDM, porque los simbolos OFDM se transmiten en pares para la modalidad de diversidad, que puede ser empleada para el FCH y el RCH. El tamaro de trama PHY puede seleccionarse sobre la base del trafico esperado, de forma tal que la ineficiencia se minimice. En particular, si el tamaro de trama es demasiado grande, entonces la ineficiencia es resultado de utilizar una gran trama PHY para enviar una pequera cantidad de datos. Alternativamente, si el tamaro de trama es demasiado pequero, entonces el sobregasto representa una mayor fraccion de la trama.
5. Canal Inverso (RCH) – Enlace ascendente
El RCH es utilizado por los terminales de usuario para transmitir datos y seral piloto del enlace ascendente al punto de acceso. El RCH puede adjudicarse trama TDD a trama TDD. Uno o mas terminales de usuario pueden ser designados para transmitir por el RCH en cualquier trama TDD dada. Se proporciona un cierto numero de tipos de PDU del RCH para admitir distintas modalidades de operacion por el RCH. La Tabla 20 enumera un conjunto ejemplar de tipos de PDU del RCH.
Tabla 20 - Tipos de PDU del RCH
Código
Tipo de PDU del RCH Descripción
0
Solo Mensaje Mensaje de usuario del RCH, sin preambulo
1
Mensaje y Preambulo, no Ocioso Mensaje de usuario del RCH, con preambulo
2
Mensaje y Preambulo, Ocioso Mensaje de estado Ocioso del RCH con preambulo
El Tipo 0 de PDU del RCH se utiliza para enviar un mensaje o paquete por el RCH y no incluye un preambulo. El Tipo 1 de PDU del RCH se utiliza para enviar un mensaje o paquete, e incluye un preambulo. El Tipo 2 de PDU del RCH incluye un preambulo y un mensaje breve, y esta asociado al trafico del RCH de estado Ocioso.
La FIG. 5D ilustra una realizacion de una PDU del RCH para el Tipo 0 de PDU del RCH. En esta realizacion, la PDU del RCH incluye solo una porcion 534a de mensaje para un paquete del RCH de longitud variable, que viene dado en un numero entero de tramas PHY por medio del campo Longitud de Mensaje del RCH en la PDU del RCH. La tasa y la modalidad de transmision para el paquete del RCH se especifican en el elemento de informacion asociado del FCCH.
La FIG. 5E ilustra una realizacion de una PDU del RCH para el Tipo 1 de la PDU del RCH. En esta realizacion, la PDU del RCH incluye una porcion 532b de preambulo y una porcion 534b de paquete. La porcion 532b de preambulo se utiliza para enviar una referencia (p. ej., un piloto MIMO o una referencia guiada) y tiene una longitud variable, que esta dada por el campo Tipo de Preambulo del RCH en el elemento de informacion asociado del FCCH. La porcion 534b se utiliza para enviar un paquete del RCH y tambiEn tiene una longitud variable, que esta dada por el campo Longitud de Mensaje del RCH en la PDU del RCH. El paquete del RCH se envia utilizando la tasa y la modalidad de transmision especificadas en el elemento de informacion asociado del FCCH.
La FIG. 5G ilustra una realizacion de una PDU 350d del RCH para el Tipo 2 de PDU del RCH. En esta realizacion, la PDU del RCH incluye una porcion 532d de preambulo y una porcion 536d de mensaje. La porcion 532d de preambulo se utiliza para enviar una referencia y tiene una longitud de 1, 4 u 8 simbolos OFDM. La porcion 536d se utiliza para enviar un mensaje breve del RCH y tiene una longitud fija de un simbolo OFDM. El mensaje breve del RCH se envia utilizando una tasa y modalidad de transmision especificas (p. ej., tasa 1/2 o tasa 1/4, y modulacion BPSK).
Un paquete enviado por el RCH (para los Tipos 0 y 1 de PDU) comprende un numero entero de tramas PHY. La estructura para un paquete del RCH (para los Tipos 0 y 1 de PDU) se muestra en la FIG. 6, y es la misma que para el paquete del FCH. El paquete del RCH comprende un numero entero de tramas PHY 610. Cada trama PHY incluye los campos 622 de carga util, un campo optativo 624 de CRC y el campo 626 de bits de retaguardia. La primera trama PHY en el paquete del RCH incluye adicionalmente el campo 620 de cabecera, y la ultima trama PHY en el paquete
incluye adicionalmente el campo 628 de bits de relleno. La Tabla 21 enumera los diversos campos para un formato ejemplar de PDU de RCH para los Tipos 0 y 1 de PDU del RCH. Tabla 21 - Formato de PDU del RCH (Tipos 0 y 1 de PDU del RCH)
Nombres de Campos / Parámetros
Longitud (bits) Descripción
Primera trama PHY
Tipo de Mensaje del RCH 4 Tipo de mensaje del RCH
Longitud de Mensaje del RCH
16 Numero de octetos en la PDU del RCH
Indicador de Tasa del FCH
16 Indica la maxima tasa para cada canal espacial en el FCH
Carga util
Variable Bits de carga util
CRC
16 Valor del Codigo de Redundancia Ciclico para la trama PHY (optativo)
Bits de Retaguardia
6 Bits de retaguardia para el codificador convolutivo
Cada trama PHY Intermedia
Carga util Variable Bits de carga util
CRC
16 Valor del CRC para la trama PHY (optativo)
Bits de Retaguardia
6 Bits de retaguardia para el codificador convolutivo
Ultima trama PHY
Carga util Variable Bits de carga util
Bits de relleno
Variable Bits de relleno para rellenar la trama PHY
CRC
16 Valor del CRC para la trama PHY (optativo)
Bits de Retaguardia
6 Bits de retaguardia para el codificador convolutivo
Los campos Tipo de Mensaje del RCH, Longitud de Mensaje del RCH e Indicador de Tasa del FCH se envian en la cabecera de la primera trama PHY de la PDU del RCH. El campo Indicador de Tasa del FCH se utiliza para transportar la informacion de tasa del FCH (p. ej., las maximas tasas que disponen de soporte por parte de cada uno de los canales espaciales) al punto de acceso.
10 La Tabla 22 enumera los diversos campos para un formato ejemplar de PDU del RCH para el Tipo 2 de PDU del RCH.
Tabla 22 - Mensaje del RCH para el Tipo 2 de PDU del RCH 5
Nombres de Campos / Parámetros
Longitud (bits) Descripción
Indicador de Tasa del FCH
16 Indica la maxima tasa para cada canal espacial en el FCH
Solicitud del RCH
1 Solicitud del terminal de usuario para enviar datos adicionales
Reservado
1 Reservado para uso futuro
El campo Solicitud del RCH es utilizado por el terminal de usuario para solicitar capacidad adicional por el enlace ascendente. Este mensaje breve del RCH no incluye un CRC y se transmite en un unico simbolo OFDM.
6. Actividad de Canal Dedicado
La transmision de datos por el FCH y el RCH puede ocurrir de forma independiente. Segun las modalidades de transmision seleccionadas para su empleo por parte del FCH y el RCH, uno o multiples canales espaciales (para las modalidades de guia de haces y de diversidad) pueden estar activos y utilizarse para la transmision de datos para cada canal de transporte dedicado. Cada canal espacial puede estar asociado a una tasa especifica.
Cuando solo el FCH, o solo el RCH, tiene las cuatro tasas fijadas en cero, el terminal de usuario esta ocioso en ese enlace. El terminal ocioso aun transmite una PDU ociosa por el RCH. Cuando tanto el FCH como el RCH tienen las cuatro tasas fijadas en cero, tanto el punto de acceso como el terminal de usuario estan apagados y no transmiten. Los terminales de usuario con menos de cuatro antenas transmisoras fijan los campos de tasa no utilizados en cero. Los terminales de usuario con mas de cuatro antenas transmisoras utilizan no mas de cuatro canales espaciales para transmitir datos. La Tabla 23 muestra el estado de transmision y la actividad del canal cuando las tasas en los cuatro canales espaciales del FCH, o bien del RCH (o de ambos), estan fijadas en cero.
Tabla 23
Tasas del FCH
Tasas del RCH Actividad de Canal Estado de Transmisión
Al menos una tasa en el FCH ; 0
Al menos una tasa en el RCH ; 0 El FCH y el RCH estan activos El FCH y / o el RCH estan transmitiendo
Al menos una tasa en el FCH ; 0
Todas las tasas en el RCH = 0 FCH activo, RCH ocioso
Todas las tasas en el FCH = 0
Al menos una tasa en el RCH # 0 FCH ocioso, RCH activo
Todas las tasas en el FCH = 0
Todas las tasas en el RCH = 0 El FCH y el RCH estan APAGADOS No hay transmisiones
TambiEn puede haber una situacion en donde tanto el RCH como el FCH estEn ociosos (es decir, sin transmitir datos) pero, sin embargo, transmitiendo preambulo. Esto se denomina el estado Ocioso. Los campos de control utilizados para prestar soporte a un terminal de usuario en el estado Ocioso se proporcionan en un elemento de informacion IE de Tipo 2 del FCCH, que se muestra en la Tabla 13.
7. Diseños Alternativos
Para mayor claridad, los tipos especificos de PDU, las estructuras de PDU, los formatos de mensaje, y asi sucesivamente, han sido descritos para un disero ejemplar. TambiEn pueden definirse menos tipos, estructuras y formatos, o instancias adicionales y / o distintas de los mismos, para su empleo, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
III. Estructuras de Subbanda de OFDM
En la descripcion anterior, se utiliza la misma estructura de subbanda de OFDM para todos los canales de transporte. Puede lograrse una eficiencia mejorada utilizando distintas estructuras de subbanda de OFDM para distintos canales de transporte. Por ejemplo, puede emplearse una estructura de 64 subbandas para algunos canales de transporte, puede utilizarse una estructura de 256 subbandas para algunos otros canales de transporte, y asi sucesivamente. Ademas, pueden utilizarse multiples estructuras de subbanda de OFDMpara un canal de transporte dado.
Para un ancho de banda de sistema dado de valor W, la duracion de un simbolo OFDM depende del numero de subbandas totales. Si el numero total de subbandas es N, entonces la duracion de cada simbolo transformado (sin un prefijo ciclico) es de N / W Iseg (si W se da en MHz). Un prefijo ciclico se arade a cada simbolo transformado para formar un correspondiente simbolo OFDM. La longitud del prefijo ciclico esta determinada por la expansion esperada del retardo del sistema. El prefijo ciclico representa el sobregasto, que se necesita para cada simbolo OFDM a fin de combatir un canal selectivo de frecuencia. Este sobregasto representa un porcentaje mayor del simbolo OFDM si el
simbolo es corto, y un porcentaje menor si el simbolo es largo.
Dado que distintos canales de transporte pueden asociarse a distintos tipos de datos de trafico, puede seleccionarse una estructura adecuada de subbanda OFDM para su empleo en cada canal de transporte, a fin de adaptarse al tipo esperado de datos de trafico. Si se espera que se transmita una gran cantidad de datos por un canal de transporte dado, entonces puede definirse una mayor estructura de subbandas para su empleo en el canal de transporte. En este caso, el prefijo ciclico representaria un porcentaje menor del simbolo OFDM, y puede lograrse una mayor eficiencia. Por el contrario, si se espera que se transmita una pequera cantidad de datos por un canal de transporte dado, entonces puede definirse una estructura de subbandas mas pequera, para su empleo en el canal de transporte. En este caso, incluso aunque el prefijo ciclico representa un mayor porcentaje del simbolo OFDM, aun puede lograrse una mayor eficiencia reduciendo la magnitud de la capacidad en exceso, utilizando un simbolo OFDM de menor tamaro. El simbolo OFDM puede verse asi como un "vagon" que se utiliza para enviar datos, y puede seleccionarse el "vagon" de tamaro adecuado para cada canal de transporte, segun la cantidad de datos que se espera enviar.
Por ejemplo, para la realizacion descrita anteriormente, los datos por el FCH y el RCH se envian en tramas PHY, cada una de las cuales comprende 6 simbolos OFDM. En este caso, puede definirse otra estructura OFDM para su empleo en el FCH y el RCH. Por ejemplo, puede definirse una estructura de 256 subbandas para el FCH y el RCH. Un simbolo OFDM "grande" para la estructura de 256 subbandas tendria aproximadamente cuatro veces la duracion de un simbolo OFDM "pequero" para la estructura de 64 subbandas, pero tendria cuatro veces la capacidad de transporte de datos. Sin embargo, solo se necesita un prefijo ciclico para un simbolo OFDM grande, mientras que se necesitan cuatro prefijos ciclicos para los equivalentes cuatro simbolos OFDM pequeros. Asi, la magnitud del sobregasto para los prefijos ciclicos puede reducirse en un 75% mediante el empleo de la estructura mayor de 256 subbandas.
Este concepto puede extenderse de forma tal que puedan utilizarse distintas estructuras de subbandas OFDM para el mismo canal de transporte. Por ejemplo, el RCH brinda soporte a distintos tipos de PDU, cada uno de los cuales puede asociarse a un cierto tamaro. En este caso, puede utilizarse una mayor estructura de subbandas para un tipo de PDU del RCH de mayor tamaro, y puede utilizarse una estructura de subbandas mas pequera para un tipo de PDU del RCH de menor tamaro. TambiEn puede utilizarse una combinacion de distintas estructuras de subbandas para una PDU dada. Por ejemplo, si un simbolo OFDM largo es equivalente a cuatro simbolos OFDMcortos, entonces puede enviarse una PDU utilizando Ngrande simbolos OFDM grandes y Npequero simbolos OFDM pequeros, donde Ngrande . 0 y 3 . Npequero . 0.
Distintas estructuras de subbandas OFDM se asocian a simbolos OFDM de distintas longitudes. De esta manera, si se utilizan distintas estructuras de subbandas de OFDM para distintos canales de transporte (y / o para el mismo canal de transporte), entonces los desplazamientos del FCH y del RCH para las PDU del FCH y del RCH deberian especificarse con la debida resolucion temporal, que es mas pequera que un periodo de simbolos OFDM. En particular, el incremento temporal para las PDU del FCH y del RCH puede darse en numeros enteros de la longitud del prefijo ciclico, en lugar del periodo de simbolos OFDM.
IV. Tasas y Modalidades de Transmisión
Los canales de transporte descritos anteriormente se utilizan para enviar diversos tipos de datos para diversos servicios y funciones. Cada canal de transporte puede diserarse para prestar soporte a una o mas tasas y a una o mas modalidades de transmision.
1. Modalidades de Transmisión
Un cierto numero de modalidades de transmision reciben soporte para los canales de transporte. Cada modalidad de transmision se asocia a un procesamiento espacial especifico en el transmisor y el receptor, segun se describe mas adelante. La Tabla 24 enumera la(s) modalidad(es) de transmision que recibe(n) soporte por parte de cada uno de los canales de transporte.
Tabla 24 5
Canales de Transporte
Modalidades de Transmisión
SIMO
Diversidad de Transmision Guia de Haces Multiplexado Espacial
BCH
- X - -
FCCH
- X - -
RACH
X - X -
FCH
- X X X
RCH
X X X X
Para la modalidad de diversidad, cada simbolo de datos se transmite redundantemente por multiples antenas de transmision, multiples subbandas, multiples periodos de simbolos, o una combinacion de los mismos, para lograr la diversidad espacial, de frecuencia y / o temporal. Para la modalidad de guia de haces, se utiliza un unico canal espacial para la transmision de datos (tipicamente, el mejor canal espacial), y cada simbolo de datos se transmite por el canal espacial unico utilizando la potencia total de transmision disponible para las antenas transmisoras. Para la modalidad de multiplexado espacial, se utilizan multiples canales espaciales para la transmision de datos, y cada simbolo de datos se transmite por un canal espacial, donde un canal espacial puede corresponder a una automodalidad, una antena transmisora, y asi sucesivamente. La modalidad de guia de haces puede verse como un caso especial de la modalidad de multiplexado espacial, en donde solo se utiliza un canal espacial para la transmision de datos.
La modalidad de diversidad puede utilizarse para los canales comunes de transporte (BCH y FCCH) para el enlace descendente, desde el punto de acceso a los terminales de usuario. La modalidad de diversidad tambiEn puede utilizarse para los canales de transporte dedicados (FCH y RCH). El uso de la modalidad de diversidad en el FCH y el RCH puede negociarse en el establecimiento de llamada. La modalidad de diversidad transmite datos en una "modalidad espacial" utilizando un par de antenas para cada subbanda.
La modalidad de guia de haces puede ser empleada en el RACH por terminales de usuario con multiples antenas transmisoras. Un terminal de usuario puede estimar el canal MIMO sobre la base del piloto MIMO enviado por el BCH. Esta estimacion de canal puede utilizarse entonces para efectuar la guia de haces en el RACH para los accesos al sistema. La modalidad de guia de haces tambiEn puede emplearse para los canales de transporte dedicados (FCH y RCH). La modalidad de guia de haces puede ser capaz de lograr una mayor razon entre seral recibida y ruido e interferencia (SNR) en el receptor que la modalidad de diversidad, explotando la ganancia de la formacion de antenas en el transmisor. Ademas, la porcion del preambulo de la PDU puede reducirse, dado que la referencia guiada solo incluye simbolos para una unica antena "guiada". La modalidad de diversidad tambiEn puede utilizarse para el RACH.
La modalidad de multiplexado espacial puede utilizarse para el FCH y el RCH para lograr mayor caudal, cuando dispone de soporte por parte de las condiciones de canal. Las modalidades de multiplexado espacial y de guia de haces estan controladas por referencias y requieren control de bucle cerrado para un funcionamiento adecuado. Asi pues, a un terminal de usuario se adjudican recursos tanto en el FCH como en el RCH, para prestar soporte a la modalidad de multiplexado espacial. Hasta cuatro canales espaciales pueden recibir soporte en el FCH y el RCH (limitado por el numero de antenas en el punto de acceso).
2. Codificación y Modulación
Un cierto numero de distintas tasas dispone de soporte para los canales de transporte. Cada tasa esta asociada a una tasa especifica de codigo y a un esquema especifico de modulacion, lo que da como resultado colectivo una especifica eficiencia espectral (o tasa de datos). La Tabla 25 enumera las diversas velocidades que disponen de soporte por parte del sistema.
Tabla 25
Palabra de Tasa
Eficiencia Espectral (bps / Hz) Tasa de Código Esquema de Modulación Bits de información / símbolo OFDM Bits de código / símbolo OFDM
0000
0,0 - desactivado - -
0001
0,25 1/4 BPSK 12 48
0010
0,5 1/2 BPSK 24 48
0011
1,0 1/2 OPSK 48 96
0100
1,5 3/4 OPSK 72 96
0101
2,0 1/2 16 OAM 96 192
0110
2,5 5/8 16 OAM 120 192
0111
3,0 3/4 16 OAM 144 192
1000
3,5 7/12 64 OAM 168 288
1001
4,0 2/3 64 OAM 192 288
1010
4,5 3/4 64 OAM 216 288
1011
5,0 5/6 64 OAM 240 288
1100
5,5 11/16 256 OAM 264 384
1101
6,0 3/4 256 OAM 288 384
1110
6,5 13/16 256 OAM 312 384
1111
7,0 7/8 256 OAM 336 384
Cada canal de transporte comun brinda soporte a una o mas tasas y a una modalidad de transmision (o posiblemente mas, como puede ser el caso para el RACH). El BCH se transmite a una tasa fija, utilizando la modalidad de diversidad. El FCCH puede transmitirse a una de cuatro tasas posibles, segun lo indicado por el campo Modalidad Fisica del
5 FCCH en el mensaje del BCH, utilizando la modalidad de diversidad. En una realizacion, el RACH puede transmitirse a una de cuatro posibles tasas, segun lo indicado por el DRI del RACH, incrustado en el preambulo de la PDU del RACH, y cada mensaje del RACH tiene uno de cuatro posibles tamaros. En otra realizacion, el RACH se transmite a una unica tasa. La Tabla 26 enumera los parametros de codificacion, modulacion y transmision y los tamaros de mensaje que reciben soporte por parte de cada canal de transporte comun.
10 Tabla 26 - Parametros para Canales de Transporte Comunes
Canal de Transporte
Eficiencia Espectral (bps / Hz) Tasa de Código Esquema de Modulación Modalidad de Transmisión Tamaño de Mensaje
BCH
0,25 1/4 BPSK Diversidad 120 10 OFDM
FCCH
0,25 1/4 BPSK Diversidad variable simbolos variables
"
0,5 1/2 BPSK Diversidad variable variable
"
1,0 1/2 OPSK Diversidad variable variable
"
2,0 1/2 16 OAM Diversidad variable variable
RACH
0,25 1/4 BPSK Guia de haces 96 8
"
0,5 1/2 BPSK Guia de haces 96, 192 4, 8
"
1,0 1/2 OPSK Guia de haces 96, 192, 384 2, 4, 8
"
2,0 1/2 16 OAM Guia de haces 96, 192, 384, 768 1, 2, 4, 8
El mensaje del FCCH es de tamaro variable y se presenta en un numero par de simbolos OFDM.
El FCH y el RCH brindan soporte a todas las tasas enumeradas en la Tabla 25. La Tabla 27 enumera los parametros de codificacion, modulacion y transmision, y los tamaros de mensaje, que disponen de soporte por parte del FCH y el RCH.
Tabla 27 - Parametros para el FCH y el RCH
Tamaño de Trama PHY
bits de
simbolos de simbolos de
codigo
modulacion OFDM
0,25A
1/4 BPSK 72 72 144 288 6
0,5
1/2 BPSK 144 144 288 288 6
1,0
1/2 OPSK 288 288 576 288 6
1,5
3/4 OPSK 432 144 576 288 6
2,0
1/2 16 OAM 576 576 1152 288 6
2,5
5/8 16 OAM 720 432 1152 288 6
3,0
3/4 16 OAM 864 288 1152 288 6
3,5
7/12 64 OAM 1008 720 1728 288 6
4,0
2/3 64 OAM 1152 576 1728 288 6
4,5
3/4 64 OAM 1296 432 1728 288 6
5,0
5/6 64 OAM 1440 288 1728 288 6
5,5
11/16 256 OAM 1584 720 2304 288 6
6,0
3/4 256 OAM 1728 576 2304 288 6
6,5
13/16 256 OAM 1872 432 2304 288 6
7,0
7/8 256 OAM 2016 288 2304 288 6
Nota A: cada bit de codigo de tasa 1/2 se repite en dos subbandas para obtener una tasa de codigo efectiva de 1/4. Los bits de paridad representan bits de redundancia introducidos por la codificacion, y se utilizan para la correccion de errores por parte del receptor.
5 El tamaro de la trama PHY en la Tabla 27 indica el numero de bits de codigo, simbolos de modulacion y simbolos OFDM para cada trama PHY. Si se utilizan 48 subbandas de datos para la transmision de datos, entonces cada simbolo OFDM incluye 48 simbolos de modulacion. Para las modalidades de diversidad y guia de haces, se transmite un flujo de simbolos y el tamaro de la trama PHY corresponde a la tasa unica empleada para este flujo de simbolos. Para la modalidad de multiplexado espacial, pueden enviarse multiples flujos de simbolos por multiples canales
10 espaciales, y el tamaro global de la trama PHY esta determinado por la suma de los tamaros de tramas PHY para los canales espaciales individuales. El tamaro de la trama PHY para cada canal espacial esta determinado por la tasa empleada para ese canal espacial.
Como ejemplo, supongamos que el canal MIMO es capaz de brindar soporte a cuatro canales espaciales funcionando con eficiencias espectrales de 0,5, 1,5, 4,5 y 5,5 bps / Hz. Las cuatro tasas seleccionadas para los cuatro canales
15 espaciales serian entonces como se muestra en la Tabla 28.
Tabla 28 - Transmision Ejemplar de Multiplexado Espacial 5
�?ndice de canal espacial
Eficiencia Espectral (bps / Hz) Tasa de Código Esquema de Modulación Carga útil (bits / trama Tamaño de Trama PHY
PHY)
bits de simbolos de simbolos
codigo
modulacion OFDM
1
0,5 1/2 BPSK 144 288 288 6
2
1,5 3/4 OPSK 432 576 288 6
3
4,5 3/4 64 OAM 1296 1728 288 6
4
5,5 11/16 256 OAM 1584 2304 288 6
El tamaro global de la trama PHY es entonces de 144 + 432 + 1296 + 1584 = 3456 bits de informacion, o de 288 + 576
+
1728 + 2304 = 4896 bits de codigo. Incluso aunque cada uno de los cuatro canales espaciales brinda soporte a un numero distinto de bits de carga util, la trama PHY global puede transmitirse en 6 simbolos OFDM (p. ej., 24 Iseg, suponiendo 4 Iseg / simbolo OFDM).
V.
Procesamiento de la Capa Física
La FIG. 7 muestra un diagrama en bloques de una realizacion de un punto 110x de acceso y dos terminales 120x y 120y de usuario dentro del sistema de WLAN con MIMO.
En el enlace descendente, en el punto 110x de acceso, un procesador 710 de datos de transmision (TX) recibe datos de trafico (es decir, bits de informacion) desde una fuente 708 de datos, y seralizacion y otra informacion desde un controlador 730 y, posiblemente, un planificador 734. Estos diversos tipos de datos pueden enviarse por distintos canales de transporte. El procesador 710 de datos de transmision "entrama" los datos (si es necesario), cifra los datos entramados / desentramados, codifica los datos cifrados, intercala (es decir, reordena) los datos codificados y asocia los datos intercalados con simbolos de modulacion. Para mayor simplicidad, un "simbolo de datos" se refiere a un simbolo de modulacion para datos de trafico, y un "simbolo piloto" se refiere a un simbolo de modulacion para el piloto. El cifrado aleatoriza los bits de datos. La codificacion aumenta la fiabilidad de la transmision de datos. La intercalacion proporciona diversidad temporal, de frecuencia y / o espacial para los bits de codigo. El cifrado, la codificacion y la modulacion pueden llevarse a cabo sobre la base de serales de control proporcionadas por el controlador 730 y se describen en mayor detalle mas adelante. El procesador 710 de datos de transmision suministra un flujo de simbolos de modulacion para cada canal espacial utilizado para la transmision de datos.
Un procesador espacial 720 de transmision recibe uno o mas flujos de simbolos de modulacion desde el procesador 710 de datos de transmision y realiza el procesamiento espacial de los simbolos de modulacion a fin de proporcionar cuatro flujos de simbolos de transmision, un flujo para cada antena transmisora. El procesamiento espacial se describe en mayor detalle mas adelante.
Cada modulador (MOD) 722 recibe y procesa un respectivo flujo de simbolos de transmision para proporcionar un correspondiente flujo de simbolos OFDM. Cada flujo de simbolos OFDM se procesa adicionalmente para proporcionar una correspondiente seral modulada del enlace descendente. Las cuatro serales moduladas del enlace descendente, desde los moduladores 722a a 722d, se transmiten entonces, respectivamente, desde las cuatro antenas 724a a 724d.
En cada terminal 120 de usuario, una, o multiples, antena(s) 752 recibe(n) las serales moduladas transmitidas del enlace descendente, y cada antena receptora proporciona una seral recibida a un respectivo demodulador (DEMOD)
754. Cada demodulador 754 realiza un procesamiento complementario al realizado en el modulador 722, y suministra los simbolos recibidos. Un procesador espacial 760 de recepcion (RX) efectua entonces el procesamiento espacial sobre los simbolos recibidos desde todos los demoduladores 754, a fin de proporcionar simbolos recuperados, que son estimaciones de los simbolos de modulacion enviados por el punto de acceso.
Un procesador 770 de datos de recepcion recibe y demultiplexa los simbolos recuperados en sus respectivos canales de transporte. Los simbolos recuperados para cada canal de transporte pueden ser desasociados de los simbolos, desintercalados, descodificados y descifrados, a fin de proporcionar datos descodificados para ese canal de transporte. Los datos descodificados para cada canal de transporte pueden incluir datos de paquetes recuperados, mensajes, seralizacion, y asi sucesivamente, que se suministran a un sumidero 772 de datos para su almacenamiento y / o a un controlador 780 para su procesamiento ulterior.
El procesamiento por el punto 110 de acceso y el terminal 120 para el enlace descendente se describe en mayor detalle mas adelante. El procesamiento para el enlace ascendente puede ser el mismo que, o distinto a, el procesamiento para el enlace descendente.
Para el enlace descendente, en cada terminal 120 de usuario activo, el procesador espacial 760 de recepcion estima adicionalmente el enlace descendente a fin de obtener informacion de estado de canal (CSI). La CSI puede incluir estimaciones de respuesta de canal, las SNR recibidas, y asi sucesivamente. El procesador 770 de datos de recepcion tambiEn puede proporcionar el estado de cada paquete, o trama, recibido por el enlace descendente. Un controlador 780 recibe la informacion de estado de canal y el estado del paquete, o trama, y determina la informacion de realimentacion a enviar de vuelta al punto de acceso. La informacion de realimentacion es procesada por un procesador 790 de datos de transmision y un procesador espacial 792 de transmision (si esta presente), acondicionada por uno o mas moduladores 754 y transmitida, mediante una o mas antenas 752, de vuelta al punto de acceso.
En el punto 110 de acceso, la(s) seral(es) transmitida(s) del enlace ascendente es (son) recibida(s) por las antenas
724, demodulada(s) por los demoduladores 722 y procesada(s) por un procesador espacial 740 de recepcion, y un procesador 742 de datos de recepcion, de una manera complementaria a aquella efectuada en el terminal de usuario. La informacion de realimentacion recuperada se suministra entonces al controlador 730 y a un planificador 734.
El planificador 734 utiliza la informacion de realimentacion para llevar a cabo un cierto numero de funciones tales como
(1) seleccionar un conjunto de terminales de usuario para la transmision de datos por el enlace descendente y el enlace ascendente, (2) seleccionar la(s) tasa(s) de transmision y la modalidad de transmision para cada terminal de usuario seleccionado, y (3) asignar los recursos disponibles del FCH / RCH a los terminales seleccionados. El planificador 734 y / o el controlador 730 utilizan adicionalmente la informacion (p. ej., los vectores de guia) obtenida de la transmision por el enlace ascendente, para el procesamiento de la transmision por el enlace descendente, segun se describe en mayor detalle mas adelante.
Un cierto numero de modalidades de transmision disponen de soporte para la transmision de datos por el enlace descendente y el enlace ascendente. El procesamiento para cada una de estas modalidades de transmision se describe en mayor detalle mas adelante.
1. Modalidad de Diversidad – Procesamiento de Transmisión
La FIG. 8A muestra un diagrama en bloques de una realizacion de una unidad transmisora 800 capaz de llevar a cabo el procesamiento de transmision para la modalidad de diversidad. La unidad transmisora 800 puede utilizarse para la porcion transmisora del punto de acceso y del terminal de usuario.
Dentro de un procesador 710a de datos de transmision, una unidad 808 de entramado entrama los datos para cada paquete a transmitir por el FCH o el RCH. No es necesario que el entramado se efectue para los otros canales de transporte. El entramado puede llevarse a cabo segun se ilustra en la FIG. 6, para generar una o mas tramas PHY para cada paquete de usuario. Un cifrador 810 cifra entonces los datos entramados / desentramados para cada canal de transporte, a fin de aleatorizar los datos.
Un codificador 812 recibe y codifica los datos cifrados de acuerdo a un esquema de codificacion seleccionado para proporcionar bits de codigo. Una unidad 814 de repeticion / puncion repite o punza (es decir, borra) entonces algunos de los bits de codigo, para obtener la tasa deseada de codigo. En una realizacion, el codificador 812 es un codificador convolutivo binario de tasa 1/2 y longitud 7 de restriccion. Una tasa de codigo de 1/4 puede obtenerse repitiendo una vez cada bit de codigo. Las tasas de codigo mayores que 1/2 pueden obtenerse borrando algunos de los bits de codigo del codificador 812. Un disero especifico para la unidad entramadora 808, el cifrador 810, el codificador 812 y la unidad 814 de repeticion / puncion se describe mas adelante.
Un intercalador 818 intercala entonces (es decir, reordena) los bits de codigo de la unidad 814, sobre la base de un esquema de intercalacion seleccionado. En una realizacion, cada grupo de 48 bits consecutivos de codigo, a transmitir por un canal espacial dado, se expande sobre las 48 subbandas portadoras de datos (o, simplemente, subbandas de datos) para proporcionar diversidad de frecuencia. La intercalacion se describe en mayor detalle mas adelante.
Una unidad 820 de asociacion de simbolos asocia entonces los datos intercalados de acuerdo a un esquema de modulacion especifico, a fin de proporcionar simbolos de modulacion. Segun se muestra en la Tabla 26, pueden utilizarse BPSK, 4 OAM o 16 OAM para la modalidad de diversidad, segun la tasa seleccionada. En la modalidad de diversidad, se emplea el mismo esquema de modulacion para todas las subbandas de datos. La asociacion de simbolos puede lograrse (1) agrupando conjuntos de B bits para formar valores de B bits, donde B . 1, y (2) asociando cada valor de B bits con un punto en una constelacion de serales, correspondiente al esquema de modulacion seleccionado. Cada punto de seral asociado es un valor complejo y corresponde a un simbolo de modulacion. La unidad 820 de asociacion de simbolos suministra un flujo de simbolos de modulacion a un procesador 720a de diversidad de transmision.
En una realizacion, la modalidad de diversidad utiliza la diversidad de transmision espacio-temporal (STTD) para la diversidad transmisora dual, subbanda por subbanda. La STTD brinda soporte a la transmision simultanea de flujos independientes de simbolos por dos antenas transmisoras, manteniendo a la vez la ortogonalidad en el receptor.
El esquema de la STTD funciona de la siguiente manera. Supongamos que dos simbolos de modulacion, indicados como s1 y s2, han de transmitirse por una subbanda dada. El transmisor genera dos vectores, x1 = [s1 s2]T y x2 = [s2* -s1*]T, donde "*" indica la conjugada compleja y "T" indica la traspuesta. Cada vector incluye dos elementos que han de transmitirse desde dos antenas transmisoras en un periodo de simbolos (es decir, el vector x1 se transmite desde dos antenas en el primer periodo de simbolos, y el vector x2 se transmite desde dos antenas en el siguiente periodo de simbolos).
Si el receptor esta equipado con una unica antena receptora, entonces los simbolos recibidos pueden expresarse como:
r1 = h1s1 + h2s2 + n1 , y, Ec. (1)
r2 = h1s*2 - h2s*1 + n2,
donde r1 y r2 son dos simbolos recibidos en dos periodos de simbolos consecutivos en el receptor; 5 h1 y h2 son las ganancias de trayectoria desde las dos antenas transmisoras hasta la antena receptora para la
subbanda en consideracion, donde las ganancias de trayectoria se suponen constantes para la subbanda y estaticas para el periodo de 2 simbolos; y n1 y n2 son el ruido respectivamente asociado a los dos simbolos recibidos r1 y r2. El receptor puede entonces obtener estimaciones de los dos simbolos transmitidos, s1 y s2, segun lo siguiente:
, y Ec. (2)
Alternativamente, el transmisor puede generar dos vectores x1 = {s1 - s*2}T y x2 = {s2 s*1}T, y transmitir los dos vectores secuencialmente en dos periodos de simbolos desde dos antenas transmisoras. Los simbolos recibidos pueden 15 expresarse entonces como:
r1 = h1s1 – h2s*2 + n1,
y
r2 = h1s2 + h2s*1 + n2.
El receptor puede entonces obtener estimaciones de los dos simbolos transmitidos, segun lo siguiente:
y
La anterior descripcion puede extenderse para un sistema MIMO-OFDM con dos o mas antenas transmisoras, NR antenas receptoras y multiples subbandas. Se utilizan dos antenas transmisoras para cualquier subbanda dada. 25 Supongamos que dos simbolos de modulacion, indicados como s1(k) y s2(k), han de transmitirse por una subbanda k dada. El transmisor genera dos vectores x1(k) = [s1(k) s2(k)]T y x2(k) = [s*2(k) - s*1(k)]T o, equivalentemente, dos conjuntos de simbolos {xi(k)} = {s1(k) s*2(k)} y {xj(k)} = {s2(k) -s*1(k)}. Cada conjunto de simbolos incluye dos elementos que han de transmitirse secuencialmente en dos periodos de simbolos desde una respectiva antena transmisora, por la subbanda k (es decir, el conjunto de simbolos {xi(k)} se transmite por la subbanda k desde la antena i en dos periodos
30 de simbolos, y el conjunto de simbolos {xj(k)} se transmite por la subbanda k desde la antena j en el mismo periodo de 2 simbolos).
Los vectores de simbolos recibidos en las antenas receptoras en los dos periodos de simbolos pueden expresarse como:
r1(k) = hi(k)s1(k) + hj(k)s2(k)+n1(k),
35 y
r2(k) = hi(k)s*2(k) - hj(k)s*1(k)+n2(k),
donde
r1(k) y r2(k) son dos vectores de simbolos recibidos en dos periodos de simbolos consecutivos por la subbanda k en el receptor, incluyendo cada vector NR simbolos recibidos para NR antenas receptoras;
hi(k) y hj(k) son los vectores de ganancias de trayectoria desde las dos antenas transmisoras i y j hasta las NR antenas receptoras para la subbanda k, incluyendo cada vector las ganancias de canal desde la antena transmisora asociada hasta cada una de las NR antenas receptoras, donde las ganancias de trayectoria se suponen constantes sobre la subbanda y estaticas sobre el periodo de 2 simbolos; y
n1(k) y n2(k) son vectores de ruido respectivamente asociados a los dos vectores recibidos r1(k) y r2(k).
El receptor puede obtener entonces estimaciones de los dos simbolos transmitidos, s1(k) y s2(k), segun lo siguiente:
y
Alternativamente, el transmisor puede generar dos conjuntos de simbolos {xi(k)} = {s1(k) s2(k)} y {xj(k)} = {-s*2(k) s*1(k)}, y transmitir estos dos conjuntos de simbolos desde dos antenas transmisoras i y j. Los vectores de los simbolos recibidos pueden expresarse entonces como:
r1(k) = hi(k)s1(k) - hj(k)s*2(k) + n1(k), y r2(k) = hi(k)s2(k) + hj(k)s*1(k) + n2(k). El receptor puede entonces obtener estimaciones de los dos simbolos transmitidos segun lo siguiente:
y
El esquema de la STTD esta descrito por S. M. Alamouti en un articulo titulado "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications" ["Una TEcnica Sencilla de Diversidad de Transmision para Comunicaciones Inalambricas"], IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 16, N° 8, Octubre de 1998, pags. 1451-1458. El esquema de la STTD tambiEn se describe en la Solicitud de Patente Estadounidense transferida legalmente en comun con N° de Serie 09 / 737.602, titulada "Method and System for Increased Bandwidth Efficiency in Multiple Input - Multiple Output Channels" ["Procedimiento y Sistema para una Mayor Eficiencia de Ancho de Banda en Canales de Entrada Multiple y Salida Multiple"], depositada el 5 de enero de 2001, y la Solicitud de Patente Estadounidense con N° de serie 10 / 179.439, titulada "Diversity Transmission Modes for MIMO OFDM Communication Systems" ["Modalidades de Transmision con Diversidad para Sistemas de Comunicacion OFDM con MIMO"], depositada el 24 de junio de 2002.
El esquema de la STTD transmite efectivamente un simbolo de modulacion por subbanda, por dos antenas transmisoras en cada periodo de simbolos. Sin embargo, el esquema de la STTD distribuye la informacion en cada simbolo de modulacion sobre dos simbolos OFDM sucesivos. De esta manera, la recuperacion de simbolos en el receptor se efectua sobre la base de dos simbolos OFDMconsecutivos recibidos.
El esquema de la STTD utiliza un par de antenas transmisoras para cada subbanda de datos. Dado que el punto de acceso incluye cuatro antenas transmisoras, cada antena puede seleccionarse, para su empleo, para la mitad de las 48 subbandas de datos. La Tabla 29 enumera un esquema de asignacion ejemplar entre subbandas y antenas para el esquema de la STTD.
Tabla 29
�?ndices de Subbanda
Antenatransmisora �?ndice de Bit �?ndices de Subbanda AntenaTransmisora �?ndice de Bit �?ndices deSubbanda AntenaTransmisora �?ndice de Bit �?ndices de Subbanda AntenaTransmisora �?ndice de bit
-
-
-
-13 1,2 26 1 3,4 1 15 1,2 33
-26
1,2 0 -12 3,4 32 2 1,2 7 16 2,4 39
-25
3,4 6 -11 1,3 38 3 2,4 13 17 1,3 45
-24
1,3 12 -10 2,4 44 4 1,3 19 18 2,3 5
-23
2,4 18 -9 1,4 4 5 2,3 25 19 1,4 11
-22
1,4 24 -8 2,3 10 6 1,4 31 20 3,4 17
-21
1 P0 -7 2 P1 7 3 P2 21 4 P3
-20
2,3 30 -6 1,2 16 8 3,4 37 22 1,2 23
-19
1,2 36 -5 3,4 22 9 1,2 43 23 2,4 29
-18
3,4 42 -4 1,3 28 10 2,4 3 24 1,3 35
-17
1,3 2 -3 2,4 34 11 1,3 9 25 2,3 41
-16
2,4 8 -2 1,4 40 12 2,3 15 26 1,4 47
-15
1,4 14 -1 2,3 46 13 1,4 21 - - -
-14
2,3 20 0 - - 14 3,4 27 - - -
Como se muestra en la Tabla 29, las antenas transmisoras 1 y 2 se utilizan para las subbandas con indices -26, -19, 13 y asi sucesivamente, las antenas transmisoras 2 y 4 se utilizan para las subbandas con indices -25, -18, -12 y asi sucesivamente, las antenas transmisoras 1 y 3 se utilizan para las subbandas con indices -24, -17, -11 y asi sucesivamente. Hay seis asociaciones distintas de antenas con cuatro antenas transmisoras. Cada una de las seis asociaciones de antenas se utiliza para 8 subbandas de datos, que estan espaciadas de manera aproximadamente uniforme entre las 48 subbandas de datos. La asignacion de la asociacion de antenas a la subbanda es tal que se utilizan distintas antenas para subbandas adyacentes, lo que puede brindar mayor frecuencia y diversidad espacial. Por ejemplo, las antenas 1 y 2 se utilizan para la subbanda -26, y las antenas 3 y 4 se utilizan para la subbanda -25.
La asignacion antena-subbanda en la Tabla 29 tambiEn es tal que las cuatro antenas transmisoras se utilizan para cada bit de codigo para la tasa mas baja de 1/4, lo que puede maximizar la diversidad espacial. Para la tasa 1/4, cada bit de codigo se repite y se envia por dos subbandas (lo que tambiEn se denomina codificacion repetida de subbanda dual). Las dos subbandas utilizadas para cada bit de codigo se asocian a distintos pares de antenas, de forma tal que las cuatro antenas se utilizan para transmitir ese bit de codigo. Por ejemplo, los indices de bit 0 y 1 en la Tabla 29 corresponden al mismo bit de codigo para la modalidad de diversidad, donde el bit con indice 0 se transmite desde las antenas 1 y 2 por la subbanda -26 y el bit con indice 1 se transmite desde las antenas 3 y 4 por la subbanda 1. Como otro ejemplo, los indices de bit 2 y 3 en la Tabla 29 corresponden al mismo bit de codigo, donde el bit con indice 2 se transmite desde las antenas 1 y 3 en la subbanda -17 y el bit con indice 3 se transmite desde las antenas 2 y 4 en la subbanda 10.
El sistema puede prestar soporte a otros esquemas de diversidad de transmision, lo cual esta dentro del alcance de la invencion. Por ejemplo, el sistema puede prestar soporte a una diversidad transmisora espacio-frecuencia (SFTD) que puede lograr la diversidad de espacio y frecuencia para cada par de subbandas. Un esquema ejemplar de SFTD funciona de la siguiente manera. Supongamos que dos simbolos de modulacion, indicados como s(k) y s(k+1), son generados y asociados a dos subbandas adyacentes de un simbolo OFDM. Para la SFTD, el transmisor transmitiria los simbolos s(k) y s(k+1) desde dos antenas por la subbanda k, y transmitiria los simbolos s* (k+1) y -s* (k) desde las mismas dos antenas por la subbanda k+1. Se utilizan subbandas adyacentes para el par de simbolos de modulacion porque la respuesta del canal se supone constante para la transmision de los dos pares de simbolos. El procesamiento en el receptor para recuperar los simbolos de modulacion es el mismo que para el esquema de la STTD, excepto en que se procesan los simbolos recibidos para dos subbandas en lugar de para dos periodos de simbolos OFDM.
La FIG. 8B muestra un diagrama en bloques de una realizacion de un procesador 720a de diversidad de transmision capaz de implementar el esquema de la STTD para la modalidad de diversidad.
Dentro del procesador 720a de diversidad de transmision, un demultiplexador 832 recibe y demultiplexa el flujo de simbolos de modulacion s(n) del procesador 710a de datos de transmision en 48 subflujos, indicados como s1(n) a sk(n), para las 48 subbandas de datos. Cada subflujo de simbolos de modulacion incluye un simbolo de modulacion para cada periodo de simbolos, que corresponde a una tasa de simbolos de (TOFDM)-1, donde TOFDM es la duracion de un simbolo OFDM. Cada subflujo de simbolos de modulacion se suministra a un respectivo procesador 840 de diversidad de subbanda de transmision.
Dentro de cada procesador 840 de diversidad de subbanda de transmision, un demultiplexador 842 demultiplexa los simbolos de modulacion para la subbanda en dos secuencias de simbolos, teniendo cada secuencia una tasa de simbolos de (2TOFDM)-1. Un codificador 850 de espacio-tiempo recibe las dos secuencias de simbolos de modulacion y, para cada periodo de 2 simbolos, utiliza dos simbolos s1 y s2 en las dos secuencias para formar dos conjuntos de simbolos {xi} = {s1 s*2} y {xj} = {s2 - s*1} para dos antenas transmisoras. Cada conjunto de simbolos incluye dos simbolos, un simbolo de cada una de las dos secuencias. El conjunto de simbolos {xi} se genera proporcionando primero el simbolo s1 y el simbolo s*2 luego, donde s1 se obtiene mediante un conmutador 856a y s*2 se obtiene tomando el conjugado de s2 con una unidad 852a y retardando el simbolo conjugado en un periodo de simbolos, con una unidad 854a de retardo. De manera similar, el conjunto de simbolos {xj} se genera proporcionando primero el simbolo s2 y luego el simbolo -s*1, donde s2 se obtiene mediante un conmutador 856b y -s*1 se obtiene tomando el conjugado negativo de s1, con una unidad 852b, y retardando el simbolo conjugado negativo en un periodo de simbolos, con una unidad 854b de retardo. Los dos conjuntos de simbolos {xi} y {xj} han de transmitirse desde dos antenas i y j asignadas a la subbanda, segun se indica en la Tabla 29. El codificador 850 de espacio-tiempo proporciona el primer conjunto de simbolos {xi} = {s1 s*2} a un almacEn temporal / multiplexador 870 para la primera antena transmisora i y el segundo conjunto de simbolos {xj} = {s2 -s*1} a otro almacEn temporal / multiplexador 870 para la segunda antena transmisora j. Los dos simbolos proporcionados por el codificador 850 de espacio-tiempo para cada periodo de simbolos se denominan simbolos de STTD.
Los almacenes temporales / multiplexadores 870a a 870d se utilizan para almacenar temporalmente y multiplexar los simbolos de STTD de todos los procesadores 840 de diversidad. Cada almacEn temporal / multiplexador 870 recibe simbolos piloto y simbolos de STTD desde los correspondientes procesadores 840 de diversidad de subbanda de transmision, segun lo determinado por la Tabla 29. Por ejemplo, el almacEn temporal / multiplexador 870a recibe simbolos de modulacion para las subbandas -26, -24, -22, -19 y asi sucesivamente (es decir, todas las subbandas
asociadas a la antena 1), el almacEn temporal / multiplexador 870b recibe simbolos de modulacion para las subbandas -26, -23, -20, -19 y asi sucesivamente (es decir, todas las subbandas asociadas a la antena 2), el almacEn temporal / multiplexador 870c recibe simbolos de modulacion para las subbandas -25, -24, -20, -18 y asi sucesivamente (es decir, todas las subbandas asociadas a la antena 3), y el almacEn temporal / multiplexador 870d recibe simbolos de modulacion para las subbandas -25, -23, -22, -18 y asi sucesivamente (es decir, todas las subbandas asociadas a la antena 4).
Cada almacEn temporal / multiplexador 870 multiplexa luego, para cada periodo de simbolos, cuatro pilotos, 24 simbolos de STTD y 36 ceros para las cuatro subbandas piloto, 24 subbandas de datos y 36 subbandas no utilizadas, respectivamente, para formar una secuencia de 64 simbolos de transmision para las 64 subbandas totales. Aunque hay un total de 48 subbandas de datos, solo se utilizan 24 subbandas para cada antena transmisora para la modalidad de diversidad, y el numero total efectivo de bandas no utilizadas para cada antena es, por ello, 36 en lugar de 12. Cada simbolo de transmision es un valor complejo (que puede ser cero para una subbanda no utilizada) que se envia por una subbanda en un periodo de simbolos. Cada almacEn temporal / multiplexador 870 suministra un flujo de simbolos de transmision xi(n) para una antena transmisora. Cada flujo de simbolos de transmision comprende secuencias concatenadas de 64 simbolos de transmision, una secuencia para cada periodo de simbolos. Con referencia nuevamente a la FIG. 8A, el procesador 720a de diversidad de transmision suministra cuatro flujos de simbolos de transmision, x1(n) a x4(n), a cuatro moduladores OFDM722a a 722d.
La FIG. 8C muestra un diagrama en bloques de una realizacion de un modulador OFDM 722x, que puede utilizarse para cada uno de los moduladores OFDM 722a a 722d en la FIG. 8A. Dentro del modulador OFDM 722x, una unidad 852 de transformada rapida inversa de Fourier (IFFT) recibe un flujo de simbolos de transmision, xi(n), y convierte cada secuencia de 64 simbolos de transmision en su representacion en el dominio temporal (que se denomina un simbolo transformado) utilizando una transformada rapida inversa de Fourier de 64 puntos. Cada simbolo transformado comprende 64 muestras del dominio temporal, correspondientes a las 64 subbandas totales.
Para cada simbolo transformado, el generador 854 de prefijo ciclico repite una porcion del simbolo transformado para formar un correspondiente simbolo OFDM. Como se ha indicado anteriormente, puede emplearse una de dos longitudes distintas de prefijo ciclico. El prefijo ciclico para el BCH es fijo y tiene 800 nseg. El prefijo ciclico para todos los otros canales de transporte es seleccionable (bien 400 nseg o bien 800 nseg) y esta indicado por el campo Duracion del Prefijo Ciclico del mensaje del BCH. Para un sistema con un ancho de banda de 20 MHz, un periodo de muestreo de 50 nseg y 64 subbandas, cada simbolo transformado tiene una duracion de 3,2 mseg (o 64x50 nseg) y cada simbolo OFDM tiene una duracion bien de 3,6 mseg o bien de 4,0 mseg, segun que se utilice el prefijo ciclico de 400 nseg o el de 800 nseg para el simbolo OFDM.
La FIG. 8D ilustra un simbolo OFDM. El simbolo OFDM se compone de dos partes: un prefijo ciclico con una duracion de 400 u 800 nseg (8 o 16 muestras) y un simbolo transformado con una duracion de 3,2 Iseg (64 muestras). El prefijo ciclico es una copia de las ultimas 8 o 16 muestras (es decir, una continuacion ciclica) del simbolo transformado y se inserta enfrente del simbolo transformado. El prefijo ciclico garantiza que el simbolo OFDM retiene su propiedad ortogonal en presencia de la expansion de retardo de multitrayectoria, mejorando por ello el rendimiento ante los efectos perniciosos de las trayectorias, tales como la dispersion multitrayectoria y de canal causada por el desvanecimiento selectivo de la frecuencia.
El generador 854 de prefijos ciclicos suministra un flujo de simbolos OFDM a un transmisor (TMTR) 856. El transmisor 856 convierte el flujo de simbolos OFDM en una o mas serales analogicas, y adicionalmente amplifica, filtra y aumenta la frecuencia de las serales analogicas para generar una seral modulada adecuada para la transmision desde una antena asociada.
La onda de banda base para un simbolo OFDM puede expresarse como:
Ec. (3) en donde n indica el periodo de simbolos (es decir, el indice de simbolo OFDM); k indica el indice de subbanda; NST es el numero de subbandas piloto y de datos;
n; y , para nTs < t < (n+1)TS, , en caso contrario Ec. (4)
en donde TCP es la duracion del prefijo ciclico; TS es la duracion del simbolo OFDM; y
cn(k) indica el simbolo transmitido por la subbanda k del periodo de simbolos
If es el ancho de banda de cada subbanda.
2. Modalidad de Multiplexado Espacial – Procesamiento de Transmisión
La FIG. 9A muestra un diagrama en bloques de una unidad transmisora 900 capaz de llevar a cabo el procesamiento de transmision para la modalidad de multiplexado espacial. La unidad transmisora 900 es otra realizacion de la porcion transmisora del punto de acceso y el terminal de usuario. Para la modalidad de multiplexado espacial, suponiendo nuevamente que se dispone de cuatro antenas transmisoras y cuatro antenas receptoras, pueden transmitirse datos por hasta cuatro canales espaciales. Puede utilizarse una tasa distinta para cada canal espacial, segun su capacidad de transmision. Cada tasa esta asociada a una tasa de codigo especifica y a un esquema de modulacion, segun se muestra en la Tabla 25. En la siguiente descripcion se supone que se seleccionan NE canales espaciales para su empleo para la transmision de datos, donde NE < NS : min {NT, NR}.
Dentro de un procesador 710b de datos de transmision, la unidad 808 de entramado entrama los datos para cada paquete del FCH / RCH, a fin de generar una o mas tramas PHY para el paquete. Cada trama PHY incluye el numero de bits de datos que pueden transmitirse en todos los NE canales espaciales dentro de 6 simbolos OFDM. El cifrador 810 cifra los datos para cada canal de transporte. El codificador 812 recibe y codifica los datos cifrados de acuerdo a un esquema de codificacion seleccionado a fin de proporcionar bits de codigo. En una realizacion, se emplea un esquema comun de codificacion para codificar los datos para todos los NE canales espaciales, y se obtienen tasas distintas de codigo para distintos canales espaciales, punzando los bits de codigo con distintos patrones de puncion. La unidad 814 de puncion punza asi los bits de codigo para obtener la tasa deseada de codigo para cada canal espacial. La puncion para la modalidad de multiplexado espacial se describe en mayor detalle mas adelante.
Un demultiplexador 816 recibe y demultiplexa los bits de codigo desde la unidad 814 de puncion, a fin de suministrar NE flujos de bits de codigo para los NE canales espaciales seleccionados para su uso. Cada flujo de bits de codigo es suministrado a un respectivo intercalador 818, que intercala los bits de codigo en el flujo entre todas las 48 subbandas de datos. La codificacion e intercalacion para la modalidad de multiplexado espacial se describen en mayor detalle mas adelante. Los datos intercalados de cada intercalador 818 se suministran a una respectiva unidad 820 de asociacion de simbolos.
En la modalidad de multiplexado espacial, pueden utilizarse hasta cuatro tasas distintas para los cuatro canales espaciales, segun las SNR recibidas logradas para estos canales espaciales. Cada tasa se asocia a un esquema especifico de modulacion, segun se muestra en la Tabla 25. Cada unidad 820 de asociacion de simbolos asocia los datos intercalados de acuerdo a un esquema especifico de modulacion seleccionado para el canal espacial asociado, a fin de suministrar simbolos de modulacion. Si se seleccionan para su uso los cuatro canales espaciales, entonces las unidades 820a a 820d de asociacion de simbolos suministran cuatro flujos de simbolos de modulacion para los cuatro canales espaciales a un procesador espacial 720b de transmision.
El procesador espacial 720b de transmision lleva a cabo el procesamiento espacial para la modalidad de multiplexado espacial. Para simplificar, la siguiente descripcion supone que se utilizan cuatro antenas de transmision, cuatro antenas de recepcion y 48 subbandas de datos para la transmision de datos. Los indices de subbanda de datos estan dados por el conjunto K, donde K = + {1, ..., 6, 8, ..., 20, 22, ..., 26} para la estructura de subbandas OFDM anteriormente descrita.
El modelo para un sistema MIMO-OFDMpuede expresarse como:
r(k) = H(k)x(k) + n(k) , para k ∈ K, Ec. (5)
en donde
r(k) es un vector de "recepcion" con cuatro entradas para los simbolos recibidos mediante las cuatro antenas
receptoras para la subbanda k (es decir, r(k) =[r1(k) r2(k) r3(k) r4(k)]T);
x(k) es un vector de "transmision" con cuatro entradas para los simbolos transmitidos desde las cuatro antenas transmisoras para la subbanda k (es decir, x(k) = [x1(k) x2(k) x3(k) x4(k)]T); H(k) es una matriz de respuesta de canal de dimension (NR x NT) para la subbanda k; y n(k) es un vector de ruido Gaussiano blanco aditivo (AWGN) para la subbanda k. Se supone que el vector de ruido n(k) tiene componentes con media cero y una matriz de covarianza de In = 02I,
donde I es la matriz identidad y 02 es la varianza del ruido. La matriz H(k) de respuesta de canal para la subbanda k puede expresarse como:
, para k ∈ K, Ec. (6)
en donde la entrada hij(k), para i ∈ {1, 2, 3, 4} y j ∈ {1, 2, 3, 4}, es el acoplamiento (es decir, ganancia compleja) entre la antena transmisora i y la antena receptora j para la subbanda k. Para simplificar, se supone que las matrices de respuesta de canal H(k), para k ∈ K, son conocidas o pueden ser averiguadas tanto por el transmisor como por el receptor.
La matriz de respuesta de canal H(k) para cada subbanda k puede "diagonalizarse" para obtener las NS automodalidades para esa subbanda. Esto puede lograrse realizando la descomposicion de autovalores en la matriz de correlacion de H(k), que es R(k) = HH(k)H(k), donde HH(k) indica la transpuesta conjugada de H(k). La descomposicion en autovalores de la matriz de correlacion R(k) puede expresarse como:
R(k) = V(k)D(k)VH(k), para k ∈ K, Ec. (7)
en donde
V(k) es una matriz unitaria de dimension (NT x NT) cuyas columnas son autovectores de R(k) (es decir, V(k) = [v1(k) v2(k) v3(k) v4(k)], donde cada vi(k) es un autovector para una automodalidad); y
D(k) es una matriz diagonal de dimension (NT x NT) de autovalores de R(k).
Una matriz unitaria se caracteriza por la propiedad MHM = I. Los autovectores vi(k), para i ∈ {1, 2, 3, 4}, tambiEn se denominan vectores de guia de transmision para cada uno de los canales espaciales.
La matriz de respuesta de canal H(k) tambiEn puede diagonalizarse utilizando la descomposicion en valores singulares, que puede expresarse como:
H(k) = U(k)1(k)VH(k), para k ∈K, Ec. (8)
en donde
V(k) es una matriz cuyas columnas son autovectores derechos de H(k);
1(k) es una matriz diagonal que contiene valores singulares de H(k), que son raices cuadradas positivas de los elementos diagonales de D(k), los autovalores de R(k); y
U(k) es una matriz cuyas columnas son autovectores izquierdos de H(k).
La descomposicion en valores singulares esta descrita por Gilbert Strang en un libro titulado "Algebra Lineal y sus Aplicaciones", Segunda Edicion, Academic Press, 1980. Como se muestra en las ecuaciones (7) y (8), las columnas de la matriz V(k) son autovectores de R(k) asi como autovectores derechos de H(k). Las columnas de la matriz U(k) son autovectores de H(k)HH(k) asi como autovectores izquierdos de H(k).
La matriz diagonal D(k) para cada subbanda contiene valores reales no negativos a lo largo de la diagonal, y ceros en
todos los demas lugares. Los autovalores de R(k) se indican como {A1(k), A2(k), A3(k), A4(k)} o bien { Ai(k)} para i ∈ {1, 2, 3, 4}.
La descomposicion por autovalores puede realizarse independientemente para la matriz de respuesta de canal H(k), para cada una de las 48 subbandas de datos, a fin de determinar las cuatro automodalidades para esa subbanda (suponiendo que cada matriz H(k) sea de rango completo). Los cuatro autovalores para cada matriz diagonal D(k) pueden ordenarse de forma tal que {A1(k).A2(k).A3(k).A4(k)}, donde A1(k) es el mayor autovalor y A4(k) es el menor autovalor para la subbanda k. Cuando los autovalores para cada matriz diagonal D(k) estan ordenados, los autovectores (o columnas) de la matriz asociada V(k) tambiEn estan correspondientemente ordenados.
Una automodalidad de "banda ancha" puede definirse como el conjunto de automodalidades del mismo orden de todas las subbandas despuEs del ordenamiento (es decir, la automodalidad de banda ancha m incluye las automodalidades m de todas las subbandas). Cada automodalidad de banda ancha esta asociada a un respectivo conjunto de autovectores para todas las subbandas. La automodalidad "principal" de banda ancha es aquella asociada al mayor
valor singular en cada una de las matrices
despuEs del ordenamiento.
Un vector dmpuede formarse entonces para incluir el autovalor de rango m para todas las 48 subbandas de datos. Este vector dm puede expresarse como:
dm = [Am(-26) ... Am(-22) ... Am(22) ... Am(26)], para m = {1, 2, 3, 4}. Ec. (9)
El vector d1 incluye los autovalores para la mejor, o la principal, automodalidad de banda ancha. Para un sistema MIMO-OFDM con cuatro antenas transmisoras y cuatro antenas receptoras (es decir, un sistema 4 x 4), hay hasta cuatro automodalidades de banda ancha.
Si la varianza 02 del ruido en el receptor es constante por toda la banda operativa, y conocida para el transmisor, entonces la SNR recibida para cada subbanda de cada automodalidad de banda ancha puede determinarse dividiendo el autovalor Am(k) entre la varianza 02 del ruido. Para simplificar, la varianza del ruido puede suponerse igual a uno (es decir, 02 = 1).
Para la modalidad de multiplexado espacial, la potencia transmisora total Ptotal disponible para el transmisor puede distribuirse a las automodalidades de banda ancha sobre la base de diversos esquemas de adjudicacion de potencia. En un esquema, la potencia transmisora total Ptotal se distribuye uniformemente para todas las cuatro automodalidades de banda ancha, de forma tal que Pm = Ptotal/4, donde Pm es la potencia de transmision adjudicada a la automodalidad m de banda ancha. En otro esquema, la potencia transmisora total Ptotal se distribuye para las cuatro automodalidades de banda ancha utilizando un procedimiento de hidratacion.
El procedimiento de hidratacion distribuye la potencia de forma tal que las automodalidades de banda ancha con mayores ganancias de potencia reciban mayores fracciones de la potencia transmisora total. La magnitud de la potencia transmisora adjudicada a una automodalidad de banda ancha dada esta determinada por su SNR recibida, la cual, a su vez, depende de las ganancias de potencia (o autovalores) para todas las subbandas de esa automodalidad de banda ancha. El procedimiento de hidratacion puede adjudicar potencia transmisora cero a las automodalidades de banda ancha con SNR recibidas lo suficientemente pobres. El procedimiento de hidratacion recibe � = {�1, �2, �3, �4} para las cuatro automodalidades de banda ancha, donde �m es un factor de normalizacion para la automodalidad m de banda ancha, y puede expresarse como:
�m = 1 , para m = {1, 2, 3, 4}, Ec. (10) L Am-1(k)
k∈K
El factor de normalizacion �m mantiene la potencia transmisora adjudicada a la automodalidad m de banda ancha invariable despuEs de que se aplica la inversion de canal, segun se describe mas adelante. Como se muestra en la ecuacion (10), el factor de normalizacion �m puede obtenerse sobre la base de los autovalores en el vector dm, y con la hipotesis de que la varianza de ruido sea igual a uno (es decir, 02 = 1).
El procedimiento de hidratacion determina entonces la fraccion am de la potencia transmisora total a adjudicar a cada automodalidad de banda ancha, sobre la base del conjunto �, de forma tal que la eficiencia espectral, o algun otro criterio, se optimice. La potencia transmisora adjudicada a la automodalidad m de banda ancha por el procedimiento de hidratacion puede expresarse como:
Pm = am Ptotal, para m = {1, 2, 3, 4}. Ec. (11)
Las adjudicaciones de potencia para las cuatro automodalidades de banda ancha pueden
4 4 expresarse como a = { a1 , a2 , a3 , a4 }, donde Lam = 1 y LPm = Ptotal. Puede seleccionarse
m=1 m=1
para su uso la modalidad de multiplexado espacial si mas de un valor en el conjunto a es distinto de cero.
El procedimiento para realizar la hidratacion es conocido en la tecnologia y no se describe en la presente memoria. Una referencia que describe la hidratacion es "Teoria de la Informacion y Comunicacion Fiable", por Robert G. Gallager, John Wiley e Hijos, 1968.
Para la modalidad de multiplexado espacial, la tasa para cada canal espacial o automodalidad de banda ancha puede seleccionarse sobre la base de la SNR recibida alcanzada por ese canal espacial, o automodalidad de banda ancha, con su potencia transmisora adjudicada de Pm. Para simplificar, la siguiente descripcion supone la transmision de datos sobre las automodalidades de banda ancha. La SNR recibida para cada automodalidad de banda ancha puede expresarse como:
Ym = Pm m ,param ={1,2,3,4}. Ec. (12) 02
En una realizacion, la tasa para cada automodalidad de banda ancha se determina sobre la base de una tabla que incluye las tasas que reciben soporte por parte del sistema y una gama de las SNR para cada tasa. Esta tabla puede obtenerse por simulacion en ordenador, mediciones empiricas, y asi sucesivamente. La tasa especifica a emplear para cada automodalidad de banda ancha es la tasa en la tabla con una gama de SNR que cubre la SNR recibida para la automodalidad de banda ancha. En otra realizacion, la tasa para cada automodalidad de banda ancha se selecciona sobre la base de (1) la SNR recibida para la automodalidad de banda ancha, (2) un desplazamiento de SNR utilizado para compensar el error de estimacion, la variabilidad en el canal MIMO y otros factores y (3) una tabla de tasas que disponen de soporte y sus SNR requeridas. Para esta realizacion, se calcula primero una SNR media recibida para cada automodalidad de banda ancha, como se ha descrito anteriormente, o como un promedio de las SNR recibidas (en unidades de dB) para todas las subbandas de la automodalidad de banda ancha. En cualquier caso, se calcula luego una SNR operativa como la suma de las SNR recibidas y el desplazamiento de las SNR (donde ambas estan dadas en unidades de dB). La SNR operativa se compara luego con respecto a la SNR requerida para cada una de las tasas que reciben soporte del sistema. La mayor tasa en la tabla con una SNR requerida que sea menor o igual que la SNR operativa se selecciona luego para la automodalidad de banda ancha. La tasa para la modalidad de diversidad transmisora y la modalidad de guia de haces tambiEn pueden determinarse de manera similar.
La potencia transmisora Pm adjudicada para cada automodalidad de banda ancha puede distribuirse entre las 48 subbandas de datos de esa automodalidad de banda ancha, de forma tal que las SNR recibidas para todas las subbandas sean aproximadamente iguales. Esta adjudicacion no uniforme de potencia entre las subbandas se denomina inversion de canal. La potencia transmisora Pm(k) adjudicada a cada subbanda puede expresarse como:
Pm(k) = {mPm , para k ∈K ym = {1, 2, 3, 4}, Ec. (13) Am(k)
donde �m esta dado en la ecuacion (10).
Como se muestra en la ecuacion (13), la potencia transmisora Pm se distribuye no uniformemente entre las subbandas de datos, sobre la base de sus ganancias de potencia de canal, que estan dadas por los autovalores Am(k), para k ∈ K. La distribucion de potencia es tal que se logran SNR recibidas aproximadamente iguales en el receptor, para todas las subbandas de datos de cada automodalidad de banda ancha. Esta inversion de canal se lleva a cabo independientemente para cada una de las cuatro automodalidades de banda ancha. La inversion de canal por automodalidad de banda ancha se describe en mayor detalle en la Solicitud de Patente Estadounidense transferida legalmente con N° de Serie 10 / 229.209, titulada "Coded MIMO Systems with Selective Channel Inversion Applied Per Eigenmode" ["Sistemas MIMO Codificados con Inversion Selectiva de Canal Aplicada para cada Automodalidad"], depositada el 27 de agosto de 2002.
La inversion de canal puede llevarse a cabo de diversas maneras. Para la inversion total de canal, se utilizan todas las subbandas de datos para la transmision de datos si se selecciona para su uso una automodalidad de banda ancha. Para la inversion selectiva de canal, pueden seleccionarse para su uso todas, o un subconjunto de todas, las subbandas de datos disponibles, para cada automodalidad de banda ancha. La inversion selectiva de canal descarta las subbandas dEbiles, con una SNR recibida por debajo de un umbral especifico, y efectua la inversion de canal solo sobre las subbandas seleccionadas. La inversion selectiva de canal para cada automodalidad de banda ancha tambiEn se describe en la Solicitud de Patente Estadounidense transferida legalmente con N° de Serie 10 / 229.209, titulada "Coded MIMO Systems with Selective Channel Inversion Applied Per Eigenmode" ["Sistemas MIMO Codificados con
Inversion Selectiva de Canal Aplicada para cada Automodalidad"], depositada el 27 de agosto de 2002. Para simplificar, la siguiente descripcion supone que la inversion total de canal se efectua para cada automodalidad de banda ancha seleccionada para su uso.
La ganancia de utilizacion para cada subbanda de cada automodalidad de banda ancha puede determinarse sobre la base de la potencia transmisora Pm(k) adjudicada a esa subbanda. La ganancia gm(k) para cada subbanda de datos puede expresarse como:
para k ∈ K y m = {1, 2, 3, 4}. Ec. (14)
Una matriz diagonal de ganancias G(k) puede definirse para cada subbanda. Esta matriz G(k) incluye las ganancias para las cuatro automodalidades, para la subbanda k, a lo largo de la diagonal, y puede expresarse como: G(k) = diag[g1(k), g2(k), g3(k), g4(k)].
Para la modalidad de multiplexado espacial, el vector transmisor x(k) para cada subbanda de datos puede expresarse como:
x(k) = V(k)G(k)s(k), para k ∈ K, Ec. (15)
en donde s(k) = [s1(k) s2(k) s3(k) s4(k)]T,
y
x(k) = [x1(k) x2(k) x3(k) x4(k)]T.
El vector s(k) incluye cuatro simbolos de modulacion a transmitir sobre las cuatro automodalidades para la subbanda k, y el vector x(k) incluye cuatro simbolos de transmision a transmitir desde las cuatro antenas para la subbanda k. Para simplificar, la ecuacion (15) no incluye los factores de correccion utilizados para compensar las diferencias entre las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y el terminal de usuario, que se describen en detalle mas adelante.
La FIG. 9B muestra un diagrama en bloques de una realizacion del procesador espacial 720b de transmision, capaz de efectuar el procesamiento espacial para la modalidad de multiplexado espacial. Para simplificar, la siguiente descripcion supone que las cuatro automodalidades de banda ancha estan seleccionadas para su uso. Sin embargo, tambiEn pueden seleccionarse para su uso menos de cuatro automodalidades de banda ancha.
Dentro del procesador 720b, un demultiplexador 932 recibe los cuatro flujos de simbolos de modulacion (indicados como s1(n) a s4(n)) a transmitir por las cuatro automodalidades de banda ancha, demultiplexa cada flujo en 48 subflujos para las 48 subbandas de datos, y suministra cuatro subflujos de simbolos de modulacion para cada subbanda de datos a un respectivo procesador espacial 940 de subbanda de transmision. Cada procesador 940 efectua el procesamiento mostrado en la ecuacion (15) para una subbanda.
Dentro de cada procesador espacial 940 de subbanda de transmision, los cuatro subflujos de simbolos de modulacion (indicados como s1(k) a s4(k)) se suministran a cuatro multiplicadores 942a a 942d, que tambiEn reciben las ganancias g1(k), g2(k), g3(k) y g4(k) para las cuatro automodalidades de la subbanda asociada. Cada ganancia gm(k) puede determinarse sobre la base de la potencia de transmision Pm(k) adjudicada a esa subbanda / automodalidad, segun se muestra en la ecuacion (14). Cada multiplicador 942 ajusta sus simbolos de modulacion con su ganancia gm(k), a fin de proporcionar simbolos de modulacion ajustados. Los multiplicadores 942a a 942d suministran cuatro subflujos de simbolos de modulacion ajustados a cuatro formadores 950a a 950d de haces, respectivamente.
Cada formador 950 de haces lleva a cabo la formacion de haces para transmitir un subflujo de simbolos por una automodalidad de una subbanda. Cada formador 950 de haces recibe un subflujo de simbolos sm(k) y un autovector vm(k) para la automodalidad asociada. En particular, el formador 950a de haces recibe el autovector v1(k) para la primera automodalidad, el formador 950b de haces recibe el autovector v2(k) para la segunda automodalidad, y asi sucesivamente. La formacion de haces se lleva a cabo utilizando el autovector para la automodalidad asociada.
Dentro de cada formador 950 de haces, los simbolos de modulacion ajustados se suministran a cuatro multiplicadores 952a a 952d, que tambiEn reciben cuatro elementos, vm,1(k), vm,2(k), vm,3(k) y vm,4(k), del autovector vm(k) para la automodalidad asociada. Cada multiplicador 952 multiplica luego los simbolos de modulacion ajustados por su valor de autovector vm,j(k) para proporcionar simbolos "formados en haces". Los multiplicadores 952a a 952d suministran cuatro subflujos de simbolos formados en haces (que han de transmitirse desde cuatro antenas) a los sumadores 960a a 960d, respectivamente.
Cada sumador 960 recibe y suma cuatro simbolos formados en haces para las cuatro automodalidades, para cada periodo de simbolos, a fin de proporcionar un simbolo precondicionado para una antena transmisora asociada. Los sumadores 960a a 960d suministran cuatro subflujos de simbolos preacondicionados para cuatro antenas transmisoras a los almacenes temporales / multiplexadores 970a a 970d, respectivamente.
Cada almacEn temporal / multiplexador 970 recibe simbolos piloto y los simbolos preacondicionados desde los procesadores espaciales 940a a 940k de subbanda de transmision, para las 48 subbandas de datos. Cada almacEn temporal / multiplexador 970 multiplexa luego, para cada periodo de simbolos, 4 simbolos piloto, 48 simbolos preacondicionados y 12 ceros para 4 subbandas piloto, 48 subbandas de datos y 12 subbandas no utilizadas, respectivamente, a fin de formar una secuencia de 64 simbolos de transmision para ese periodo de simbolos. Cada almacEn temporal / multiplexador 970 suministra un flujo de simbolos de transmision xi(n) para una antena transmisora, donde el flujo de simbolos de transmision comprende secuencias concatenadas de 64 simbolos de transmision. Los simbolos de transmision pueden ajustarse con factores de correccion para compensar las diferencias entre las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y el terminal de usuario, segun se describe mas adelante. La subsiguiente modulacion OFDM para cada flujo de simbolos de transmision se ha descrito anteriormente.
TambiEn pueden transmitirse flujos de simbolos paralelos desde las cuatro antenas transmisoras, sin procesamiento espacial en el punto de acceso, utilizando la modalidad de multiplexado espacial no guiado. Para esta modalidad, pueden omitirse el proceso de inversion de canal y la formacion de haces por parte del formador 950 de haces. Cada flujo de simbolos de modulacion es adicionalmente procesado por OFDM y transmitido desde una respectiva antena transmisora.
La modalidad de multiplexado espacial no guiado puede emplearse para diversas situaciones, tales como si el transmisor es incapaz de llevar a cabo el procesamiento espacial necesario para brindar soporte a la guia de haces sobre la base de la descomposicion de automodalidades. Esto puede ser debido a que el transmisor no ha realizado procedimientos de calibracion, es incapaz de generar una estimacion lo bastante buena del canal, o bien no tiene capacidades de calibracion y procesamiento de automodalidades en absoluto. Para la modalidad de multiplexado espacial no guiado, se emplea todavia el multiplexado espacial para aumentar la capacidad de transmision, pero el procesamiento espacial para separar entre si los flujos de simbolos individuales es realizado por el receptor.
Para la modalidad de multiplexado espacial no guiado, el receptor efectua el procesamiento espacial para recuperar los flujos de simbolos transmitidos. En particular, un terminal de usuario puede implementar una tEcnica de inversion de matriz de correlacion de canal (CCMI), una tEcnica de minimos errores cuadrados medios (MMSE), una tEcnica de procesamiento del receptor de cancelacion de interferencia sucesiva, o alguna otra tEcnica de procesamiento espacial del receptor. Estas tEcnicas se describen en detalle en la Solicitud de Patente Estadounidense transferida legalmente con N° de Serie 09 / 993.087, titulada "Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System" ["Sistema de Comunicacion de Entrada Multiple y Salida Multiple (MIMO) y Acceso Multiple"], depositada el 6 de noviembre de 2001. La modalidad de multiplexado espacial no guiado puede utilizarse para las transmisiones tanto del enlace descendente como del enlace ascendente.
La modalidad de multiplexado espacial multiusuario brinda soporte a la transmision de datos a multiples terminales de usuario simultaneamente por el enlace descendente, sobre la base de las "firmas espaciales" de los terminales de usuario. La firma espacial para un terminal de usuario esta dada por un vector de respuesta de canal (para cada subbanda) entre las antenas del punto de acceso y cada antena del terminal de usuario. El punto de acceso puede obtener las firmas espaciales, por ejemplo, sobre la base de la referencia guiada transmitida por los terminales de usuario. El punto de acceso puede procesar las firmas espaciales para los terminales de usuario que deseen transmitir datos para (1) seleccionar un conjunto de terminales de usuario para la transmision simultanea de datos por el enlace descendente y (2) obtener vectores de guia para cada uno de los flujos de datos independientes a transmitir a los terminales de usuario seleccionados.
Los vectores de guia para la modalidad de multiplexado espacial multiusuario pueden obtenerse de diversas maneras. Se describen mas adelante dos esquemas ejemplares. Para simplificar, la siguiente descripcion es para una subbanda y supone que cada terminal de usuario esta equipado con una unica antena.
En un primer esquema, el punto de acceso obtiene los vectores de guia utilizando la inversion de canal. El punto de acceso puede seleccionar Nap terminales de usuario de antena unica para la transmision simultanea por el enlace descendente. El punto de acceso obtiene un vector fila de respuesta de canal de dimension 1 x Nap para cada terminal de usuario seleccionado y forma una matriz Hmu de respuesta de canal, de dimension Nap x Nap, con los Nap vectores fila para los Nap terminales de usuario. El punto de acceso obtiene entonces una matriz Hguia de Nap vectores de guia
H-1
para los Nap terminales de usuario seleccionados, como Hguia = mu. El punto de acceso tambiEn puede transmitir una referencia guiada a cada terminal de usuario seleccionado. Cada terminal de usuario procesa su referencia guiada para estimar la ganancia de canal y la fase, y demodula coherentemente los simbolos recibidos para su unica antena con la ganancia de canal y las estimaciones de fase, para obtener simbolos recuperados.
En un segundo esquema, el punto de acceso precodifica Nap flujos de simbolos a enviar a Nap terminales de usuario, de forma tal que estos flujos de simbolos experimenten poca diafonia en los terminales de usuario. El punto de acceso puede formar la matriz Hmu de respuesta de canal para los Nap terminales de usuario seleccionados y llevar a cabo la factorizacion OR sobre Hmu, de forma tal que Hmu = FtriQmu, donde Ttri es una matriz Ttri triangular inferior izquierda y Qmu es una matriz unitaria. El punto de acceso precodifica entonces los Nap flujos de simbolos de datos con la matriz Ttri para obtener Nap flujos a de simbolos precodificados, y procesa adicionalmente los flujos de simbolos precodificados con la matriz unitaria Qmu para obtener los Nap flujos de simbolos de transmision, para su transmision a los Nap terminales de usuario. Nuevamente, el punto de acceso tambiEn puede transmitir una referencia guiada a cada terminal de usuario. Cada terminal de usuario utiliza la referencia guiada para demodular coherentemente sus simbolos recibidos a fin de obtener simbolos recuperados.
Para el enlace ascendente en la modalidad de multiplexado espacial multiusuario, el punto de acceso puede recuperar Nap flujos de simbolos transmitidos simultaneamente por Nap terminales de usuario, utilizando el procesamiento receptor MMSE, la cancelacion sucesiva de interferencia o alguna otra tEcnica de procesamiento receptor. El punto de acceso puede estimar la respuesta del canal del enlace ascendente para cada terminal de usuario, y utilizar la estimacion de respuesta del canal para el procesamiento espacial receptor, y para planificar transmisiones del enlace ascendente. Cada terminal de usuario de antena unica puede transmitir un piloto ortogonal por el enlace ascendente. Los pilotos del enlace ascendente de los Nap terminales de usuario pueden ser ortogonales en tiempo y / o frecuencia. La ortogonalidad temporal puede lograrse haciendo que cada terminal de usuario cubra su piloto del enlace ascendente con una secuencia ortogonal asignada al terminal de usuario. La ortogonalidad de frecuencia puede lograrse haciendo que cada terminal de usuario transmita su piloto del enlace ascendente por un conjunto distinto de subbandas. Las transmisiones del enlace ascendente desde los terminales de usuario deberian estar aproximadamente alineadas en el tiempo en el punto de acceso (p. ej., alineadas en el tiempo dentro de un limite dado por el prefijo ciclico).
3. Modalidad de Guía de Haces – Procesamiento de Transmisión
La FIG. 10A muestra un diagrama en bloques de una unidad transmisora 1000 capaz de realizar el procesamiento de transmision para la modalidad de guia de haces. La unidad transmisora 1000 es otra realizacion mas de la porcion transmisora del punto de acceso y el terminal de usuario.
Dentro de un procesador 710c de datos de transmision, la unidad entramadora 808 entrama los datos para cada paquete del FCH / RCH a fin de generar una o mas tramas PHY para el paquete. El cifrador 810 cifra entonces los datos para cada canal de transporte. El codificador 812 codifica a continuacion los datos entramados de acuerdo a un esquema de codificacion seleccionado a fin de proporcionar bits de codigo. La unidad punzadora 814 punza entonces los bits de codigo para obtener la tasa de codigo deseada para la automodalidad de banda ancha utilizada para la transmision de datos. Los bits de codigo de la unidad punzadora 818 se intercalan entre todas las subbandas de datos. La unidad 820 de asociacion de simbolos asocia entonces los datos intercalados de acuerdo a un esquema de modulacion seleccionado a fin de proporcionar simbolos de modulacion. Un procesador espacial 720c de transmision efectua entonces el procesamiento de transmision sobre los simbolos de modulacion para la modalidad de guia de haces.
La modalidad de guia de haces puede utilizarse para transmitir datos por un canal espacial o automodalidad de banda ancha -habitualmente, la asociada a los mayores autovalores para todas las subbandas de datos. La modalidad de guia de haces puede seleccionarse si la adjudicacion de potencia de transmision a las automodalidades de banda ancha da como resultado que solo una entrada en el conjunto α sea distinto de cero. Mientras que la modalidad de multiplexado espacial efectua la formacion de haces para cada una de las automodalidades seleccionadas de cada subbanda, sobre la base de su autovector, la modalidad de guia de haces efectua la guia de haces sobre la base de un autovector "normalizado" para la automodalidad principal de cada subbanda a fin de transmitir datos por esa unica automodalidad.
Los cuatro elementos de cada autovector v1(k), para k ∈ K, para la automodalidad principal, pueden tener distintas magnitudes. Los cuatro simbolos preacondicionados, obtenidos sobre la base de los cuatro elementos del autovector v1(k) para cada subbanda, pueden entonces tener distintas magnitudes. En consecuencia, los cuatro vectores de transmision por antena, cada uno de los cuales incluye los simbolos preacondicionados para todas las subbandas de datos para una antena transmisora dada, pueden tener distintas magnitudes. Si la potencia de transmision para cada antena transmisora esta limitada (p. ej., debido a limitaciones de los amplificadores de potencia), entonces la tEcnica de formacion de haces puede no emplear plenamente la potencia total disponible para cada antena.
La modalidad de guia de haces utiliza solo la informacion de fase de los autovectores v1(k), para k ∈ K, para la automodalidad principal, y normaliza cada autovector de forma tal que todos los cuatro elementos en el autovector tengan iguales magnitudes. El autovector normalizado (k) para la subbanda k puede expresarse como:
en donde A es una constante (p. ej., A = 1); y 8i(k) es la fase para la subbanda k de la antena transmisora i, que esta dada como:
10 elemento del autovector v1(k), (es decir, 8i(k) se obtiene de v1,i(k), donde v1(k) = [v1,1(k) v1,2(k) v1,3(k) v1,4(k)]T).
La inversion de canal tambiEn puede efectuarse para la modalidad de guia de haces, de forma tal que pueda emplearse una tasa comun para todas las subbandas de datos. La potencia de transmision
adjudicada a cada
subbanda de datos, para la modalidad de guia de haces, puede expresarse como:
, para k ∈ K, Ec. (18) 1 es un factor de normalizacion que mantiene invariante la potencia transmisora total despuEs de que se aplica la inversion de canal; 1 es la potencia de transmision adjudicada a cada una de las cuatro antenas; y es la ganancia de potencia para la subbanda k de la automodalidad principal para la modalidad de guia de haces.
25 La inversion de canal da como resultado la adjudicacion de potencia de P1(k), para k ∈ K, para las 48 subbandas de datos. La ganancia para cada subbanda de datos puede darse entonces como Para la modalidad de guia de haces, el vector transmisor x(k) para cada subbanda puede expresarse como:
, para k ∈ K. Ec. (21)
30 Para simplificar nuevamente, la ecuacion (21) no incluye los factores de correccion utilizados para compensar las diferencias entre las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y el terminal de usuario.
Como se muestra en la ecuacion (16), los cuatro elementos del vector (k) de guia normalizado para cada subbanda tienen igual magnitud, pero fases posiblemente distintas. La guia de haces genera asi un vector transmisor x(k) para cada subbanda, teniendo los cuatro elementos de x(k) la misma magnitud pero fases posiblemente distintas.
La FIG. 10B muestra un diagrama en bloques de una realizacion del procesador espacial 720c de transmision, capaz de efectuar el procesamiento espacial para la modalidad de guia de haces.
Dentro del procesador 720c, un demultiplexador 1032 recibe y demultiplexa el flujo s(n) de simbolos de modulacion en 48 subflujos para las 48 subbandas de datos (indicadas como s(1) a s(k)). Cada subflujo de simbolos se suministra a un respectivo procesador 1040 de guia de haces de subbanda de transmision. Cada procesador 1040 lleva a cabo el procesamiento mostrado en la ecuacion (14) para una subbanda.
Dentro de cada procesador 1040 de guia de haces de subbanda de transmision, el subflujo de simbolos de modulacion
se suministra a un multiplicador 1042, que tambiEn recibe la ganancia (k) para la subbanda asociada. El multiplicador 1042 ajusta entonces los simbolos de modulacion con la ganancia g(k) para obtener simbolos de modulacion ajustados, que se suministran entonces a una unidad 1050 de guia de haces.
La unidad 1050 de guia de haces tambiEn recibe el autovector normalizado (k) para la subbanda asociada. Dentro de la unidad 1050 de guia de haces, los simbolos de modulacion ajustados se suministran a cuatro multiplicadores 1052a a 1052d, que tambiEn reciben respectivamente los cuatro elementos,
y , del autovector normalizado
Cada multiplicador 1052 multiplica sus simbolos de modulacion ajustados con su valor
de autovector normalizado, a fin de suministrar simbolos preacondicionados. Los multiplicadores 1052a a 1052d proporcionan cuatro subflujos de simbolos preacondicionados a los almacenes temporales / multiplexadores 1070a a 1070d, respectivamente.
Cada almacEn temporal / multiplexador 1070 recibe simbolos piloto y los simbolos preacondicionados desde los procesadores 1040a a 1040k de guia de haces de subbanda de transmision, para las 48 subbandas de datos, multiplexa los simbolos piloto y preacondicionados y los ceros para cada periodo de simbolos, y suministra un flujo de simbolos de transmision xi(n) para una antena transmisora. La subsiguiente modulacion OFDM para cada flujo de simbolos de transmision esta anteriormente descrita.
El procesamiento para la modalidad de guia de haces se describe en mayor detalle en la Solicitud de Patente Estadounidense transferida legalmente con N° de Serie 10 / 228.393, titulada "Beam-Steering and Beam-Forming for Wideband MIMO Systems" ["Guia de Haces y Formacion de Haces para Sistemas MIMO de Banda Ancha"], depositada el 27 de agosto de 2002. El sistema tambiEn puede diserarse para prestar soporte a una modalidad de formacion de haces, por la cual un flujo de datos se transmite por la automodalidad principal utilizando el autovector en lugar del autovector normalizado.
4. Entramado para tramas PHY
La FIG. 11A muestra una realizacion de la unidad 808 de entramado, que se utiliza para entramar los datos para cada paquete del FCH / RCH antes del procesamiento subsiguiente por parte del procesador de datos de transmision. Esta funcion de entramado puede omitirse para mensajes enviados por el BCH, el FCCH y el RACH. La unidad de entramado genera un numero entero de tramas PHY para cada paquete del FCH / RCH, donde cada trama PHY abarca 6 simbolos OFDM para la realizacion descrita en la presente memoria.
Para las modalidades de diversidad y de guia de haces, solo se utiliza un canal espacial o automodalidad de banda ancha para la transmision de datos. La tasa para esta modalidad es conocida, y el numero de bits de informacion que pueden enviarse en la carga util de cada trama PHY puede calcularse. Para la modalidad de multiplexado espacial, pueden utilizarse multiples canales espaciales para la transmision de datos. Dado que la tasa de cada canal espacial es conocida, puede calcularse el numero de bits de informacion que pueden enviarse en la carga util de cada trama PHYpara todos los canales espaciales.
Como se muestra en la FIG. 11A, los bits de informacion (indicados como i1 i2 i3 i4 ...) para cada paquete del FCH / RCH se suministran a un generador 1102 de CRC y a un multiplexador 1104 dentro de la unidad 808 de entramado. El generador 1102 de CRC genera un valor de CRC para los bits en la cabecera (si la hubiera) y los campos de carga util de cada trama PHY, y suministra bits de CRC al multiplexador 1104. El multiplexador 1104 recibe los bits de informacion, los bits del CRC, los bits de la cabecera y los bits de relleno (p. ej., ceros), y suministra estos bits en el orden debido, segun se muestra en la FIG. 6, sobre la base de una seral de Control de Trama PHY. La funcion de entramado puede omitirse suministrando los bits de informacion directamente a travEs del multiplexador 1104. Los bits entramados o no entramados (indicados como d1 d2 d3 d4 ...) se suministran al cifrador 810.
5. Cifrado
En una realizacion, los bits de datos para cada canal de transporte se cifran antes de la codificacion. El cifrado aleatoriza los datos, de forma tal que no se transmita una larga secuencia de todos unos, o de todos ceros. Esto puede reducir la variacion en la potencia, entre la maxima y la media, de la onda OFDM. El cifrado puede omitirse para uno o mas canales de transporte, y tambiEn puede habilitarse e inhabilitarse selectivamente.
La FIG. 11A tambiEn muestra una realizacion del cifrador 810. En esta realizacion, el cifrador 810 implementa un polinomio generador:
G(x) = x7 + x4+x. Ec. (22)
TambiEn pueden emplearse otros polinomios generadores, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
Como se muestra en la FIG. 11A, el cifrador 810 incluye siete elementos 1112a a 1112g de retardo, acoplados en serie. Para cada ciclo de reloj, un sumador 1114 efectua la suma en modulo 2 de dos bits almacenados en los elementos 1112d y 1112g de retardo, y proporciona un bit de cifrado al elemento 1112a de retardo.
Los bits entramados, o no entramados, (d1 d2 d3 d4 ...) se suministran a un sumador 1116, que tambiEn recibe bits de cifrado desde el sumador 1114. El sumador 1116 efectua la suma en modulo 2 de cada bit dn, con un correspondiente bit de cifrado, para proporcionar un bit cifrado qn. El cifrador 810 suministra una secuencia de bits cifrados, que se indica como q1 q2 q3 q4 ...
El estado inicial del cifrador (es decir, el contenido de los elementos 1112a a 1112g de retardo) se fija en un numero no nulo de 7 bits al comienzo de cada trama TDD. Los tres bits mas significativos (MSB) (es decir, los elementos 1112e a 1112f de retardo) siempre se fijan en uno (�1�) y los cuatro bits menos significativos (LSB) se fijan en el valor del contador de tramas TDD, segun se indica en el mensaje del BCH.
6. Codificación / Punción
En una realizacion, se utiliza un unico codigo base para codificar datos antes de la transmision. Este codigo base genera bits de codigo para una tasa de codigo. Todas las otras tasas de codigo que disponen de soporte por parte del sistema (segun se enumeran en la Tabla 25) pueden obtenerse bien repitiendo o bien punzando los bits de codigo.
La FIG. 11B muestra una realizacion del codificador 812 que implementa el codigo base para el sistema. En esta realizacion, el codigo base es un codigo convolutivo de tasa de 1/2 y longitud de restriccion 7 (K = 7) con generadores de 133 y 171 (octal).
Dentro del codificador 812, un multiplexador 1120 recibe y multiplexa los bits cifrados y los bits de retaguardia (p. ej., ceros). El codificador 812 incluye adicionalmente seis elementos 1122a a 1122f de retardo, acoplados en serie. Cuatro sumadores 1124a a 1124d tambiEn estan acoplados en serie, y se emplean para implementar el primer generador (133). De manera similar, cuatro sumadores 1126a a 1126d estan acoplados en serie y se utilizan para implementar el segundo generador (171). Los sumadores estan adicionalmente acoplados a los elementos de retardo de manera tal que implementen los dos generadores de 133 y 171, segun se muestra en la FIG. 11B.
Los bits cifrados se suministran al primer elemento 1122a de retardo y a los sumadores 1124a y 1126a. Para cada ciclo de reloj, los sumadores 1124a a 1124d efectuan la suma en modulo 2 del bit entrante y de los cuatro bits anteriores almacenados en los elementos 1122b, 1122c, 1122e y 1122f de retardo, para proporcionar el primer bit de codigo para ese ciclo de reloj. De manera similar, los sumadores 1126a a 1126d efectuan la suma en modulo 2 del bit entrante y de los cuatro bits anteriores almacenados en los elementos 1122a, 1122b, 1122c y 1122f de retardo, para proporcionar el segundo bit de codigo para ese ciclo de reloj. Los bits de codigo generados por el primer generador se indican como a1 a2 a3 a4 ..., y los bits de codigo generados por el segundo generador se indican como b1 b2 b3 b4 ... Un multiplexador 1128 recibe luego y multiplexa los dos flujos de bits de codigo de los dos generadores, en un unico flujo de bits de codigo, que se indica como a1 b1 a2 b2 a3 b3 a4 b4 ... Para cada bit qn cifrado, se generan dos bits de codigo an y bn, lo que da como resultado una tasa de codigo de 1/2.
La FIG. 11B tambiEn muestra una realizacion de la unidad 814 de repeticion / puncion que puede utilizarse para generar otras tasas de codigo, sobre la base de la tasa de codigo basica de 1/2. Dentro de la unidad 814, los bits de codigo de tasa 1/2 del codificador 812 se suministran a una unidad repetidora 1132 y a una unidad punzadora 1134. La unidad repetidora 1132 repite una vez cada bit de codigo de tasa 1/2 para obtener una tasa de codigo efectiva de 1/4. La unidad punzadora 1134 borra algunos de los bits de codigo de tasa 1/2, sobre la base de un patron de puncion especifico, para proporcionar la tasa de codigo deseada.
La Tabla 30 enumera patrones ejemplares de puncion que pueden utilizarse para las diversas tasas de codigo que tienen soporte del sistema. TambiEn pueden utilizarse otros patrones de puncion, lo cual esta dentro del alcance de la
invencion.
Tabla 30
Tasa de Código
Patrón de Punción
1/2
11
7/12
11111110111110
5/8
1110111011
2/3
1110
11/16
1111101111111010011100
3/4
111001
13/16
01111011111101110000101100
5/6
1110011001
7/8
11101010011001
Para obtener una tasa de codigo de k/n, la unidad 1134 de puncion proporciona n bits de codigo para cada grupo de 2k bits de codigo de tasa 1/2 recibidos desde el codificador 812. Asi, se borran 2k-n bits de codigo de cada grupo de 2k bits de codigo. Los bits a borrar de cada grupo se indican con ceros en el patron de puncion. Por ejemplo, para obtener una tasa de codigo de 7/12, se borran dos bits de cada grupo de 14 bits de codigo del codificador 812, siendo los bits borrados los bits de codigo 8° y 14° en el grupo, segun se indica con el patron de puncion de "11111110111110". No se realiza ninguna puncion si la tasa de codigo deseada es 1/2.
Un multiplexador 1136 recibe el flujo de bits de codigo desde la unidad repetidora 1132 y el flujo de bits de codigo desde la unidad 1134 de puncion. El multiplexador 1136 suministra luego los bits de codigo desde la unidad repetidora 1132 si la tasa de codigo deseada es 1/4, y los bits de codigo de la unidad 1134 de puncion si la tasa de codigo deseada es 1/2 o mayor.
TambiEn pueden emplearse otros codigos y patrones de puncion, ademas de los anteriormente descritos, lo cual esta dentro del alcance de la invencion. Por ejemplo, puede utilizarse un codigo Turbo, un codigo de bloque, algunos otros codigos, o cualquier combinacion de los mismos, para codificar datos. Ademas, pueden utilizarse distintos esquemas de codificacion para distintos canales de transporte. Por ejemplo, puede utilizarse la codificacion convolutiva para los canales de transporte comunes, y puede utilizarse la codificacion Turbo para los canales de transporte dedicados.
7. Intercalación
En una realizacion, los bits de codigo a transmitir se intercalan entre las 48 subbandas de datos. Para las modalidades de diversidad y guia de haces, se transmite e intercala un flujo de bits de codigo entre todas las subbandas de datos. Para la modalidad de multiplexado espacial, pueden transmitirse hasta cuatro flujos de bits de codigo por hasta cuatro canales espaciales. La intercalacion puede efectuarse por separado para cada canal espacial, de forma tal que cada flujo de bits de codigo se intercale entre todas las subbandas de datos del canal espacial utilizado para transmitir ese flujo. La Tabla 29 muestra una asignacion ejemplar de bits de codigo a subbandas, que puede emplearse para la intercalacion para todas las modalidades de transmision.
En una realizacion, la intercalacion se efectua entre todas las 48 subbandas de datos en cada intervalo de intercalacion. Para esta realizacion, cada grupo de 48 bits de codigo en un flujo se extiende por las 48 subbandas de datos, a fin de proporcionar diversidad de frecuencia. A los 48 bits de codigo en cada grupo pueden asignarse indices de 0 a 47. Cada indice de bits de codigo se asocia a una respectiva subbanda. Todos los bits de codigo con un indice especifico se transmiten por la subbanda asociada. Por ejemplo, el primer bit de codigo (con indice 0) en cada grupo se transmite por la subbanda -26, el segundo bit de codigo (con indice 1) se transmite por la subbanda 1, el tercer bit de codigo (con indice 2) se transmite por la subbanda -17, y asi sucesivamente. Este esquema de intercalacion puede utilizarse para las modalidades de diversidad, guia de haces y multiplexado espacial. Un esquema de intercalacion alternativo para la modalidad de multiplexado espacial se describe mas adelante.
La intercalacion puede efectuarse alternativamente, o adicionalmente, a lo largo del tiempo. Por ejemplo, despuEs de la
intercalacion entre las subbandas de datos, los bits de codigo para cada subbanda pueden intercalarse adicionalmente
(p. ej., sobre una trama PHY o una PDU) para proporcionar diversidad temporal. Para la modalidad de multiplexado espacial, la intercalacion tambiEn puede llevarse a cabo por multiples canales espaciales.
Adicionalmente, la intercalacion puede emplearse entre las dimensiones de los simbolos OAM, de forma tal que los bits 5 de codigo que forman simbolos OAM se asocien a distintas posiciones de bit de los simbolos OAM.
8. Asociación de Símbolos
La Tabla 31 muestra la asociacion de simbolos para diversos esquemas de modulacion que disponen de soporte por parte del sistema. Para cada esquema de modulacion (excepto para la BPSK), la mitad de los bits se asocian a un componente (I) en fase y la otra mitad de los bits se asocian a un componente de cuadratura (O).
10 En una realizacion, la constelacion de serales para cada esquema de modulacion con soporte puede definirse sobre la base de la asociacion de Gray. Con la asociacion de Gray, los puntos vecinos en la constelacion de serales (tanto en los componentes I como O) difieren en solo una posicion de bit. La asociacion de Gray reduce el numero de errores de bit para los sucesos de error mas probables, lo que corresponde a asociar un simbolo recibido a una ubicacion cerca de la ubicacion correcta, en cuyo caso solo un bit de codigo se recibiria con error.
15 Tabla 31
BPSK
b
I Q
0
-1
0
1
1
0
QPSK
b0
I b1 O
0
-1 0 -1
1
1
1
1
16 QAM
b0b1
I b2b3 O
00
-3 00 -3
01
-1 01 -1
11
1 11 1
10
3 10 3
64 QAM
b0b1b2
I b3b4b5 O
000
-7 000 -7
001
-5 001 -5
011
-3 011 -3
256 QAM
b0b1b2b3
I b4b5b6b7 Q
0000
-15 0000 -15
0001
-13 0001 -13
0011
-11 0011 -11
0010
-9 0010 -9
0110
-7 0110 -7
0111
-5 0111 20-5
0101
-3 0101 -3
0100
-1 0100 -1
1100
1 1100 1
1101
3 1101 3
1111
5 1111 255
1110
7 1110 7
1010
9 1010 9
1011
11 1011 11
1001
13 1001 13
1000
15 1000 3015
Factor de Normalización Knorm
Esquema de Modulacion
Valor
010
-1 010 -1
110
1 110 1
111
3 111 3
101
5 101 5
100
7 100 7
BPSK
1,0
OPSK
1 / √2
16 OAM
1 / √10
64 OAM
1 / √42
256 OAM
1 / √170
Los valores de I y O para cada esquema de modulacion mostrado en la Tabla 31 estan ajustados con un factor de normalizacion Knorm, de forma tal que la potencia promedio de todos los puntos de seral en la constelacion de serales asociada sea igual a la unidad. El factor de normalizacion para cada esquema de modulacion se muestra en la Tabla
31. TambiEn pueden emplearse valores cuantizados para los factores de normalizacion, para los esquemas de modulacion que disponen de soporte. Un simbolo s de modulacion de una constelacion de serales especifica tendria entonces la siguiente forma:
s = (I + jO) . Knorm,
en donde I y O son los valores en la Tabla 31 para la constelacion de serales.
Para una PDU dada, la modulacion puede ser distinta entre las PDU, y puede ser distinta para multiples canales espaciales utilizados para la transmision de datos. Por ejemplo, para la PDU del BCH, pueden utilizarse distintos esquemas de modulacion para el piloto baliza, el piloto MIMO y el mensaje del BCH.
9. Procesamiento para la Modalidad de Multiplexado Espacial
Para la modalidad de multiplexado espacial, una PDU puede transmitirse por multiples canales espaciales. Pueden utilizarse diversos esquemas para procesar datos, para su transmision por multiples canales espaciales. Se describen mas adelante dos esquemas especificos de procesamiento para la modalidad de multiplexado espacial.
En el primer esquema de procesamiento, la codificacion y la puncion se realizan canal espacial por canal espacial, para lograr la tasa de codigo deseada para cada canal espacial. Los NE canales espaciales a emplear para la transmision de datos se clasifican desde la SNR recibida mas alta hasta la mas baja. Los datos para la PDU entera se codifican primero para obtener un flujo de bits de codigo de tasa 1/2. Los bits de codigo se punzan luego para obtener la tasa de codigo deseada para cada canal espacial.
La puncion puede realizarse en orden secuencial para los NE canales espaciales, desde el mejor canal espacial (es decir, el de SNR mas alta) hasta el peor (es decir, el de SNR mas baja). En particular, la unidad de puncion realiza primero la puncion para el mejor canal espacial, con la mas alta SNR recibida. Cuando se ha generado el numero correcto de bits de codigo para el mejor canal espacial, la unidad de puncion realiza entonces la puncion para el segundo mejor canal espacial, con la siguiente SNR recibida mas alta. Este proceso continua hasta que estEn generados los bits de codigo para todos los NE canales espaciales. El orden para la puncion es desde la SNR recibida mas alta hasta la mas baja, independientemente de la tasa de codigo especifica utilizada para cada canal espacial.
Para el ejemplo mostrado en la Tabla 28, los 3456 bits de informacion a transmitir en la trama PHY global se codifican primero con el codigo base de tasa 1/2, para obtener 6912 bits de codigo. Los primeros 3168 bits de codigo se punzan utilizando el patron de puncion para la tasa de codigo 11/16, a fin de obtener 2304 bits de codigo, que se proporcionan en la trama PHY para el primer canal espacial. Los siguientes 2592 bits de codigo se punzan luego utilizando el patron de puncion para la tasa de codigo 3/4, a fin de obtener 1728 bits de codigo, que se proporcionan en la trama PHY para el segundo canal espacial. Los siguientes 864 bits de codigo se punzan entonces utilizando el patron de puncion para la tasa de codigo 3/4, a fin de obtener 576 bits de codigo, que se proporcionan en la trama PHY para el tercer canal espacial. Los ultimos 288 bits de codigo para la trama PHY se punzan entonces utilizando el patron de puncion para la tasa de codigo 1/2, a fin de obtener 288 bits de codigo, que se proporcionan en la trama PHY para el ultimo canal espacial. Estas cuatro tramas PHY individuales se procesan adicionalmente y se transmiten por los cuatro canales espaciales. La puncion para la siguiente trama PHY global se lleva luego a cabo de manera similar. El primer esquema de procesamiento puede ser implementado por el procesador 710b de datos de transmision en la FIG. 9A.
En el segundo esquema de procesamiento, la codificacion y la puncion se llevan a cabo para pares de subbandas. Ademas, la codificacion y la puncion recorren todos los canales espaciales seleccionados para cada par de subbandas.
La FIG. 11C muestra un diagrama en bloques que ilustra un procesador 710d de datos de transmision que implementa el segundo esquema de procesamiento. El codificador 812 realiza la codificacion convolutiva de tasa 1/2 de los bits cifrados del cifrador 810. A cada canal espacial se asigna una tasa especifica, que se asocia a una combinacion
especifica de tasa de codigo y esquema de modulacion, segun se muestra en la Tabla 25. Sea bm la notacion del numero de bits de codigo por simbolo de modulacion para el canal espacial m (o, equivalentemente, el numero de bits de codigo enviados por cada subbanda de datos del canal espacial m) y rm la notacion de la tasa de codigo utilizada para el canal espacial m. El valor para bm depende del tamaro de la constelacion del esquema de modulacion utilizado para el canal espacial m. En particular, bm = 1, 2, 4, 6 y 8 para BPSK, OPSK, 16-OAM, 64-OAM y 256-OAM, respectivamente.
El codificador 812 suministra un flujo de bits de codigo de tasa 1/2 al demultiplexador 816, el cual demultiplexa el flujo recibido de bits de codigo en cuatro subflujos para los cuatro canales espaciales. El demultiplexado es tal que los primeros 4b1r1 bits de codigo se envian al almacEn temporal 813a para el canal espacial 1, los siguientes 4b2r2 bits de codigo se envian al almacEn temporal 813b para el canal espacial 2, y asi sucesivamente. Cada almacEn temporal 813 recibe 4bmrm bits de codigo cada vez que el demultiplexador 816 recorre todos los cuatro canales espaciales. Un total
bits de codigo de tasa 1/2 se suministran a los cuatro almacenes temporales 813a a 813d para cada ciclo. El demultiplexador 816 recorre asi todas las cuatro posiciones para los cuatro canales espaciales, para cada btotal bits de codigo, que es el numero de bits de codigo que pueden enviarse por un par de subbandas utilizando todos los cuatro canales espaciales.
Una vez que cada almacEn temporal 813 ha sido rellenado con 4bmrm segmentos de codigo para el canal espacial asociado, los bits de codigo en el almacEn temporal son punzados para obtener la tasa de codigo para ese canal espacial. Dado que 4bmrm bits de codigo de tasa 1/2 abarcan un numero entero de periodos de puncion para cada patron de puncion, se proporcionan exactamente 2bm bits de codigo, despuEs de la puncion, para cada canal espacial
m. Los 2bm bits de codigo para cada canal espacial se distribuyen (intercalan) luego por las subbandas de datos.
En una realizacion, la intercalacion se efectua para cada canal espacial en grupos de 6 subbandas a la vez. Los bits de codigo, despuEs de la puncion para cada canal espacial, pueden numerarse secuencialmente como ci, para i = 0, 1, 2, ... Puede mantenerse un contador Cm para cada canal espacial, a fin de contar cada grupo de 6bm bits de codigo suministrados por la unidad de puncion para ese canal espacial. Por ejemplo, para OPSK, con bm = 2, el contador se fijaria en Cm = 0 para los bits de codigo c0 a c11, proporcionados por la unidad de puncion, Cm = 1 despuEs de los bits de codigo c12 a c23, y asi sucesivamente. El valor Cm del contador para el canal espacial m puede expresarse como:
Cm = [i / (6bm)]mod8. Ec. (23)
Para determinar la subbanda a la cual se asigna el bit de codigo ci, se determina primero el indice de bit para el bit de codigo, segun lo siguiente:
indice de bit = (i mod 6) + 6 . Cm. Ec. (24)
El indice de bit se asocia luego a la subbanda correspondiente utilizando la Tabla 29.
Para el ejemplo anterior, el primer grupo de 6 bits de codigo c0 a c5 se asocia a los indices de bit 0 a 5, respectivamente, y el segundo grupo de 6 bits de codigo c6 a c11 se asocia tambiEn a los indices de bit 0 a 5, respectivamente. Los bits de codigo c0 y c6 se asociarian a la subbanda -26, los bits de codigo c1 y c7 se asociarian a la subbanda 1, y asi sucesivamente, segun se muestra en la Tabla 29. El procesamiento espacial puede comenzar luego para este primer grupo de 6 subbandas. El tercer grupo de 6 bits de codigo c12 a c17 (con Cm = 1) se asocia a los indices de bit 6 a 11, respectivamente, y el cuarto grupo de 6 bits de codigo c18 a c23 tambiEn se asocia a los indices de bit 6 a 11, respectivamente. Los bits de codigo c12 y c18 se asociarian a la subbanda -25, los bits de codigo c13 y c19 se asociarian a la subbanda 2, y asi sucesivamente. El procesamiento espacial puede comenzar entonces para este siguiente grupo de 6 subbandas.
El numero 6 en la ecuacion (24) proviene del hecho de que la intercalacion se lleva a cabo en grupos de seis subbandas. La operacion en (mod 8) en la ecuacion (23) proviene del hecho de que hay ocho grupos de intercalacion para las 48 subbandas de datos. Dado que cada ciclo del demultiplexador 816 mostrado en la FIG. 11C produce suficientes bits de codigo para llenar dos subbandas para cada automodalidad de banda ancha, se necesita un total de 24 ciclos para suministrar los 48bm bits de codigo para un simbolo OFDM, para cada canal espacial.
La intercalacion en grupos de 6 subbandas a la vez puede reducir los retardos de procesamiento. En particular, el procesamiento espacial puede comenzar una vez que esta disponible cada grupo de 6 subbandas.
En realizaciones alternativas, la intercalacion puede efectuarse para cada canal espacial en grupos de NB subbandas a la vez, donde NB puede ser cualquier entero (p. ej., NB puede ser igual a 48 para la intercalacion sobre todas las 48 subbandas de datos).
VI. Calibración
Para un sistema TDD, el enlace descendente y el enlace ascendente comparten la misma banda de frecuencia, en forma duplexada por division del tiempo. En este caso, existe habitualmente un alto grado de correlacion entre las respuestas del canal descendente y del canal ascendente. Esta correlacion puede explotarse para simplificar la estimacion de canal y el procesamiento espacial. Para un sistema TDD, cada subbanda del enlace inalambrico puede suponerse reciproca. Esto es, si H(k) representa la matriz de respuesta de canal desde la formacion A de antenas a la formacion B de antenas para la subbanda k, entonces un canal reciproco implica que el acoplamiento desde la formacion B a la formacion A esta dado por la traspuesta de H(k), que es HT(k).
Sin embargo, las respuestas (ganancia y fase) de las cadenas de transmision y recepcion en el punto de acceso son habitualmente distintas a las respuestas de las cadenas de transmision y recepcion en el terminal de usuario. La calibracion puede llevarse a cabo para determinar la diferencia en las respuestas de frecuencia de las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y el terminal de usuario, y para compensar la diferencia, de forma tal que las respuestas calibradas del enlace descendente y el enlace ascendente puedan expresarse en tErminos reciprocos. Una vez que las cadenas de transmision / recepcion han sido calibradas y compensadas, puede emplearse una medicion para un enlace (p. ej., el enlace descendente) a fin de obtener vectores de guia para el otro enlace (p. ej., el enlace ascendente).
Las respuestas "efectivas" de canal del enlace descendente y el enlace ascendente, Hdn(k) y Hup(k), que incluyen las respuestas de las cadenas aplicables de transmision y recepcion en el punto de acceso y el terminal de usuario, pueden expresarse como:
Hdn(k) = Rut(k)H(k)Tap(k), para k ∈ K, y Ec. (25)
Hup(k) = Rap(k)HT(k)Tut(k), para k ∈ K,
en donde
Tap(k) y Rap(k) son matrices diagonales de dimension Nap x Nap con entradas para las ganancias complejas asociadas, respectivamente, a la cadena de transmision y a la cadena de recepcion, para las Nap antenas en el punto de acceso para la subbanda k;
Tut(k) y Rut(k) son matrices diagonales de dimension Nut x Nut con entradas para las ganancias complejas asociadas, respectivamente, a la cadena de transmision y a la cadena de recepcion, para las Nut antenas en el terminal de usuario para la subbanda k; y
H(k) es una matriz de respuesta de canal de dimension Nut x Nap para el enlace descendente.
Combinando las dos ecuaciones en el conjunto (25) de ecuaciones, puede obtenerse la siguiente relacion:
Hup(k)Kut(k) = (Hdn(k)Kap(k))T, para k ∈ K, Ec. (26)
en donde Kut(k) = Tut-1(k)Rut(k) y Kap(k) = Tap-1(k)Rap(k).
El lado izquierdo de la ecuacion (26) representa la "verdadera" respuesta calibrada del canal por el enlace ascendente, y el lado derecho representa la traspuesta de la "verdadera" respuesta calibrada del canal por el enlace descendente. La aplicacion de las matrices diagonales Kap(k) y Kut(k) a las respuestas efectivas del canal del enlace descendente y del enlace ascendente, respectivamente, segun se muestra en la ecuacion (26), permite que las respuestas calibradas del canal para el enlace descendente y el enlace ascendente se expresen como traspuestas, cada una de la otra. La matriz diagonal Kap(k) de dimension (Nap x Nap) para el punto de acceso es la razon entre la respuesta Rap(k) de la cadena de recepcion y la respuesta Tap(k) de la cadena de transmision (es decir, Kap(k) = [Rap(k)] / [Tap(k)]), donde la razon se toma elemento a elemento. De manera similar, la matriz diagonal Kut(k) de dimension (Nut x Nut) para el terminal de usuario es la razon entre la respuesta Rut(k) de la cadena de recepcion y la respuesta Tut(k) de la cadena de transmision.
Las matrices Kap(k) y Kut(k) incluyen valores que pueden compensar las diferencias en las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y el terminal de usuario. Esto permitiria entonces que la respuesta del canal para un enlace se expresara por medio de la respuesta de canal para el otro enlace, segun se muestra en la ecuacion (26).
La calibracion puede realizarse para determinar las matrices Kap(k) y Kut(k). Habitualmente, la verdadera respuesta de canal H(k) y las respuestas de cadenas transmisoras / receptoras no se conocen, ni pueden averiguarse exacta o facilmente. En cambio, las respuestas de canal efectivas, del enlace descendente y del enlace ascendente, Hdn(k) y Hup(k), pueden estimarse sobre la base de los pilotos enviados, respectivamente, por el enlace descendente y el enlace ascendente, segun se describe mas adelante. Las estimaciones de las matrices Kap(k) y Kut(k), que se denominan
matrices de correccion
y , pueden obtenerse entonces sobre la base de las estimaciones de respuesta de
canal del enlace descendente y el enlace ascendente, y , segun se describe mas adelante. Las
matrices y incluyen factores de correccion que pueden compensar las diferencias en las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y el terminal de usuario. Las respuestas de canal "calibradas" del enlace descendente y del enlace ascendente, observadas por el terminal de usuario y el punto de acceso, respectivamente, pueden expresarse entonces como:
, para k ∈ K, y Ec. (27)
para k ∈ K, en donde HTcdn(k) y Hcup(k) son estimaciones de las "verdaderas" expresiones calibradas de respuesta del canal en la ecuacion (26). Combinando las dos ecuaciones en el conjunto de ecuaciones (27), utilizando la expresion en la ecuacion (26), puede mostrarse que Hcup(k) ≈ HTcdn(k). La exactitud de la relacion Hcup(k) ≈ HTcdn(k) depende de la
, la cual, a su vez, depende habitualmente de la calidad de las
de respuesta del canal del enlace descendente y del enlace ascendente.
La calibracion puede llevarse a cabo utilizando diversos esquemas. Para mayor claridad, se describe mas adelante un esquema de calibracion especifico. Para realizar la calibracion, el terminal de usuario adquiere inicialmente la temporizacion y la frecuencia del punto de acceso, sobre la base del piloto baliza transmitido por el BCH. El terminal de usuario envia entonces un mensaje por el RACH para iniciar un procedimiento de calibracion con el punto de acceso. La calibracion puede llevarse a cabo en paralelo con el registro / autenticacion.
Dado que las respuestas de frecuencia de las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y el terminal de usuario son habitualmente planas sobre la mayor parte de la banda de interEs, las diferencias de fase / ganancia de las cadenas de transmision / recepcion pueden caracterizarse con un pequero numero de subbandas. La calibracion puede realizarse para 4, 8, 16, 48 o algun otro numero de subbandas, lo que puede especificarse en el mensaje enviado para iniciar la calibracion. La calibracion tambiEn puede efectuarse para las subbandas piloto. Las constantes de calibracion para las subbandas sobre las cuales la calibracion no se lleva explicitamente a cabo pueden calcularse por interpolacion sobre subbandas calibradas. Para mayor claridad, en lo que sigue se supone que la calibracion se realiza para todas las subbandas de datos.
Para la calibracion, el punto de acceso adjudica al terminal de usuario un lapso suficiente en el RCH para enviar un piloto MIMO de enlace ascendente de duracion suficiente, mas un mensaje. La duracion del piloto MIMO del enlace ascendente puede depender del numero de subbandas sobre las cuales se realiza la calibracion. Por ejemplo, 8 simbolos OFDM pueden ser suficientes si la calibracion se realiza para cuatro subbandas, y pueden necesitarse mas
(p. ej., 20) simbolos OFDM para mas subbandas. La potencia total de transmision esta habitualmente fijada, por lo que, si el piloto MIMO se transmite por un pequero numero de subbandas, entonces pueden utilizarse mayores magnitudes de potencia de transmision para cada una de estas subbandas, y la SNR para cada subbanda es alta. Por el contrario, si el piloto MIMO se transmite por un gran numero de subbandas, entonces pueden utilizarse magnitudes mas pequeras de potencia de transmision para cada subbanda, y la SNR para cada subbanda es peor. Si la SNR de cada subbanda no es lo bastante alta, entonces pueden enviarse mas simbolos OFDM para el piloto MIMO, e integrarse en el receptor para obtener una SNR global mayor para la subbanda.
El terminal de usuario transmite luego un piloto MIMO por el RCH, que es utilizado por el punto de acceso para obtener
una estimacion de la respuesta efectiva del canal del enlace ascendente, , para cada una de las subbandas de datos. Las estimaciones de respuesta del canal del enlace ascendente se cuantizan (p. ej., en valores complejos de 12 bits, con componentes en fase (I) y de cuadratura (O)) y se envian al terminal de usuario.
El terminal de usuario tambiEn obtiene una estimacion de la respuesta efectiva del canal del enlace descendente,
, para cada una de las subbandas de datos, sobre la base del piloto MIMO del enlace descendente enviado por el BCH. Tras obtener las estimaciones efectivas de la respuesta de canal del enlace ascendente y el enlace
descendente; y , para todas las subbandas de datos, el terminal de usuario determina los factores de
correccion, y , para cada una de las subbandas de datos, que han de ser empleados por el punto de acceso y el terminal de usuario, respectivamente. Puede definirse un vector de correccion, , para incluir solo los elementos diagonales de , y puede definirse un vector
de correccion para incluir solo los elementos
diagonales de .
Los factores de correccion pueden obtenerse de diversas maneras, incluso por medio de un calculo de razon matricial y un calculo de MMSE. Ambos procedimientos de calculo se describen en mayor detalle mas adelante. TambiEn pueden utilizarse otros procedimientos de calculo, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
1. Cálculo de razón matricial
Para determinar los vectores de correccion y , dadas las estimaciones efectivas y de 10 respuesta de canal del enlace descendente y del enlace ascendente, se calcula primero una matriz C(k), de dimension (Nm x Nap), para cada subbanda de datos, segun lo siguiente,
, para k ∈ K, Ec. (28)
15 donde la razon se toma elemento a elemento. Cada elemento de C(k) puede calcularse asi como:
, para i = {1 ... Nut } y j = { 1 ... Nap }, Ec. (29)
donde
es el elemento (i,j)-Esimo (fila, columna) de ,
es el elemento (i,j)-Esimo de
y cij(k) es el elemento (i,j)-Esimo de C(k).
El vector de correccion para el punto de acceso es entonces igual a la media de las filas normalizadas de C(k). 20 Cada fila de C(k) se normaliza primero ajustando cada uno de los Nap elementos en la fila con el primer elemento en la
fila. Asi, si ci(k) = [ci,1(k) ... ci,Nap (k)] es la i-Esima fila de C(k), entonces la fila normalizada
puede expresarse como:
La media de las filas normalizadas es entonces la suma de las Nut filas normalizadas dividida entre Nut, lo que puede expresarse como:
, para k ∈ K. Ec. (31)
Debido a la normalizacion, el primer elemento de es la unidad.
El vector de correccion
para el terminal de usuario es igual a la media de las inversas de las columnas normalizadas de C(k). La j-Esima columna de C(k) se normaliza primero ajustando cada elemento en la columna con el
j-Esimo elemento del vector , que se indica como K ap,j,j(k). Asi, si cj(k) = [c1,j(k) ... cNut,j (k)]T es la j-Esima columna de C(k), entonces la columna normalizada
puede expresarse como:
La media de las inversas de las columnas normalizadas es entonces la suma de las inversas de las Nap columnas normalizadas, dividida entre Nap, lo que puede expresarse como:
, para k ∈ K, Ec. (33)
donde la inversion de las columnas normalizadas, , se realiza elemento a elemento.
2. Cálculo de MMSE
Para el calculo de MMSE, los factores de correccion y
se obtienen de las estimaciones efectivas
y de la respuesta de canal del enlace descendente y del enlace ascendente, de forma tal que el error 15 cuadratico minimo (MSE) entre la respuesta calibrada de canal del enlace descendente y la respuesta calibrada de canal del enlace ascendente se reduzca al minimo. Esta condicion puede expresarse como:
, para k ∈ K, Ec. (34)
que tambiEn puede escribirse como:
, para k ∈ K,
en la que , yaque
es una matriz diagonal.
La ecuacion (34) esta sujeta a la restriccion de que el elemento principal de
se fije igual a la unidad (es decir, 25 = 1). Sin esta restriccion, se obtendria la solucion trivial con todos los elementos de las matrices y fijadas en cero. En la ecuacion (34), se obtiene primero una matriz Y(k) como Y(k) = . Se obtiene luego el cuadrado del valor absoluto para cada una de las Nap . Nut entradas de la matriz Y(k). El error cuadratico minimo (o el error cuadratico, ya que se omite una division por Nap . Nut) es entonces igual a la suma de todos los Nap . Nut valores al cuadrado.
30 El calculo de MMSE se efectua para cada subbanda designada, a fin de obtener los factores de correccion y
para esa subbanda. El calculo de MMSE para una subbanda se describe mas adelante. Para simplificar, el indice de subbanda, k, se omite en la siguiente descripcion. TambiEn para simplificar, los elementos de la estimacion
de respuesta de canal del enlace descendente
se indican como {aij}, los elementos de la estimacion
de respuesta de canal del enlace ascendente se indican como {b ij}, los elementos diagonales de la matriz
se indican como {uij}, y los elementos diagonales de la matriz
se indican como {vij}, donde i = { 1 ... Nap } y j = {1 ... Nut}. El error cuadratico medio puede reescribirse, a partir de la ecuacion (34), de la siguiente manera:
Ec. (35)
nuevamente sujeto a la restriccion u1 = 1. El error cuadratico medio minimo puede obtenerse tomando las derivadas parciales de la ecuacion (35) con respecto a u y v, y fijando las derivadas parciales en cero. Los resultados de estas operaciones son los siguientes conjuntos de ecuaciones:
, para i ∈ {2 ... Nap}, y Ec. (36a)
, para j ∈ {1 ... Nut}. Ec. (36b) En la ecuacion (36a), u1 = 1, por lo que no hay ninguna derivada parcial para este caso, y el indice i varia entre 2 y Nap. El conjunto de (Nap + Nut -1) ecuaciones en los conjuntos de ecuaciones (36a) y (36b) puede expresarse mas
comodamente en forma matricial, segun lo siguiente: A y = z, Ec. (37) 15 en donde
La matriz A incluye (Nap + Nut -1) filas, con las primeras Nap -1 filas correspondientes a las Nap -1 ecuaciones del conjunto de ecuaciones (36a), y las ultimas Nut filas correspondientes a las Nut ecuaciones del conjunto de ecuaciones (36b). En particular, la primera fila de la matriz A se genera a partir del conjunto de ecuaciones (36a) con i = 2, la segunda fila se genera con i = 3, y asi sucesivamente. La Nap-Esima fila de la matriz A se genera a partir del conjunto de ecuaciones (36b) con j = 1, y asi sucesivamente, y la ultima fila se genera con j = Nut. Como se ha mostrado anteriormente, las entradas de la matriz A y las entradas del vector z pueden obtenerse sobre la base de las entradas
en las matrices .
Los factores de correccion se incluyen en el vector y, que puede obtenerse como: A-1
y = z. Ec. (38)
Los resultados del calculo de MMSE son las matrices de correccion
y , que minimizan el error cuadratico minimo en las respuestas calibradas del canal del enlace descendente y del enlace ascendente, segun se muestra en
la ecuacion (34). Dado que las matrices y
se obtienen sobre la base de las estimaciones de respuesta de canal del enlace descendente y del enlace ascendente, y
la calidad de las matrices de correccion
y depende por ello de la calidad de las estimaciones de canal y . El piloto MIMO puede promediarse en el receptor para obtener estimaciones mas precisas para y .
Las matrices de correccion, obtenidas sobre la base del calculo de MMSE, son generalmente mejores que las matrices de correccion obtenidas sobre la base del calculo de la razon matricial. Esto es especialmente cierto cuando algunas de las ganancias de canal son pequeras y el ruido de la medicion puede degradar sumamente las ganancias de canal.
3. Cálculo posterior
Puede determinarse un par de vectores de correccion, , para cada una de las subbandas de datos. Dado que es probable que las subbandas adyacentes estEn correlacionadas, el calculo puede simplificarse. Por ejemplo, el calculo puede efectuarse para cada n-Esima subbanda, en lugar de para cada subbanda, donde n puede determinarse por medio de la respuesta esperada de las cadenas de transmision / recepcion. Si la calibracion se lleva a cabo para menos que todas las subbandas de datos y piloto, entonces pueden obtenerse los factores de correccion para las subbandas "no calibradas" interpolando los factores de correccion obtenidos para las subbandas "calibradas".
TambiEn pueden utilizarse otros diversos esquemas de calibracion para obtener los vectores de correccion, y
, para el punto de acceso y el terminal de usuario, respectivamente. Sin embargo, el esquema anteriormente descrito permite obtener vectores de correccion "compatibles" para el punto de acceso cuando la calibracion es efectuada por distintos terminales de usuario.
DespuEs de la derivacion, el terminal de usuario envia de vuelta los vectores de correccion
para todas las subbandas de datos al punto de acceso. Si el punto de acceso ya ha sido calibrado (p. ej., por otros terminales de usuario), entonces los vectores de correccion actuales se actualizan con los vectores de correccion reciEn recibidos.
Asi, si el punto de acceso utiliza vectores de correccion para transmitir el piloto MIMO a partir del cual el
terminal de usuario determina nuevos vectores de correccion , entonces los vectores de correccion
actualizados son el producto de los vectores de correccion actuales y nuevos, es decir, = . ,
donde la multiplicacion es elemento a elemento. Los vectores de correccion actualizados pueden ser utilizados entonces por el punto de acceso hasta que se actualicen nuevamente.
Los vectores de correccion y pueden ser obtenidos por los mismos, o por distintos, terminales de
usuario. En una realizacion, los vectores de correccion actualizados se definen como = . , donde la multiplicacion es elemento a elemento. En otra realizacion, los vectores de correccion actualizados pueden
redefinirse como , donde a es un factor utilizado para proporcionar un promedio ponderado (p. ej., 0 : a : 1). Si las actualizaciones de calibracion son infrecuentes, entonces cercano a uno podria dar el mejor resultado. Si las actualizaciones de calibracion son frecuentes, pero ruidosas, entonces es mejor un valor
mas pequero para . Los vectores de correccion actualizados pueden ser utilizados entonces por el punto de acceso hasta que se actualicen nuevamente.
El punto de acceso y el terminal de usuario utilizan sus respectivos vectores de correccion (k) y , o las
correspondientes matrices de correccion y , para k ∈ K, a fin de ajustar los simbolos de modulacion antes de la transmision, segun se describe mas adelante. Los canales calibrados del enlace descendente y del enlace ascendente que el terminal de usuario y el punto de acceso observan se muestran en la ecuacion (27).
VII. Procesamiento Espacial
El procesamiento espacial en el punto de acceso y el terminal de usuario puede simplificarse para un sistema TDD, despuEs de que ha sido realizada la calibracion para compensar la diferencia en las cadenas de transmision /
1. Procesamiento Espacial del Enlace Ascendente
La descomposicion en valores singulares de la matriz de respuesta calibrada del canal del enlace ascendente, Hcup(k), puede expresarse como:
, para k ∈ K, Ec. (39)
en donde Uap (k) es una matriz unitaria, de dimension (Nap x Nap), de autovectores izquierdos de Hcup(k); L(k) es una matriz diagonal, de dimension (Nap x Nut), de valores singulares de Hcup(k); y Vut(k) es una matriz unitaria, de dimension (Nut x Nut), de autovectores derechos de Hcup(k). De manera correspondiente, la descomposicion en valores singulares de la matriz de respuesta calibrada del canal del
enlace descendente, Hcdn(k), puede expresarse como:
, para k ∈ K. Ec. (40)
Las matrices V*ut(k) y U*ap(k) tambiEn son, respectivamente, matrices de autovectores izquierdos y derechos de Hcdn(k). Como se muestra en las ecuaciones (39) y (40), y sobre la base de la descripcion anterior, las matrices de autovectores izquierdos y derechos para un enlace son, respectivamente, la conjugada compleja de las matrices de autovectores derechos e izquierdos para el otro enlace. Las matrices Vut(k), V*ut(k), VTut(k) y VHut(k) son distintas formas de la matriz Vut(k), y las matrices Uap(k), U*ap(k), UTap(k) y UHap(k) son tambiEn distintas formas de la matriz Uap(k). Para simplificar, la referencia a las matrices Uap(k) y Vut(k) en la siguiente descripcion tambiEn puede referirse a sus otras diversas formas. Las matrices Uap(k) y Vut(k) son utilizadas, respectivamente, por el punto de acceso y el terminal de usuario para el procesamiento espacial, y estan indicadas como tales por sus subindices. Los autovectores tambiEn se denominan a menudo vectores de "guia".
El terminal de usuario puede estimar la respuesta calibrada del canal del enlace descendente sobre la base del piloto
De manera similar, el punto de acceso puede estimar la respuesta calibrada del canal del enlace ascendente sobre la base de un piloto MIMO enviado por el terminal de usuario. El punto de acceso puede entonces realizar la descomposicion en valores singulares para la estimacion de respuesta calibrada del canal del enlace ascendente
, para k ∈ K, a fin de obtener la matriz diagonal
y la matriz
de autovectores izquierdos de . Esta descomposicion en valores singulares puede darse como
Una matriz Fut(k), de dimension (Nut x Nut), puede definirse como:
, para k ∈ K. Ec. (41) Mientras esta activo, el terminal de usuario mantiene una estimacion activa del canal calibrado de enlace descendente y las matrices
de autovectores izquierdos de , que se utilizan para actualizar la matriz Fut(k).
El terminal de usuario utiliza la matriz Fut(k) para el procesamiento espacial para las modalidades de guia de haces y
multiplexado espacial. Para la modalidad de multiplexado espacial, el vector de transmision xup(k) para cada subbanda
puede expresarse como: xup(k) = Fut(k)sup(k), para k ∈ K, Ec. (42)
en donde
sup(k) es un vector de datos con hasta NS simbolos, a transmitir por las NS automodalidades de la subbanda k;
Fut(k) sustituye a V(k) en la ecuacion (15), y el ajuste de seral en G(k), para lograr la inversion de canal, se omite en la
ecuacion (42), para simplificar; y xup(k) es el vector de transmision para el enlace ascendente, para la subbanda k. En el punto de acceso, el vector recibido rup(k) para la transmision del enlace ascendente puede expresarse como:
en donde rup(k) es el vector recibido para la subbanda k del enlace ascendente; y nup(k) es ruido Gaussiano blanco aditivo (AWGN) para la subbanda k.
La ecuacion (43) utiliza las siguientes relaciones: 5 Como se muestra en la ecuacion (43), en el punto de acceso, la transmision recibida del enlace ascendente es
transformada por , que es la matriz
de autovectores izquierdos de , ajustada por la matriz
diagonal de valores singulares.
El terminal de usuario transmite una referencia guiada por el enlace ascendente, utilizando la matriz . La referencia guiada es una transmision piloto por una automodalidad de banda ancha, utilizando bien la guia de haces o
10 bien la formacion de haces, y se describe en detalle mas adelante. En el punto de acceso, la referencia guiada recibida
del enlace ascendente (en ausencia de ruido) es aproximadamente . El punto de acceso puede obtener asi
una estimacion de la matriz unitaria
y la matriz diagonal
sobre la base de la referencia guiada enviada por el terminal de usuario. Pueden emplearse diversas tEcnicas de estimacion para obtener la estimacion de las matrices unitaria y diagonal.
15 En una realizacion, para obtener una estimacion de , el vector recibido rm(k) para la referencia guiada, para la subbanda k de la automodalidad m de banda ancha, se multiplica primero por el conjugado complejo de un simbolo OFDM piloto, p*(k), enviado para la referencia guiada. La generacion de la referencia guiada y el simbolo OFDM piloto se describen en detalle mas adelante. El resultado se integra luego sobre multiples simbolos guiados de referencia
recibidos, para cada automodalidad de banda ancha, a fin de obtener una estimacion de , que es un
20 autovector izquierdo ajustado de para la automodalidad m de banda ancha. Dado que los autovectores tienen
potencia unitaria, los valores singulares (o 0m(k)) en
pueden estimarse sobre la base de la potencia recibida de la referencia guiada, que puede medirse para cada subbanda de cada automodalidad de banda ancha.
En otra realizacion, se utiliza una tEcnica MMSE para obtener una estimacion de
sobre la base del vector rm(k) recibido para la referencia guiada.
25 La referencia guiada puede enviarse para una automodalidad de banda ancha en cualquier periodo de simbolos dado, y puede, a su vez, ser utilizada para obtener una estimacion de un autovector para cada subbanda de esa automodalidad de banda ancha. Asi, el receptor es capaz de obtener una estimacion de un autovector en una matriz unitaria para cualquier periodo de simbolos dado. Dado que las estimaciones de multiples autovectores para la matriz unitaria se obtienen sobre distintos periodos de simbolos, y debido al ruido y a otras fuentes de degradacion en la
30 trayectoria de transmision, no es probable que los autovectores estimados para la matriz unitaria sean ortogonales. Si los autovectores estimados se emplean posteriormente para el procesamiento espacial de la transmision de datos por el otro enlace, entonces cualquier error en la ortogonalidad en estos autovectores estimados tendria como resultado la diafonia entre las automodalidades, lo que puede degradar el rendimiento.
En una realizacion, se fuerza que los autovectores estimados para cada matriz unitaria sean ortogonales entre si. La 35 ortogonalizacion de los autovectores puede lograrse utilizando diversas tEcnicas, tales como la factorizacion OR, el
calculo del minimo error cuadratico, la descomposicion polar, y asi sucesivamente. La factorizacion OR descompone una matriz MT (con columnas no ortogonales) en una matriz ortogonal QF y una matriz triangular superior RF. La matriz QF forma una base ortogonal para las columnas de MT. Los elementos diagonales de RF dan la longitud de los componentes de las columnas de MT en las direcciones de las respectivas columnas de QF. La matriz QF puede utilizarse para el procesamiento espacial por el enlace descendente. Las matrices QF y RF pueden utilizarse para obtener una matriz mejorada de filtrado asociada para el enlace ascendente. La factorizacion OR puede llevarse a cabo por medio de diversos procedimientos, incluyendo un procedimiento Gram-Schmidt, una transformacion de casero, y asi sucesivamente.
TambiEn pueden utilizarse otras tEcnicas para estimar las matrices unitaria y diagonal sobre la base de la referencia guiada, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
El punto de acceso puede asi estimar tanto
como , sobre la base de la referencia guiada enviada por el
terminal de usuario, sin tener que realizar la descomposicion en valores singulares de .
Una matriz Map(k) normalizada de filtrado asociado para la transmision del enlace ascendente desde el terminal de usuario puede expresarse como:
, para k ∈ K. Ec. (44)
El filtrado asociado en el punto de acceso para la transmision del enlace ascendente puede entonces expresarse como:
Ec. (45)
en donde
es una estimacion del vector de simbolos de modulacion
transmitido por el terminal de usuario para la modalidad de multiplexado espacial. Para la modalidad de guia de haces, solo se utiliza una fila de la matriz
Map(k) para proporcionar una estimacion de simbolo para la automodalidad utilizada para la transmision de datos.
2. Procesamiento Espacial del Enlace Descendente
Para el enlace descendente, el punto de acceso utiliza una matriz Fap(k), de dimension (Nap x Nap), para el procesamiento espacial. Esta matriz puede expresarse como:
, para k ∈ K. Ec. (46)
La matriz de correccion es obtenida por el terminal de usuario y reenviada al punto de acceso durante la
calibracion. La matriz puede obtenerse sobre la base de la referencia guiada enviada por el enlace ascendente por parte del terminal de usuario. Para la modalidad de multiplexado espacial, el vector de transmision xdn(k) para el enlace descendente para cada
subbanda de datos puede expresarse como: xdn(k) = Fap(k)sdn(k), para k ∈ K, Ec. (47)
donde xdn(k) es el vector de transmision, sdn(k) es el vector de datos para el enlace descendente, y el ajuste de seral en G(k), para lograr la inversion de canal, se omite nuevamente para simplificar. En el terminal de usuario, el vector recibido rdn(k) para la transmision del enlace descendente puede expresarse como:
Segun se muestra en la ecuacion (48), en el terminal de usuario, la transmision recibida del enlace descendente esta
transformada por , que es la matriz
de autovectores izquierdos de , ajustada por la matriz
diagonal de valores singulares.
Una matriz Mut(k) normalizada de filtrado asociado para la transmision del enlace descendente desde el punto de acceso puede expresarse como:
, para k ∈ K. Ec. (49)
de autovectores izquierdos pueden ser obtenidas por el terminal de usuario
El filtrado asociado en el terminal de usuario para la transmision del enlace descendente puede entonces expresarse como:
Ec. (50)
3. Procesamiento Espacial del Punto de Acceso y del Terminal de Usuario
Debido al canal reciproco para el sistema TDD y a la calibracion, el procesamiento espacial, tanto en el punto de acceso como en el terminal de usuario, puede simplificarse. La Tabla 32 resume el procesamiento espacial en el punto de acceso y el terminal de usuario para la transmision y recepcion de datos.
20 Tabla 32 El procesamiento espacial para la recepcion de datos tambiEn se denomina comunmente filtrado asociado.
Enlace Ascendente
Enlace Descendente
Terminal de Usuario
Transmision: Recepcion:
Punto de Acceso
Recepcion: Transmision:
Debido al canal reciproco,
es tanto la matriz de autovectores derechos de
(para transmitir) como de autovectores izquierdos de
(para recibir), para el terminal de usuario. De manera similar, es tanto la
matriz de autovectores derechos de
(para transmitir) como de autovectores izquierdos de
(para recibir), para el punto de acceso. La descomposicion en valores singulares solo necesita ser llevada a cabo por el terminal de
usuario para la estimacion calibrada de respuesta del canal del enlace descendente, para obtener y
. El punto de acceso puede obtener y
sobre la base de la referencia guiada enviada por el terminal
de usuario, y no necesita efectuar la descomposicion en valores singulares sobre la estimacion
de respuesta de canal del enlace ascendente. El punto de acceso y el terminal de usuario pueden tener distintas versiones de la
matriz , debido a los distintos medios empleados por el punto de acceso y el terminal de usuario para obtener
. Ademas, la matriz obtenida por el punto de acceso sobre la base de la referencia guiada es habitualmente distinta a la matriz
obtenida por el terminal de usuario, utilizando la descomposicion en valores singulares. Para simplificar, estas diferencias no se muestran en la obtencion anterior.
4. Guía de Haces
Para ciertas condiciones de canal, es mejor transmitir datos solo por una automodalidad de banda ancha: habitualmente, la mejor, o la principal, automodalidad de banda ancha. Este puede ser el caso si las SNR recibidas para todas las otras automodalidades de banda ancha son lo bastante dEbiles como para que se logren prestaciones mejoradas utilizando toda la potencia transmisora disponible en la principal automodalidad de banda ancha.
Las transmisiones de datos por una automodalidad de banda ancha pueden lograrse utilizando la formacion de haces o la guia de haces. Para la formacion de haces, los simbolos de modulacion se procesan espacialmente con los
autovectores
o , para k ∈ K, para la automodalidad principal de banda ancha (es decir, la primera columna de
o , despuEs del ordenamiento). Para la guia de haces, los simbolos de modulacion se
procesan espacialmente con un conjunto de autovectores "normalizados" (o "saturados")
o , para k ∈ K, para la automodalidad principal de banda ancha. Para clarificar, se describe mas adelante la guia de haces para el enlace ascendente.
Para el enlace ascendente, los elementos de cada autovector , con k ∈ K, para la principal automodalidad de banda ancha, pueden tener distintas magnitudes. Asi, los simbolos preacondicionados para cada subbanda, que se
obtienen multiplicando el simbolo de modulacion para la subbanda k por los elementos del autovector
para la subbanda k, pueden tener entonces distintas magnitudes. En consecuencia, los vectores de transmision por antena, cada uno de los cuales incluye los simbolos preacondicionados para todas las subbandas de datos para una antena transmisora dada, pueden tener distintas magnitudes. Si la potencia transmisora para cada antena transmisora esta limitada (p. ej., debido a limitaciones de los amplificadores de potencia), entonces la formacion de haces puede no utilizar plenamente la potencia total disponible para cada antena.
La guia de haces utiliza solo la informacion de fase de los autovectores , con k ∈ K, para la automodalidad principal de banda ancha, y normaliza cada autovector de forma tal que todos los elementos en el autovector tengan
iguales magnitudes. El autovector normalizado para la subbanda k puede expresarse como:
Ec. (51)
en donde A es una constante (p. ej., A = 1); y
8i(k) es la fase para la subbanda k de la antena transmisora i, que esta dada como:
Ec. (52)
Como se muestra en la ecuacion (52), la fase de cada elemento en el vector
se obtiene del correspondiente
elemento del autovector (es decir, 8i(k) se obtiene de , donde 5 ).
5. Guía de Haces del Enlace Ascendente
El procesamiento espacial por parte del terminal de usuario para la guia de haces en el enlace ascendente puede expresarse como:
, para k ∈ K, Ec. (53) 10 en donde sup(k) es el simbolo de modulacion a transmitir por la subbanda k; y
es el vector de transmision para la subbanda k, para la guia de haces.
Como se muestra en la ecuacion (53), los Nut elementos del vector normalizado
de guia para cada subbanda
tienen igual magnitud, pero fases posiblemente distintas. La guia de haces genera, asi, un vector transmisor para cada subbanda, teniendo los Nut elementos de
la misma magnitud, pero fases posiblemente distintas. 15 La transmision recibida del enlace ascendente en el punto de acceso para la guia de haces puede expresarse como:
puede expresarse como:
, para k ∈ K. Ec. (55)
El vector
de filtrado asociado puede obtenerse segun se describe mas adelante. El procesamiento espacial (o filtrado asociado) en el punto de acceso para la transmision recibida del enlace ascendente, con guia de haces, puede expresarse como:
en donde
(es decir,
es el producto interno de
y su traspuesta conjugada),
es una estimacion del simbolo de modulacion sup(k) transmitido por el terminal de usuario por el enlace ascendente, y
es el ruido posteriormente procesado.
6. Guía de Haces del Enlace Descendente
El procesamiento espacial por parte del punto de acceso, para la guia de haces en el enlace descendente, puede expresarse como:
, para k ∈ K, Ec. (57) es el autovector normalizado para la subbanda k, que se genera sobre la base del autovector
, para la automodalidad principal de banda ancha, similar a aquella descrita anteriormente para el enlace ascendente. Un vector
de filas de filtrado asociado, para la transmision del enlace descendente, utilizando guia de haces, 15 puede expresarse como:
, para k ∈ K. Ec. (58)
El procesamiento espacial (o filtrado asociado) en el terminal de usuario para la transmision recibida del enlace descendente puede expresarse como:
en donde
(es decir,
es el producto interno de
y su traspuesta conjugada).
7. Procesamiento Espacial con Inversión de Canal
Para el enlace ascendente, el vector de transmision xup (k), para la modalidad de multiplexado espacial, puede ser 25 obtenido por el terminal de usuario como:
, para k ∈ K, Ec. (60) donde G(k) es una matriz diagonal de ganancias para la inversion de canal anteriormente descrita. La ecuacion (60) es similar a la ecuacion (15), excepto en cuanto a que se utiliza
en lugar de V(k). Los elementos de se proporcionan a los multiplicadores 952 dentro de los formadores 950 de haces en la FIG. 9B.
Para el enlace ascendente, el vector de transmision , para la modalidad de guia de haces, puede ser obtenido por el terminal de usuario como:
, para k ∈ K, Ec. (61)
en donde
es un vector con cuatro elementos con igual magnitud, pero fases obtenidas sobre la base del 5 autovector para la automodalidad principal. El vector
puede obtenerse de manera similar a la mostrada
anteriormente en las ecuaciones (16) y (17). La ganancia
logra la inversion de canal y puede obtenerse de manera similar a la mostrada anteriormente en las ecuaciones (18) a (20), excepto en cuanto a que se utiliza
para la ecuacion (20). Los elementos de
se proporcionan a los multiplicadores 1052 dentro de la unidad 1050 de guia de haces en la FIG. 10B.
10 Para el enlace descendente, el vector de transmision xdn(k), para la modalidad de multiplexado espacial puede ser obtenido por el punto de acceso como:
, para k ∈ K. Ec. (62)
La ecuacion (62) es similar a la ecuacion (15), excepto en que se utiliza
en lugar de V(k). Los
elementos de
pueden proporcionarse a los multiplicadores 952 dentro de los formadores 950 de
15 haces en la FIG. 9B.
Para el enlace descendente, el vector de transmision , para la modalidad de guia de haces, puede ser obtenido por el punto de acceso como:
, para k ∈ K, Ec. (63)
en donde
es un vector con cuatro elementos que tienen igual magnitud, pero fases obtenidas sobre la base del
20 autovector (k) para la automodalidad principal. La ganancia logra la inversion del canal y puede obtenerse de manera similar a aquella mostrada anteriormente en las ecuaciones (18) a (20), excepto en cuanto a que se utiliza
para la ecuacion (20). Los elementos de
se proporcionan a los multiplicadores 1052 dentro de la unidad 1050 de guia de haces en la FIG. 10B.
VIII. Estructura Piloto
25 Se proporciona una estructura piloto para el sistema de WLAN con MIMO, para permitir que los puntos de acceso y los terminales de usuario efectuen la temporizacion y la adquisicion de frecuencia, la estimacion de canal y otras funciones necesarias para el funcionamiento adecuado del sistema. La Tabla 33 enumera cuatro tipos de pilotos y su descripcion breve, para una estructura piloto ejemplar. TambiEn pueden utilizarse menos tipos de piloto, o tipos distintos y / o adicionales para la estructura piloto.
30 Tabla 33 - Tipos de Piloto
Tipo de Piloto
Descripción
Piloto Baliza
Un piloto transmitido desde todas las antenas transmisoras y utilizado para la temporizacion y la adquisicion de frecuencia.
Piloto MIMO
Un piloto transmitido desde todas las antenas transmisoras, con distintos
codigos ortogonales, y utilizado para la estimacion de canal.
Referencia Guiada o Piloto Guiado
Un piloto transmitido por automodalidades especificas de un canal MIMO, para un terminal de usuario especifico, y utilizado para la estimacion de canal y, posiblemente, el control de tasa.
Piloto Portador
Un piloto utilizado para el rastreo de fase de una seral portadora.
Referencia guiada y piloto guiado son tErminos sinonimos.
En una realizacion, la estructura piloto incluye (1) para el enlace descendente, un piloto baliza, un piloto MIMO, una referencia guiada y un piloto portador transmitido por el punto de acceso, y (2) para el enlace ascendente, un piloto MIMO, una referencia guiada y un piloto portador transmitido por los terminales de usuario.
El piloto baliza del enlace descendente y el piloto MIMO se envian por el BCH (segun se muestra en la FIG. 5A) en cada trama TDD. El piloto baliza puede ser empleado por los terminales de usuario para la temporizacion y la adquisicion de frecuencia, y la estimacion Doppler. El piloto MIMO puede ser utilizado por los terminales de usuario para (1) obtener una estimacion del canal MIMO del enlace descendente, (2) obtener los vectores de guia para la transmision del enlace ascendente (si la modalidad de guia de haces o de multiplexado espacial dispone de soporte) y
(3) obtener un filtro asociado para la transmision del enlace descendente. La referencia guiada del enlace descendente tambiEn puede ser empleada por un terminal de usuario especificado, para la estimacion de canal.
Una referencia guiada del enlace ascendente es transmitida por cada terminal de usuario activo que brinda soporte a la modalidad de guia de haces o de multiplexado espacial, y puede ser utilizada por el punto de acceso para (1) obtener los vectores de guia para la transmision del enlace descendente y (2) obtener un filtro asociado para la transmision del enlace ascendente. En general, la referencia guiada es enviada solo para / por los terminales de usuario que brindan soporte a las modalidades de guia de haces y / o de multiplexado espacial. La referencia enviada funciona independientemente de si se guia debidamente o no (p. ej., debido a una dEbil estimacion de canal). Esto es, la referencia se torna ortogonal para cada antena transmisora, ya que la matriz de guia es diagonal.
Si un terminal de usuario esta calibrado, entonces puede transmitir una referencia guiada por la automodalidad
principal por el RACH, utilizando el vector , para k ∈ K, donde
es la columna de para la
utilizando un vector , para k ∈ K. El vector vut,p(k) para cada subbanda incluye Nut coeficientes aleatorios de guia, cuyas fases 8i(k), para i ∈ {1, 2, ..., Nut }, pueden seleccionarse segun un procedimiento seudoaleatorio. Dado que solo importan las fases relativas entre los Nut coeficientes de guia, la fase del primer coeficiente de guia puede fijarse en cero (es decir, 81(k) = 0). Las fases de los otros Nut -1 coeficientes de guia pueden cambiar para cada intento de acceso, de forma tal que los 360° estEn cubiertos por cada coeficiente de guia en intervalos de 360°/N8i, donde N8i es una funcion de Nut. La perturbacion de las fases de los Nut elementos del vector vut,p(k) de guia por cada intento del RACH, al utilizar el RACH en la modalidad de guia de haces antes de la calibracion, es tal que el terminal de usuario no emplee un mal vector de guia para todos los intentos de acceso. Puede enviarse un piloto MIMO para / por los terminales de usuario que no prestan soporte a las modalidades de guia de haces y / o multiplexado espacial.
El punto de acceso no tiene conocimiento del canal para ningun terminal de usuario, hasta que el terminal de usuario se comunica directamente con el punto de acceso. Cuando un terminal de usuario desea transmitir datos, estima primero el canal sobre la base del piloto MIMO transmitido por el punto de acceso. El terminal de usuario envia entonces una referencia guiada en el preambulo del RACH cuando intenta acceder al sistema. El punto de acceso utiliza la referencia en el preambulo del RACH para la deteccion de serales y la estimacion de canales.
Una vez que se ha concedido acceso al sistema al terminal de usuario, y se han asignado recursos del FCH / RCH por parte del punto de acceso, el terminal de usuario envia una referencia (p. ej., un piloto MIMO) al comienzo de cada PDU del RCH que transmita. Si el terminal de usuario esta utilizando la modalidad de diversidad, entonces la referencia se envia por el RCH sin guia. Si el terminal de usuario esta utilizando la modalidad de guia de haces o multiplexado espacial, entonces se envia una referencia guiada por el RCH, para permitir que el punto de acceso determine el autovector para la automodalidad principal (para la modalidad de guia de haces) o el conjunto de cuatro autovectores (para la modalidad de multiplexado espacial) para cada una de las 48 subbandas de datos. La referencia guiada permite que el punto de acceso mejore su estimacion del canal y rastree el canal.
1. Piloto Baliza – Enlace Descendente
El piloto baliza del enlace descendente esta incluido en la primera porcion del BCH (segun se muestra en la FIG. 5A) y se transmite en cada trama TDD. El piloto baliza incluye un simbolo OFDM especifico (indicado como "B") que se transmite desde cada una de las cuatro antenas en el punto de acceso. El mismo simbolo OFDM B se transmite dos veces en el transcurso de 2 simbolos para el piloto baliza.
En una realizacion especifica, el simbolo OFDM B comprende un conjunto de 12 simbolos de modulacion BPSK, b(k), para 12 subbandas especificas, que se muestra en la Tabla 34.
Tabla 34 - Simbolos Piloto
�?ndice de Subbanda
Piloto Baliza b(k) Piloto MIMO p(k) �?ndice de Subbanda Piloto Baliz a b(k) Piloto MIMO p(k) �?ndice de Subbanda Piloto Baliza b(k) Piloto MIMO p(k) �?ndice de Subbanda Piloto Baliza b(k) Piloto MIMO p(k)
N
0 0 -13 0 1-j 1 0 1-j 15 0 1+j
-26
0 -1-j -12 -1-j 1-j 2 0 -1-j 16 1+j -1+j
-25
0 -1+j -11 0 -1-j 3 0 -1-j 17 0 -1+j
-24
1+j -1+j -10 0 -1-j 4 -1-j -1-j 18 0 1-j
-23
0 -1+j -9 0 1-j 5 0 -1+j 19 0 1+j
-22
0 1-j -8 -1-j -1-j 6 0 1+j 20 1+j 1+j
-21
0 1-j -7 0 1+j 7 0 -1-j 21 0 1+j
-20
-1-j 1+j -6 0 -1+j 8 -1-j -1+j 22 0 -1+j
-19
0 -1-j -5 0 -1-j 9 0 -1-j 23 0 1+j
-18
0 -1+j -4 1+j -1+j 10 0 -1-j 24 1+j -1+j
-17
0 1+j -3 0 -1+j 11 0 1+j 25 0 1-j
-16
1+j -1+j -2 0 1-j 12 1+j 1-j 26 0 -1-j
-15
0 1-j -1 0 -1+j 13 0 -1+j N 0 0
-14
0 1+j 0 0 0 14 0 -1-j
Para la realizacion de piloto baliza mostrada en la Tabla 34, el simbolo OFDM B comprende (1) el simbolo (1+j) de modulacion BPSK para las subbandas -24, -16, -4, 12, 16, 20 y 24, (2) el simbolo -(1+j) de modulacion BPSK para las subbandas -20, -12, -8, 4 y 8, y (3) valores de seral de cero para las restantes 52 subbandas. El simbolo OFDM B esta especialmente diserado para facilitar la temporizacion y la adquisicion de frecuencia por parte de los terminales de
10 usuario. Sin embargo, tambiEn pueden utilizarse otros simbolos OFDM para el piloto baliza, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
2. Piloto MIMO – Enlace Descendente
El piloto MIMO del enlace descendente esta incluido en la segunda porcion del BCH (segun se muestra en la FIG. 5A) y tambiEn se transmite en cada trama TDD. El piloto MIMO incluye un simbolo OFDM especifico (indicado como "P") que 15 se transmite desde cada una de las cuatro antenas en el punto de acceso. El mismo simbolo OFDM P se transmite ocho veces en el transcurso de 8 simbolos para el piloto MIMO. Sin embargo, los ocho simbolos OFDM P para cada antena estan "cubiertos" con una secuencia de Walsh distinta de 4 segmentos, asignada a esa antena. La cobertura es un proceso por el cual un piloto o simbolo de datos dado (o un conjunto de L pilotos o simbolos de datos con el mismo valor) a transmitir es multiplicado por todos los L segmentos de una secuencia ortogonal de L segmentos, para obtener 20 L simbolos cubiertos, que se transmiten luego. La descobertura es un proceso complementario por el cual los simbolos recibidos se multiplican por los L segmentos de la misma secuencia ortogonal de L segmentos para obtener L simbolos descubiertos, que se acumulan luego para obtener una estimacion del piloto, o simbolo de datos, transmitido. La cobertura logra la ortogonalidad entre las NT transmisiones piloto desde las NT antenas transmisoras y permite que los terminales de usuario distingan las antenas transmisoras individuales. La cobertura puede lograrse con secuencias de
25 Walsh u otras secuencias ortogonales.
En una realizacion especifica, el simbolo OFDM P comprende un conjunto de 52 simbolos de modulacion OPSK, p(k), para las 48 subbandas de datos y 4 subbandas piloto, que se muestra en la Tabla 34. Los valores de seral de cero se transmiten por las restantes 12 subbandas. El simbolo OFDM P comprende una unica "palabra" de 52 simbolos de modulacion OPSK que esta diserada para facilitar la estimacion de canal por parte de los terminales de usuario. Esta
palabra unica tambiEn esta seleccionada para minimizar la variacion entre maximo y promedio en el piloto MIMO transmitido. Esto puede reducir luego la magnitud de la distorsion y la no linealidad generadas por los circuitos receptores en los terminales de usuario, lo que puede dar como resultado una precision mejorada para la estimacion del canal. Sin embargo, tambiEn pueden utilizarse otros simbolos OFDM para el piloto MIMO; lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
En una realizacion, a las cuatro antenas en el punto de acceso se asignan secuencias de Walsh de 4 segmentos, W1 = 1111, W2 = 1010, W3 = 1100 y W4 = 1001 para el piloto MIMO. Para una secuencia de Walsh dada, un valor de "1" indica que se transmite un simbolo OFDM P y un valor de "0" indica que se transmite un simbolo OFDM -P (es decir, se invierte cada uno de los 52 simbolos de modulacion en P).
La Tabla 35 enumera los simbolos OFDM a transmitir desde cada una de las cuatro antenas en el punto de acceso para el piloto baliza y el piloto MIMO. Los simbolos OFDM B y P son como se ha descrito anteriormente.
Tabla 35 - Pilotos Baliza y MIMO
Piloto
Símbolo OFDM Antena 1 Antena 2 Antena 3 Antena 4
Piloto Baliza
1 B B B B
2
B B B B
Piloto MIMO
3 +P +P +P +P
4
+P -P +P -P
5
+P +P -P -P
6
+P -P -P +P
7
+P +P +P +P
8
+P -P +P -P
9
+P +P -P -P
10
+P -P -P +P
El piloto MIMO puede ser utilizado por el terminal de usuario para estimar la respuesta de canal del enlace descendente. En particular, para recuperar el piloto enviado desde la antena i del punto de acceso, y recibido por la antena j del terminal de usuario, el piloto recibido por la antena terminal j se multiplica primero por la secuencia de Walsh asignada a la antena i del punto de acceso. Los ocho simbolos OFDM descubiertos para todos los ocho periodos de simbolos para el piloto MIMO se acumulan luego, donde la acumulacion se lleva a cabo individualmente
para cada una de las 52 subbandas utilizadas para llevar el piloto MIMO. El resultado de la acumulacion es para k = + {1, ..., 26}, que es una estimacion de la respuesta calibrada del canal del enlace descendente, desde la antena i del punto de acceso a la antena j del terminal de usuario, para las 52 subbandas de datos y piloto.
El mismo procesamiento de piloto puede ser realizado por el punto de acceso para recuperar el piloto de cada antena del punto de acceso, en cada antena del terminal de usuario. El piloto transmitido desde cada antena del punto de acceso puede recuperarse por descobertura con la secuencia de Walsh asignada a esa antena. El procesamiento del piloto proporciona Nap . Nut valores para cada una de las 52 subbandas, donde Nap indica el numero de antenas en el punto de acceso y Nut indica el numero de antenas en el terminal de usuario. Los Nap . Nut valores para cada subbanda
son los elementos de la estimacion
de la respuesta calibrada del canal del enlace descendente para esa subbanda.
El piloto MIMO tambiEn puede ser transmitido, por el enlace ascendente, por el terminal de usuario, para su calibracion, y en la modalidad de diversidad. El mismo procesamiento anteriormente descrito para el terminal de usuario, para recuperar el piloto MIMO enviado por el punto de acceso, tambiEn puede ser llevado a cabo por el punto de acceso para recuperar el piloto MIMO enviado por el terminal de usuario.
3. Referencia Guiada
Una referencia guiada puede ser transmitida, en la porcion del preambulo de la PDU del RACH (segun se muestra en
la FIG. 5C) o una PDU del RCH (segun se muestra en las FIGS. 5E y 5G), por cada terminal de usuario activo. Una referencia guiada tambiEn puede ser transmitida, en la porcion del preambulo de una PDU del FCH (segun se muestra en las FIGS. 5E y 5F), por el punto de acceso a un terminal de usuario activo.
A. Referencia Guiada para el Multiplexado Espacial
La referencia guiada comprende un simbolo OFDM especifico (p. ej., el mismo simbolo OFDM P utilizado para el piloto MIMO) que se transmite desde todas las antenas transmisoras en el terminal de usuario (para el enlace ascendente) o el punto de acceso (para el enlace descendente). Sin embargo, el simbolo OFDM P para cada periodo de simbolos es procesado espacialmente (es decir, formado como un haz) con un vector de guia para una automodalidad.
El primer simbolo de la referencia guiada transmitida por el terminal de usuario en el preambulo del RACH puede expresarse como:
, para k ∈ K�, Ec. (64)
en donde x(k) es el vector de transmision para la subbanda k;
es la matriz de correccion para la subbanda k, para el terminal de usuario;
es el vector de guia para la subbanda k de la automodalidad principal de banda ancha;
p(k) es el simbolo piloto para la subbanda k; y
K� = {-32, ..., 31} es el conjunto de indices para todas las 64 subbandas.
El vector x(k) incluye cuatro simbolos de transmision para cada valor de k, que han de transmitirse desde las cuatro
antenas en el terminal de usuario. El vector de guia
es la primera columna de la matriz de los
autovectores derechos de la estimacion
de respuesta calibrada del canal del enlace ascendente, donde
y es la i-Esima columna de . Lo anterior supone que los valores
singulares en
y las columnas de estan ordenados segun lo descrito anteriormente.
El segundo simbolo de referencia guiada transmitido por el terminal de usuario en el preambulo del RACH incluye el indicador de tasa de datos (DRI) para la PDU del RACH. El DRI indica la tasa utilizada para el mensaje del RACH enviado en la PDU del RACH. El DRI se incrusta en el segundo simbolo de referencia guiada, asociando el DRI a un simbolo sdri especifico de OPSK, segun se muestra en la Tabla 15. El simbolo sdri se multiplica entonces por el simbolo piloto p(k) antes de llevar a cabo el procesamiento espacial. El segundo simbolo de referencia guiada para el RACH puede expresarse como:
, para k ∈ K�. Ec. (65)
Como se muestra en las ecuaciones (64) y (65), solo el autovector
para la automodalidad principal se utiliza para la referencia guiada para el RACH.
Un simbolo de referencia guiada transmitido por el terminal de usuario en el preambulo del RCH puede expresarse como:
, para k ∈ K�, Ec. (66) en donde xup,sr,m(k) es el vector de transmision para la subbanda k de la automodalidad m de banda ancha; y
es el vector de guia para la subbanda k de la automodalidad m de banda ancha (es decir, la m-Esima columna
Un simbolo de referencia guiada transmitido por el punto de acceso en el preambulo del FCH puede expresarse como:
, para k ∈ K�, Ec. (67) en donde xdn,sr,m(k) es el vector de transmision para la subbanda k de la automodalidad m de banda ancha;
es la matriz de correccion para la subbanda k, para el punto de acceso; y
es el vector de guia para la subbanda k de la automodalidad m de banda ancha.
5 El vector guia
es la m-Esima columna de la matriz
de autovectores derechos de la estimacion de respuesta calibrada del canal del enlace descendente, donde .
La referencia guiada puede transmitirse de diversas maneras. En una realizacion, se utilizan uno o mas autovectores para la referencia guiada para cada trama TDD, y dependen de la duracion de la referencia guiada, que esta indicada por los campos Tipo de Preambulo del FCH / RCH en el elemento de informacion del FCCH. La Tabla 36 enumera las
10 automodalidades utilizadas para el preambulo para el FCH y el RCH, para diversos tamaros de preambulo, para un disero ejemplar.
Tabla 36
Tipo
Tamaño de Preámbulo Automodalidades Utilizadas
0
0 simbolos OFDM ningun preambulo
1
1 simbolo OFDM automodalidad m, donde m = contador de tramas en mod 4
2
4 simbolos OFDM recorrido por todas las 4 automodalidades en el preambulo
3
8 simbolos OFDM recorrido por todas las 4 automodalidades dos veces en el preambulo
Segun se muestra en la Tabla 36, la referencia guiada se transmite para todas las cuatro automodalidades dentro de una unica trama TDD, cuando el tamaro del preambulo es de cuatro u ocho simbolos OFDM. La referencia guiada 15 transmitida por el terminal de usuario para el n-Esimo simbolo OFDM en el preambulo para el RCH puede expresarse como:
, para k ∈ K� y n = {1, ..., L}, Ec. (68)
donde L es el tamaro del preambulo, es decir, L = 4 para el Tipo 2 y L = 8 para el Tipo 3.
De manera similar, la referencia guiada transmitida por el punto de acceso para el n-Esimo simbolo OFDM en el 20 preambulo para el FCH puede expresarse como:
, para k ∈ K� y n = {1, ..., L}. Ec. (69)
Como se muestra en las ecuaciones (68) y (69), las cuatro automodalidades son recorridas en cada periodo de 4
25 simbolos por la operacion (n mod 4) para el vector de guia. Este esquema puede emplearse si el canal cambia mas rapidamente y / o durante la primera parte de una conexion, cuando se necesita obtener rapidamente una buena estimacion de canal para un funcionamiento adecuado del sistema.
En otra realizacion, la referencia guiada se transmite para una automodalidad de banda ancha para cada trama TDD.
30 pueden ser utilizados para las tramas TDD primera, segunda, tercera y cuarta, respectivamente, por el terminal de usuario. El vector de guia especifico a emplear puede ser especificado por los 2 LSB (bits menos significativos) del valor del Contador de Tramas en el mensaje del BCH. Este esquema permite que se utilice una porcion de preambulo mas corta en la PDU, pero puede requerir un periodo
mas largo de tiempo para obtener una buena estimacion del canal.
Para ambas realizaciones descritas anteriormente, la referencia guiada puede transmitirse por todas las cuatro automodalidades que pueden emplearse para la transmision de datos, incluso aunque se utilicen actualmente menos de cuatro automodalidades (p. ej., porque las automodalidades no utilizadas son dEbiles y descartadas por la hidratacion). La transmision de la referencia guiada por una automodalidad actualmente no utilizada permite que el receptor determine cuando la automodalidad mejora lo bastante como para ser seleccionada para su uso.
B. Referencia Guiada para la Guía de Haces
Para la modalidad de guia de haces, el procesamiento espacial en el lado transmisor se realiza utilizando un conjunto de autovectores normalizados para la automodalidad principal de banda ancha. La funcion global de transferencia con un autovector normalizado es distinta a la funcion global de transferencia con un autovector no normalizado (es decir,
). Una referencia guiada generada utilizando el conjunto de autovectores normalizados para todas las subbandas puede ser enviada entonces por el transmisor y utilizada por el receptor para obtener los vectores de filtrado asociado para estas subbandas, para la modalidad de guia de haces.
Para el enlace ascendente, la referencia guiada para la modalidad de guia de haces puede expresarse como:
, para k ∈ K. Ec. (70)
En el punto de acceso, la referencia guiada recibida del enlace ascendente, para la modalidad de guia de haces, puede expresarse como:
, para k = K, Ec. (48)
Para obtener el vector
fila de filtrado asociado, para la transmision del enlace ascendente con guia de haces, el vector recibido
para la referencia guiada se multiplica primero por p*(k). El resultado se integra luego sobre multiples simbolos recibidos de referencia guiada, para formar una estimacion de . El vector
es entonces la traspuesta conjugada de esta estimacion. Al operar en la modalidad de guia de haces, el terminal de usuario puede transmitir multiples simbolos de referencia guiada, por ejemplo, uno o mas simbolos, utilizando el autovector normalizado , uno o mas simbolos utilizando el autovector
(k) para la automodalidad principal de banda ancha y, posiblemente, uno o mas simbolos utilizando los autovectores para las otras automodalidades de banda ancha. Los simbolos de referencia guiada generados con
pueden ser utilizados por el punto de acceso para obtener el vector
de filtrado asociado. Los simbolos
de referencia guiada generados con
pueden utilizarse para obtener el , que puede emplearse luego para obtener el autovector normalizado , que se utiliza para la guia de haces en el enlace descendente. Los
simbolos de referencia guiada generados con los autovectores
a
para las otras automodalidades pueden ser utilizados por el punto de acceso para obtener
a , y los valores singulares para estas otras automodalidades. Esta informacion puede ser utilizada luego por el punto de acceso para determinar si se utiliza la modalidad de multiplexado espacial o bien la modalidad de guia de haces para la transmision de datos.
Para el enlace descendente, el terminal de usuario puede obtener el vector
de filtrado asociado, para la modalidad de guia de haces, sobre la base de la estimacion
de respuesta calibrada del canal del enlace descendente. En particular, el terminal de usuario tiene , a partir de la descomposicion en valores singulares de
, y puede obtener el autovector normalizado . El terminal de usuario puede entonces multiplicar
por
para obtener , y luego puede obtener
sobre la base de . Alternativamente, una
referencia guiada puede ser enviada por el punto de acceso empleando el autovector normalizado , y esta referencia guiada puede ser procesada por el terminal de usuario, de la forma descrita anteriormente, para obtener
.
4. Piloto Portador – Enlace Ascendente
La estructura de subbandas OFDM descrita en la presente memoria incluye cuatro subbandas piloto con indices de 21, -7, 7 y 21. En una realizacion, un piloto portador se transmite por las cuatro subbandas piloto en todos los simbolos OFDM que no son parte de un preambulo. El piloto portador puede ser empleado por el receptor para rastrear cambios de fase debidos a desviaciones en los osciladores tanto en el transmisor como en el receptor. Esto puede proporcionar un rendimiento mejorado de la demodulacion de datos.
El piloto portador comprende cuatro secuencias piloto, Pc1(n), Pc2(n), Pc3(n) y Pc4(n), que se transmiten por las cuatro subbandas piloto. Las secuencias piloto pueden definirse como:
Pc1(n) = Pc2(n) = Pc3(n) = - Pc4(n), para n = {1, 2, ..., 127}, Ec. (72)
donde n es un indice para el periodo de simbolos OFDM.
Las secuencias piloto pueden definirse sobre la base de diversas secuencias de datos. En una realizacion, la secuencia piloto Pc1(n) se genera sobre la base de un polinomio G(x) = x7 + x4 +x, donde el estado inicial se fija en todos unos y los bits de salida se asocian a valores de seral de la siguiente manera: 1 =. -1 y 0 =. 1. La secuencia piloto Pc1(n), para n = {1, 2, ..., 127}, puede luego expresarse como:
Pc1(n) = {1,1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,1,1,-1,1,
1, 1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, 1, -1, -1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, 1,
-
1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, -1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, -1, -1, 1, -1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, -1. 1,
-
1, -1, -1, -1, -1, 1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, -1, -1, 1, 1, 1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1}.
Los valores de "1" y "-1" en la secuencia piloto Pc1(n) pueden asociarse a simbolos piloto utilizando un esquema de modulacion especifico. Por ejemplo, utilizando BPSK, un "1" puede asociarse a 1+j, y un "-1" puede asociarse a -(1+j). Si no hay mas de 127 simbolos OFDM, entonces la secuencia piloto puede repetirse de forma tal que Pc1(n) = Pc1(n mod 127) para n . 127.
En una realizacion, las cuatro secuencias piloto se reinician para cada canal de transporte. Asi, en el enlace descendente, las secuencias piloto se reinician para el primer simbolo OFDM del mensaje del BCH, se reinician nuevamente para el primer simbolo OFDM del mensaje del FCCH, y se reinician para el primer simbolo OFDM enviado por el FCH. En otra realizacion, las secuencias piloto se reinician en el comienzo de cada trama FDD, y se repiten con tanta frecuencia como sea necesario. Para esta realizacion, las secuencias piloto pueden atascarse durante las porciones del preambulo del BCH y el FCH.
En la modalidad de diversidad, las cuatro secuencias piloto se asocian a cuatro apareos de subbanda y antena, segun se muestra en la Tabla 29. En particular, Pc1(n) se utiliza para la subbanda -21 de la antena 1, Pc2(n) se utiliza para la subbanda -7 de la antena 2, Pc3(n) se utiliza para la subbanda 7 de la antena 3, y Pc4(n) se utiliza para la subbanda 21 de la antena 4. Cada secuencia piloto se transmite entonces por la subbanda y antena asociadas.
En la modalidad de multiplexado espacial, las cuatro secuencias piloto se transmiten por la automodalidad principal de sus respectivas subbandas. El procesamiento espacial para los simbolos del piloto portador es similar al realizado para los simbolos de modulacion, segun lo anteriormente descrito. En la modalidad de guia de haces, las cuatro secuencias piloto se transmiten por sus respectivas subbandas, utilizando la guia de haces. La guia de haces para los simbolos del piloto portador tambiEn es similar a la realizada para los simbolos de modulacion.
Se ha descrito anteriormente una estructura de piloto especifica para el sistema de WLAN con MIMO. Otras estructuras piloto tambiEn pueden emplearse para el sistema, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
IX. Operación del Sistema
La FIG. 12A muestra una realizacion especifica de un diagrama 1200 de estados para el funcionamiento de un terminal de usuario. Este diagrama de estados incluye cuatro estados: un estado Inicial 1210, un estado Durmiente 1220, un estado de Acceso 1230, y un estado Conectado 1240. Cada uno de los estados 1210, 1220, 1230 y 1240 puede asociarse a un cierto numero de subestados (no mostrados en la FIG. 12A para simplificar).
En el estado Inicial, el terminal de usuario adquiere la frecuencia y temporizacion del sistema y obtiene los parametros de sistema enviados por el BCH. En el estado Inicial, el terminal de usuario puede llevar a cabo las siguientes funciones:
*
Determinacion del sistema: el terminal de usuario determina sobre quE frecuencia adquirir el sistema.
*
Adquisicion de frecuencia / temporizacion: el terminal de usuario adquiere el piloto baliza y ajusta su frecuencia y temporizacion en consecuencia.
*
Adquisicion de parametros: el terminal de usuario procesa el BCH para obtener los parametros del sistema asociados al punto de acceso desde el cual se recibe la seral del enlace descendente.
Al completar las funciones requeridas para el estado Inicial, el terminal de usuario efectua una transicion hacia el estado Durmiente.
En el estado Durmiente, el terminal de usuario monitoriza periodicamente el BCH en busca de parametros de sistema actualizados, indicaciones de paginas y mensajes de difusion enviados por el enlace descendente, y asi sucesivamente. No se adjudica ningun recurso de radio al terminal de usuario en este estado. En el estado Durmiente, el terminal de usuario puede llevar a cabo las siguientes funciones:
*
Si se autoriza un registro, el terminal de usuario ingresa al estado de Acceso con una solicitud de registro.
*
Si se autoriza la calibracion del transmisor / receptor, el terminal de usuario ingresa al estado de Acceso con una solicitud de calibracion.
*
El terminal de usuario monitoriza el BCH en busca de una indicacion de paginas y mensajes de difusion enviados por el FCH.
*
Si el terminal de usuario tiene datos para enviar por el enlace ascendente, ingresa al estado de Acceso con una solicitud de recursos.
*
El terminal de usuario realiza procedimientos de mantenimiento, tales como la actualizacion de parametros del sistema y el rastreo del canal.
*
El terminal de usuario puede ingresar a una modalidad ranurada de funcionamiento para ahorrar energia, si esta modalidad recibe soporte por parte del terminal de usuario.
Si el terminal de usuario desea recursos de radio del punto de acceso para cualquier tarea, efectua una transicion al estado de Acceso. Por ejemplo, el terminal de usuario puede efectuar una transicion al estado de Acceso en respuesta a una pagina o indicador de DST enviado en el mensaje del BCH, para un registro o solicitud de calibracion, o para solicitar recursos dedicados.
En el estado de Acceso, el terminal de usuario esta en el proceso de acceder al sistema. El terminal de usuario puede enviar mensajes breves y / o solicitudes de recursos del FCH / RCH, utilizando el RACH. El funcionamiento en el RACH se describe en mayor detalle mas adelante. Si el terminal de usuario es liberado por el punto de acceso, entonces efectua una transicion inversa al estado Durmiente. Si al terminal de usuario se asignan recursos para el enlace descendente y / o el enlace ascendente, entonces efectua una transicion al estado Conectado.
En el estado Conectado, se asignan al terminal de usuario los recursos del FCH / RCH, aunque no necesariamente para cada trama TDD. El terminal de usuario puede utilizar activamente los recursos adjudicados, o puede quedar ocioso (manteniendo aun la conexion) en el estado Conectado. El terminal de usuario permanece en el estado Conectado hasta que es liberado por el punto de acceso, o si agota un temporizador despuEs de ninguna actividad durante un periodo especifico de expiracion, en cuyo caso efectua una transicion inversa hacia el estado Durmiente.
Estando en el estado Durmiente, Acceso o Conectado, el terminal de usuario efectua una transicion inversa al estado Inicial si es apagado, o si se corta la conexion.
La FIG. 12B muestra una realizacion especifica de un diagrama de estados para el estado Conectado 1240. En esta realizacion, el estado Conectado incluye tres subestados: un subestado de Establecimiento 1260, un subestado Abierto 1270, y un subestado Ocioso 1280. El terminal de usuario ingresa al subestado de Establecimiento al recibir una asignacion por el FCCH.
En el subestado de Establecimiento, el terminal de usuario esta en el proceso de establecer la conexion y no esta aun intercambiando datos. El establecimiento de conexion puede incluir la estimacion del canal para el punto de acceso, la determinacion de tasa, la negociacion del servicio, y asi sucesivamente. Al ingresar al subestado de Establecimiento, el terminal de usuario pone un temporizador para un lapso especificado. Si el temporizador expira antes de que el terminal de usuario abandone este subestado, entonces efectua una transicion inversa al estado Durmiente. El terminal de usuario efectua una transicion al subestado Abierto al completar el establecimiento de conexion.
El en subestado Abierto, el terminal de usuario y el punto de acceso intercambian datos por el enlace descendente y / o el enlace ascendente. Mientras esta en el subestado Abierto, el terminal de usuario monitoriza el BCH en busca de parametros de sistema y una indicacion de mensajes de paginacion / difusion. Si un mensaje del BCH no puede descodificarse correctamente dentro de un numero especificado de tramas TDD, entonces el terminal de usuario efectua una transicion inversa hacia el estado Inicial.
El terminal de usuario tambiEn monitoriza el FCCH en busca de informacion de asignacion de canal, control de tasa, control de temporizacion del RCH y control de potencia. El terminal de usuario estima la SNR recibida utilizando el piloto baliza del BCH y el preambulo del FCH, y determina la maxima tasa que puede sostenerse fiablemente por el FCH.
Las asignaciones del FCH y el RCH para el terminal de usuario, para cada trama TDD, estan dadas por los elementos de informacion en la PDU del FCCH transmitida en la trama TDD actual (o posiblemente anterior). El terminal de usuario puede no estar asignado para la transmision de datos por el FCH y / o el RCH, para cualquier trama TDD dada. Para cada trama TDD en la cual el terminal de usuario no esta planificado para la transmision de datos, no recibe una PDU del FCH por el enlace descendente y no transmite por el enlace ascendente.
Para cada trama TDD en la cual el terminal de usuario esta planificado, las transmisiones de datos por el enlace descendente y / o el enlace ascendente se realizan utilizando la tasa, la modalidad de transmision y el desplazamiento de temporizacion del RCH (para el enlace ascendente) indicados en las asignaciones del FCCH (es decir, los elementos de informacion del FCCH dirigidos al terminal de usuario). El terminal de usuario recibe, demodula y descodifica las PDU del FCH enviadas al mismo. El terminal de usuario tambiEn transmite las PDU del RCH, que incluyen el preambulo y el indicador de tasa de datos del FCH. El terminal de usuario ajusta la tasa utilizada en el RCH segun la informacion de control de tasa contenida en la asignacion del FCCH. Si se esta aplicando control de potencia para la transmision del enlace ascendente, entonces el terminal de usuario ajusta su potencia de transmision sobre la base de los comandos de control de potencia incluidos en la asignacion del FCCH. El intercambio de datos puede ser por rafagas, en cuyo caso el terminal de usuario puede ingresar al subestado Ocioso toda vez que no se estE intercambiando ningun dato. El terminal de usuario ingresa al subestado Ocioso cuando se lo indica el punto de acceso. Si el punto de acceso no asigna el FCH o RCH al terminal de usuario dentro de un numero especificado de tramas TDD, entonces el terminal de usuario efectua la transicion inversa al estado Durmiente y retiene su identificador de MAC.
En el estado Ocioso, tanto el enlace ascendente como el descendente estan ociosos. No se estan enviando datos en ninguna direccion. Sin embargo, los enlaces se mantienen con los mensajes de referencia guiada y de control. En este subestado, el punto de acceso asigna periodicamente PDU ociosas al terminal de usuario por el RCH, y posiblemente el FCH (no necesariamente de forma simultanea). El terminal de usuario puede ser capaz de permanecer en el estado Conectado indefinidamente, siempre que el punto de acceso asigne periodicamente PDU ociosas por el FCH y el RCH para mantener el enlace.
Mientras esta en el subestado Ocioso, el terminal de usuario monitoriza el BCH. Si un mensaje del BCH no se descodifica correctamente dentro de un numero especificado de tramas TDD, entonces el terminal de usuario efectua una transicion inversa hacia el estado Inicial. El terminal de usuario tambiEn monitoriza el FCCH en busca de informacion de asignacion de canal, de control de tasa, de control de temporizacion del RCH y de control de potencia. El terminal de usuario tambiEn puede estimar la SNR recibida y determinar la maxima tasa con soporte por parte del FCH. El terminal de usuario transmite una PDU ociosa por el RCH, cuando esta asignado, y activa el bit de Solicitud de RCH en la PDU ociosa si tiene datos que enviar. Si el punto de acceso no asigna un FCH o RCH al terminal de usuario dentro de un numero especificado de tramas TDD, entonces el terminal de usuario efectua una transicion inversa hacia el estado Durmiente y retiene su identificador de MAC.
Puede ponerse un temporizador en un valor especifico al ingresar a cualquiera de los tres subestados. Este temporizador comenzaria luego una cuenta regresiva si no hay ninguna actividad mientras se esta en el subestado. Estando en el subestado de Establecimiento, Activo u Ocioso, el terminal efectuaria la transicion inversa hacia el estado Durmiente si el temporizador expira, y al estado Inicial si se corta la conexion. Estando en el subestado Activo u Ocioso, el terminal tambiEn efectuaria la transicion inversa hacia el estado Durmiente si se libera la conexion.
Las FIGS. 12A y 12B muestran una realizacion especifica de un diagrama de estados que puede ser utilizado para el terminal de usuario. TambiEn pueden emplearse varios otros diagramas de estados con menos estados y subestados,
o bien estados y subestados adicionales y / o distintos, para el sistema, lo cual esta dentro del alcance de la invencion.
X.
Acceso Aleatorio
En una realizacion, se emplea un esquema de acceso aleatorio para permitir que los terminales de usuario accedan al sistema de WLAN con MIMO. En una realizacion, el esquema de acceso aleatorio se basa en un esquema Aloha ranurado, por el cual un terminal de usuario transmite en una ranura del RACH aleatoriamente seleccionada, para intentar obtener acceso al sistema. El terminal de usuario puede enviar multiples transmisiones por el RACH hasta que se obtenga el acceso, o bien hasta que se haya llegado al maximo numero de intentos de acceso. Pueden cambiarse diversos parametros para cada transmision del RACH, para mejorar la probabilidad de Exito, segun se describe mas adelante.
La FIG. 13 ilustra un eje del tiempo para el RACH, que esta dividido en ranuras del RACH. El numero de ranuras del RACH disponibles para su empleo en cada trama TDD, y la duracion de la ranura del RACH, son parametros configurables. Un maximo de 32 ranuras del RACH puede estar disponible para su empleo en cada trama TDD. El intervalo de resguardo entre el final de la ultima ranura del RACH y el comienzo de la PDU del BCH para la proxima trama TDD tambiEn es un parametro configurable. Estos tres parametros para el RACH pueden cambiar de trama a trama, y estan indicados por los campos de Longitud del RACH, Tamaro de Ranura del RACH e Intervalo de Resguardo del RACH del mensaje del BCH.
Cuando un terminal de usuario desea acceder al sistema, procesa primero el BCH para obtener los parametros de sistema pertinentes. El terminal de usuario envia entonces una PDU del RACH por el RACH. Esta PDU del RACH incluye un mensaje del RACH que contiene informacion necesaria para que el punto de acceso procese la solicitud de acceso del terminal de usuario. Por ejemplo, el mensaje del RACH incluye el identificador de MAC asignado del terminal de usuario que permite que el punto de acceso identifique el terminal de usuario. Un identificador de MAC de registro (es decir, un valor especifico del identificador de MAC) puede reservarse para terminales de usuario no registrados. En este caso, el identificador largo del terminal de usuario puede incluirse en el campo de Carga Util del mensaje del RACH, junto con el identificador de MAC de registro.
Como se ha descrito anteriormente, la PDU del RACH puede transmitirse en una entre cuatro tasas de datos, que se enumeran en la Tabla 15. La tasa seleccionada se incrusta en el preambulo de la PDU del RACH (segun se muestra en la FIG. 5C). La PDU del RACH tambiEn tiene una longitud variable de 1, 2, 4 u 8 simbolos OFDM (como tambiEn se enumeran en la Tabla 15), que se indica en el campo Duracion del Mensaje del mensaje del RACH.
Para transmitir la PDU del RACH, el terminal de usuario determina primero el numero de ranuras del RACH que pueden emplearse para la transmision (es decir, el numero de ranuras "usables" del RACH). Esta determinacion se hace sobre la base de (1) el numero de ranuras del RACH disponibles en la trama TDD actual, (2) la duracion de cada ranura del RACH, (3) el intervalo de resguardo y (4) la longitud de la PDU del RACH a transmitir. La PDU del RACH no puede extenderse mas alla del final del segmento del RACH de la trama TDD. Asi, si la PDU del RACH es mas larga que una ranura del RACH, mas el intervalo de resguardo, entonces esta PDU no puede transmitirse en una o mas ranuras del RACH disponibles mas tarde. El numero de ranuras del RACH que pueden utilizarse para transmitir la PDU del RACH puede ser menor que el numero de ranuras del RACH disponibles, sobre la base de los factores anteriormente enumerados. El segmento del RACH incluye un intervalo de resguardo, que se proporciona para impedir que la transmision del enlace ascendente desde los terminales de usuario interfiera con el siguiente segmento del BCH, que es una posibilidad para los terminales de usuario que no compensan su retardo de ida y vuelta.
El terminal de usuario selecciona entonces al azar una de las ranuras del RACH utilizables, para transmitir la PDU del RACH. El terminal de usuario transmite luego la PDU del RACH a partir de la ranura seleccionada del RACH. Si el terminal de usuario conoce el retardo de ida y vuelta hasta el punto de acceso, puede compensar luego este retardo ajustando convenientemente su temporizacion.
Cuando el punto de acceso recibe una PDU del RACH, comprueba el mensaje recibido del RACH utilizando el CRC incluido en el mensaje. El punto de acceso descarta el mensaje del RACH si falla el CRC. Si el CRC es correcto, el punto de acceso activa el bit de Acuse de Recibo del RACH en el BCH, en la siguiente trama TDD, y transmite un acuse de recibo del RACH por el FCCH dentro de 2 tramas TDD. Puede haber un retardo entre la activacion del bit de Acuse de Recibo en el BCH y el envio del acuse de recibo por el FCCH, que puede utilizarse para compensar el retardo de planificacion, y asi sucesivamente. Por ejemplo, si el punto de acceso recibe el mensaje por el RACH, puede activar el bit de Acuse de Recibo en el BCH y tener una respuesta al retardo por el FCCH. El bit de Acuse de Recibo impide el reintento de los terminales de usuario, y permite que los terminales de usuario que no han tenido Exito lo reintenten rapidamente, excepto durante periodos de ocupacion del RACH.
Si el terminal de usuario esta realizando un registro, entonces utiliza el identificador de MAC de registro (p. ej., 0x0001). El punto de acceso responde enviando un Mensaje de Asignacion de identificador de MAC por el FCH. Todos los otros tipos de transmision del RACH incluyen el identificador de MAC del terminal de usuario asignado por el sistema. El punto de acceso acusa recibo explicitamente de todos los mensajes del RACH correctamente recibidos, enviando acuses de recibo por el FCCH, utilizando el identificador de MAC asignado al terminal de usuario.
DespuEs de que el terminal de usuario envia la PDU del RACH, monitoriza el BCH y el FCCH para determinar si su PDU del RACH ha sido o no recibida y procesada por el punto de acceso. El terminal de usuario monitoriza el BCH para determinar si esta o no activado el Bit de Acuse de Recibo del RACH en el mensaje del BCH. Si este bit esta activado, lo que indica que se esta enviando un acuse de recibo para este y / u otros terminales de usuario por el FCCH, entonces el terminal de usuario procesa adicionalmente el FCCH para obtener elementos de informacion IE de Tipo 3 que contengan acuses de recibo. En caso contrario, si el Bit de Acuse de Recibo del RACH no esta activado, entonces el terminal de usuario continua monitorizando el BCH o reanuda su procedimiento de acceso por el RACH.
El IE de Tipo 3 del FCCH se utiliza para llevar acuses rapidos de recibo para intentos de acceso exitosos. Cada elemento de informacion de acuse de recibo contiene el identificador de MAC asociado al terminal de usuario para el cual se envia el acuse de recibo. Un acuse rapido de recibo se utiliza para informar al terminal de usuario de que su solicitud de acceso ha sido recibida, pero no esta asociado a una asignacion de recursos del FCH / RCH. Por el contrario, un acuse de recibo basado en una asignacion se asocia a una asignacion del FCH / RCH. Si el terminal de usuario recibe un acuse rapido de recibo por el FCCH, efectua una transicion hacia el estado Durmiente. Si el terminal de usuario recibe un acuse de recibo basado en una asignacion, obtiene informacion de planificacion enviada junto con el acuse de recibo, y comienza a utilizar el FCH / RCH segun lo asignado en la trama TDD actual.
El terminal de usuario reanuda el procedimiento de acceso por el RACH si no recibe un acuse de recibo por el FCCH dentro de un numero especificado de tramas TDD despuEs de transmitir la PDU del RACH. En este caso, el terminal de usuario puede suponer que el punto de acceso no recibio correctamente la PDU del RACH. Un contador es mantenido por el terminal de usuario, para contar el numero de intentos de acceso. Este contador puede inicializarse en cero para el primer intento de acceso, y se incrementa en uno para cada intento subsiguiente de acceso. El terminal de usuario terminaria el procedimiento de acceso si el valor del contador llegara al maximo numero de intentos.
Para cada intento de acceso subsiguiente, el terminal de usuario determina primero diversos parametros para este intento de acceso, incluyendo (1) el lapso de espera antes de transmitir la PDU del RACH, (2) la ranura del RACH a utilizar para las transmisiones de PDU del RACH y (3) la tasa para la PDU del RACH. Para determinar el lapso de espera, el terminal de usuario determina primero el maximo lapso de espera para el siguiente intento de acceso, lo que se denomina la ventana de contencion (CW). En una realizacion, la ventana de contencion (que se da en unidades de
2intentos de acceso). La ventana de
tramas TDD) aumenta exponencialmente para cada intento de acceso (es decir, CW = contencion tambiEn puede determinarse sobre la base de alguna otra funcion (p. ej., una funcion lineal) del numero de intentos de acceso. El lapso de espera para el siguiente intento de acceso se selecciona entonces al azar, entre cero y la CW. El terminal de usuario esperaria durante este lapso antes de transmitir la PDU del RACH para el siguiente intento de acceso.
Para el siguiente intento de acceso, el terminal de usuario reduce la tasa para la PDU del RACH, si no se empleo la tasa mas baja para el ultimo intento de acceso. La tasa inicial utilizada para el primer intento de acceso puede seleccionarse sobre la base de la SNR recibida del piloto enviado por el BCH. La falta de recepcion de un acuse de recibo puede estar causada por el fracaso del punto de acceso para recibir correctamente la PDU del RACH. Asi, la tasa para la PDU del RACH en el siguiente intento de acceso se reduce para mejorar la probabilidad de una recepcion correcta por parte del punto de acceso.
DespuEs de esperar durante el tiempo de espera seleccionado al azar, el terminal de usuario selecciona nuevamente al azar una ranura del RACH para la transmision de la PDU del RACH. La seleccion la ranura del RACH para este intento de acceso puede efectuarse de manera similar a aquella descrita anteriormente para el primer intento de acceso, excepto en que los parametros del RACH (es decir, el numero de ranuras del RACH, la duracion de la ranura y el intervalo de resguardo) para la trama TDD actual, segun lo transportado en el mensaje del BCH, se utilizan junto con la longitud de la PDU actual del RACH. La PDU del RACH se transmite luego en la ranura del RACH seleccionada al azar.
El procedimiento de acceso anteriormente descrito continua hasta que, o bien (1) el terminal de usuario recibe un acuse de recibo desde el punto de acceso, o bien (2) se ha alcanzado el maximo numero de intentos permitidos de acceso. Para cada intento de acceso, el lapso de espera antes de transmitir la PDU del RACH, la ranura del RACH a utilizar para la transmision de la PDU del RACH y la tasa para la PDU del RACH pueden seleccionarse segun lo descrito anteriormente. Si se recibe el acuse de recibo, entonces el terminal de usuario funciona segun lo indicado por el acuse de recibo (es decir, espera en el estado Durmiente si se recibe un acuse rapido de recibo o bien comienza a utilizar el FCH / RCH si se recibe un acuse de recibo basado en una asignacion). Si se ha alcanzado el numero maximo de intentos permitidos de acceso, entonces el terminal de usuario efectua una transicion inversa hacia el estado Inicial.
XI. Control de Tasa, Potencia y Temporización
El punto de acceso planifica las transmisiones del enlace descendente y del enlace ascendente por el FCH y el RCH, y controla adicionalmente las tasas para todos los terminales de usuario activos. Ademas, el punto de acceso ajusta la potencia de transmision de ciertos terminales de usuario activos por el enlace ascendente. Pueden mantenerse varios bucles de control para ajustar la tasa, la potencia de transmision y la temporizacion para cada terminal de usuario activo.
1. Servicios de Tasa Fija y Variable
El punto de acceso puede prestar soporte a servicios de tasa tanto fija como variable por el FCH y el RCH. Los servicios de tasa fija pueden utilizarse para voz, video, y asi sucesivamente. Los servicios de tasa variable pueden emplearse para datos en paquetes (p. ej., exploracion de la Red).
Para los servicios de tasa fija por el FCH / RCH, se utiliza una tasa fija para la conexion entera. Se utiliza el despacho de "mejor intento" para el FCH y el RCH (es decir, sin retransmision). El punto de acceso planifica un numero constante de las PDU del FCH / RCH por cada intervalo temporal especificado, para satisfacer los requisitos de OoS (Calidad de Servicio) del servicio. Segun los requisitos de retardo, el punto de acceso puede no necesitar planificar una PDU del FCH / RCH para cada trama TDD. El control de potencia se ejerce por el RCH, pero no por el FCH, para servicios de tasa fija.
Para servicios de tasa variable por el FCH / RCH, se permite que la tasa utilizada para el FCH / RCH cambie con las condiciones del canal. Para algunos servicios isocronos (p. ej., video, audio), los requisitos de OoS pueden imponer una restriccion de tasa minima. Para estos servicios, el planificador en el punto de acceso ajusta la adjudicacion del FCH / RCH de forma tal que se proporcione una tasa constante. Para servicios de datos asincronicos (p. ej., exploracion de la Red, transferencia de ficheros, y asi sucesivamente), se proporciona un despacho de "mejor intento", con opcion de retransmisiones. Para estos servicios, la tasa es la maxima que puede ser sostenida fiablemente por las condiciones del canal. La planificacion de las PDU del FCH / RCH para los terminales de usuario es habitualmente una funcion de sus requisitos de OoS. Toda vez que no hay ningun dato para enviar por el enlace descendente o el enlace ascendente, se envia una PDU ociosa por el FCH / RCH para mantener el enlace. El control de potencia de bucle cerrado no se ejerce por el FCH o el RCH para los servicios de tasa variable.
2. Control de Tasa
El control de tasa puede utilizarse para los servicios de tasa variable que funcionan por el FCH y el RCH, para adaptar la tasa del FCH / RCH a las condiciones cambiantes del canal. Las tasas a utilizar para el FCH y el RCH pueden controlarse independientemente. Ademas, en la modalidad de multiplexado espacial, la tasa para cada automodalidad de banda ancha de cada canal de transporte dedicado puede controlarse independientemente. El control de tasa es llevado a cabo por el punto de acceso, sobre la base de la realimentacion proporcionada por cada terminal de usuario activo. El planificador dentro del punto de acceso planifica la transmision de datos y determina las asignaciones de tasas para los terminales de usuario activos.
La maxima tasa que puede disponer de soporte en cualquier enlace es una funcion de (1) la matriz de respuesta del canal para todas las subbandas de datos, (2) el nivel de ruido observado por el receptor, (3) la calidad de la estimacion del canal, y posiblemente otros factores. Para un sistema TDD, el canal puede considerarse como reciproco para el enlace descendente y el enlace ascendente (despuEs de que haya sido realizada la calibracion para compensar cualquier diferencia en el punto de acceso y el terminal de usuario). Sin embargo, este canal reciproco no implica que los limites inferiores del ruido sean los mismos en el punto de acceso y el terminal de usuario. Asi, para un terminal de usuario dado, las tasas por el FCH y el RCH pueden controlarse independientemente.
El control de tasa de bucle cerrado puede utilizarse para la transmision de datos por uno o mas canales espaciales. El control de tasa de bucle cerrado puede lograrse con un, o multiples, bucle(s). Un bucle interno estima las condiciones del canal y selecciona una tasa adecuada para cada canal espacial utilizado para la transmision de datos. La estimacion del canal y la seleccion de tasa pueden llevarse a cabo segun lo descrito anteriormente. Un bucle externo puede utilizarse para estimar la calidad de la transmision de datos recibida por cada canal espacial, y para ajustar el funcionamiento del bucle interno. La calidad de la transmision de datos puede cuantificarse mediante la tasa de errores de paquetes (PER), las mEtricas del descodificador, y asi sucesivamente, o una combinacion de las mismas. Por ejemplo, el bucle externo puede ajustar el desplazamiento de la SNR para cada canal espacial, a fin de lograr la PER deseada para ese canal espacial. El bucle externo tambiEn puede dirigir al bucle interno para seleccionar una tasa menor para un canal espacial, si se detectan excesivos errores de paquetes para el canal espacial.
Control de tasa del Enlace Descendente
Cada terminal de usuario activo puede estimar el canal del enlace descendente, sobre la base del piloto MIMO transmitido por el BCH en cada trama TDD. El punto de acceso tambiEn puede transmitir una referencia guiada en una PDU del FCH enviada a un terminal de usuario especifico. Utilizando el piloto MIMO por el BCH y / o la referencia guiada por el FCH, el terminal de usuario puede estimar la SNR recibida y determinar la maxima tasa que puede disponer de soporte por el FCH. Si el terminal de usuario esta funcionando en la modalidad de multiplexado espacial, entonces puede determinarse la maxima tasa para cada automodalidad de banda ancha. Cada terminal de usuario puede devolver al punto de acceso la maxima tasa con soporte por parte de cada automodalidad de banda ancha (para la modalidad de multiplexado espacial), la maxima tasa con soporte por parte de la automodalidad principal de banda ancha (para la modalidad de guia de haces), o la maxima tasa con soporte por parte del canal MIMO (para la modalidad de diversidad) en el campo Indicador de Tasa del FCH de la PDU del RCH. Estas tasas pueden asociarse a las SNR recibidas, que pueden emplearse entonces para llevar a cabo la hidratacion descrita anteriormente. Alternativamente, el terminal de usuario puede devolver suficiente informacion (p. ej., las SNR recibidas) para permitir que el punto de acceso determine la maxima tasa con soporte por parte del enlace descendente.
La determinacion de emplear o no la modalidad de diversidad, la guia de haces o el multiplexado espacial puede tomarse sobre la base de la realimentacion desde el terminal de usuario. El numero de automodalidades de banda ancha seleccionadas para su uso puede aumentar segun mejore el aislamiento entre los vectores de guia.
La FIG. 14A ilustra un proceso para controlar la tasa de una transmision del enlace descendente para un terminal de usuario. Una PDU del BCH se transmite en el primer segmento de cada trama TDD, e incluye los pilotos baliza y MIMO, que pueden ser utilizados por los terminales de usuario para estimar y rastrear el canal. Una referencia guiada tambiEn puede enviarse en el preambulo de una PDU del FCH enviada al terminal de usuario. El terminal de usuario estima el canal sobre la base de la referencia de MIMO y / o guiada, y determina la(s) maxima(s) tasa(s) que puede(n) disponer de soporte por parte del enlace descendente. Se proporciona una tasa para cada automodalidad de banda ancha si el terminal de usuario esta funcionando en la modalidad de multiplexado espacial. El terminal de usuario envia entonces el indicador de tasa para el FCH en el campo Indicador de Tasa del FCH de la PDU del RCH que envia al punto de acceso.
El planificador utiliza las maximas tasas que el enlace descendente puede soportar para cada terminal de usuario activo, a fin de planificar la transmision de datos del enlace descendente en las siguientes tramas TDD. Las tasas, y otra informacion de asignacion de canal para el terminal de usuario, se reflejan en un elemento de informacion enviado por el FCCH. La tasa asignada a un terminal de usuario puede afectar la planificacion para otros terminales de usuario. El retardo minimo entre la determinacion de tasa por parte del terminal de usuario y su empleo es de aproximadamente una unica trama TDD.
Utilizando el procedimiento ordenado Gram-Schmidt, el punto de acceso puede determinar exactamente las tasas maximas que tienen soporte en el FCH, directamente del preambulo del RCH. Esto puede simplificar luego en gran medida el control de tasa.
Control de Tasa del Enlace Ascendente
Cada terminal de usuario transmite una referencia guiada por el RACH durante el acceso al sistema, y por el RCH al adjudicarsele recursos del FCH / RCH. El punto de acceso puede estimar la SNR recibida para cada una de las automodalidades de banda ancha, sobre la base de la referencia guiada por el RCH, y determinar la maxima tasa soportada por cada automodalidad de banda ancha. Inicialmente, el punto de acceso puede no tener una buena estimacion del canal para permitir el funcionamiento fiable a, o cerca de, la tasa maxima soportada por cada automodalidad de banda ancha. Para mejorar la fiabilidad, la tasa inicial utilizada en el FCH / RCH puede ser muy inferior a la maxima tasa con soporte. El punto de acceso puede integrar la referencia guiada sobre un cierto numero de tramas TDD, a fin de obtener una estimacion mejorada del canal. Segun mejora la estimacion del canal, puede aumentarse la tasa.
La FIG. 14B ilustra un proceso para controlar la tasa de una transmision del enlace ascendente para un terminal de usuario. Una vez planificado para la transmision del enlace ascendente, el terminal de usuario transmite una PDU del RCH que incluye la referencia, que es utilizada por el punto de acceso para determinar la tasa maxima por el enlace ascendente. El planificador utiliza entonces las maximas tasas que el enlace ascendente puede soportar para cada terminal de usuario activo, a fin de planificar la transmision de datos del enlace ascendente en las siguientes tramas TDD. Las tasas, y otra informacion de asignacion de canal para el terminal de usuario, se reflejan en un elemento de informacion enviado por el FCCH. El retardo minimo entre la determinacion de tasa por parte del punto de acceso y su empleo es de aproximadamente una unica trama TDD.
3. Control de Potencia
El control de potencia puede utilizarse para las transmisiones del enlace ascendente por el RCH (en lugar del control de tasa) para servicios de tasa fija. Para los servicios de tasa fija, la tasa se negocia en el establecimiento de llamada y permanece fija durante la conexion. Algunos servicios de tasa fija pueden estar asociados a un requisito de movilidad limitada. En una realizacion, el control de potencia se implementa para el enlace ascendente, a fin de resguardarse contra la interferencia entre los terminales de usuario, pero no se emplea para el enlace descendente.
Se emplea un mecanismo de control de potencia para controlar la potencia de transmision del enlace ascendente de cada terminal de usuario activo, de forma tal que la SNR recibida en el punto de acceso se mantenga en un nivel que logre la deseada calidad del servicio. Este nivel se denomina a menudo la SNR recibida deseada, el punto operativo, o el punto de ajuste. Para un terminal de usuario movil, la pErdida de propagacion probablemente cambiara segun el terminal de usuario se desplace. El mecanismo de control de potencia rastrea los cambios en el canal de forma tal que la SNR recibida se mantenga cerca del punto de ajuste.
El mecanismo de control de potencia puede implementarse con dos bucles de control de potencia: un bucle interno y un bucle externo. El bucle interno ajusta la potencia de transmision del terminal de usuario de forma tal que la SNR recibida en el punto de acceso se mantenga cerca del punto de ajuste. El bucle externo ajusta el punto de ajuste para lograr un nivel especifico de rendimiento, que puede cuantificarse por una tasa especifica de errores de trama (FER)
(p. ej., una FER del 1%), una tasa de errores de paquete (PER), una tasa de errores de bloque (BLER), una tasa de errores de mensaje (MER) o alguna otra medida.
La FIG. 15 ilustra el funcionamiento del control de potencia interno para un terminal de usuario. DespuEs de que se asigna al terminal de usuario el FCH / RCH, el punto de acceso estima la SNR recibida por el RCH y la compara con el punto de ajuste. La potencia inicial a emplear por parte del terminal de usuario puede determinarse en el establecimiento de llamada y esta habitualmente cerca de su maximo nivel de potencia de transmision. Para cada intervalo de trama, si la SNR recibida supera el punto de ajuste en un margen positivo o especifico, entonces el punto de acceso puede ordenar al terminal de usuario que reduzca su potencia de transmision en una magnitud especifica (p. ej., 1 dB) en un elemento de informacion del FCCH enviado a este terminal de usuario. Por el contrario, si la SNR recibida es inferior al umbral menos el margen o, entonces el punto de acceso puede ordenar al terminal de usuario aumentar su potencia de transmision en la magnitud especifica. Si la SNR recibida esta dentro de los limites aceptables del punto de ajuste, entonces el punto de acceso no solicitara un cambio en la potencia de transmision por parte del terminal de usuario. La potencia de transmision del enlace ascendente esta dada como el nivel inicial de potencia de transmision mas la suma de todos los ajustes de potencia recibidos desde el punto de acceso.
El punto de ajuste inicial utilizado en el punto de acceso se fija para lograr un nivel especifico de rendimiento. Este punto de ajuste es ajustado por el bucle externo sobre la base de la FER o PER para el RCH. Por ejemplo, si no ocurren errores de trama / paquete durante un periodo de tiempo especificado, entonces el punto de ajuste puede reducirse en una primera magnitud (p. ej., 0,1 dB). Si la FER media es superada por la ocurrencia de uno o mas errores de trama / paquete, entonces el punto de ajuste puede aumentarse en una segunda magnitud (p. ej., 1 dB). El punto de ajuste, el margen de histEresis y el funcionamiento del bucle externo son especificos para el disero de control de potencia utilizado para el sistema.
4. Control de Temporización
El control de temporizacion puede utilizarse ventajosamente en una estructura de tramas con base TDD, donde el enlace descendente y el enlace ascendente comparten la misma banda de frecuencia en forma duplexada por division del tiempo. Los terminales de usuario pueden situarse por todo el sistema y pueden asociarse de tal manera a distintos retardos de propagacion al punto de acceso. A fin de maximizar la eficiencia por el enlace ascendente, la temporizacion de la transmision del enlace ascendente por el RCH y el RACH, desde cada terminal de usuario, puede ajustarse para compensar su retardo de propagacion. Esto garantizaria entonces que las transmisiones del enlace ascendente desde distintos terminales de usuario lleguen dentro de una ventana temporal especifica al punto de acceso, y no interfieran entre si por el enlace ascendente, o con la transmision del enlace descendente.
La FIG. 16 ilustra un proceso para ajustar la temporizacion del enlace ascendente de un terminal de usuario. Inicialmente, el terminal de usuario envia una PDU del RACH por el enlace ascendente para obtener acceso al sistema. El punto de acceso obtiene una estimacion inicial del retardo de ida y vuelta (RTD) asociado al terminal de usuario. El retardo de ida y vuelta puede estimarse sobre la base de (1) un correlacionador deslizable utilizado en el punto de acceso para determinar el inicio de la transmision y (2) el identificador de ranura incluido en la PDU del RACH enviada por el terminal de usuario. El punto de acceso calcula entonces un adelanto inicial de temporizacion para el terminal de usuario, sobre la base de la estimacion inicial del RTD. El adelanto inicial de temporizacion se envia al terminal de usuario antes de su transmision por el RCH. El adelanto inicial de temporizacion puede enviarse en un mensaje por el FCH, un campo de un elemento de informacion del FCCH, o por algun otro medio.
El terminal de usuario recibe el adelanto inicial de temporizacion desde el punto de acceso y emplea en adelante este adelanto de temporizacion sobre todas las siguientes transmisiones del enlace ascendente, tanto por el RCH como por el RACH. Si al terminal de usuario se asignan recursos del FCH / RCH, entonces su adelanto de temporizacion puede ajustarse con comandos enviados por el punto de acceso en el campo Ajuste de Temporizacion del RCH de un elemento de informacion del FCCH. El terminal de usuario ajustaria en lo sucesivo sus transmisiones del enlace ascendente por el RCH sobre la base del adelanto actual de temporizacion, que es igual al adelanto inicial de temporizacion mas todos los ajustes de temporizacion enviados por el punto de acceso al terminal de usuario.
Diversas partes del sistema de WLAN con MIMO y diversas tEcnicas descritas en la presente memoria pueden implementarse por diversos medios. Por ejemplo, el procesamiento en el punto de acceso y el terminal de usuario puede implementarse en hardware, software, o una combinacion de los mismos. Para una implementacion en hardware, el procesamiento puede implementarse dentro de uno o mas circuitos integrados especificos de la aplicacion (ASIC), procesadores de serales digitales (DSP), dispositivos de procesamiento digital de serales (DSPD), dispositivos de logica programable (PLD), formaciones de compuertas programables en el terreno (FPGA), procesadores, controladores, microcontroladores, microprocesadores, otras unidades electronicas diseradas para realizar las funciones descritas en la presente memoria, o una combinacion de los mismos.
5 Para una implementacion en software, el procesamiento puede implementarse con modulos (p. ej., procedimientos, funciones, y asi sucesivamente) que realicen las funciones descritas en la presente memoria. Los codigos de software pueden almacenarse en una unidad de memoria (p. ej., la memoria 732 o 782 en la FIG. 7) y ser ejecutados por un procesador (p. ej., el controlador 730 o 780). La unidad de memoria puede implementarse dentro del procesador, o ser externa al procesador, en cuyo caso puede acoplarse comunicativamente al procesador mediante diversos medios,
10 segun se conoce en la tecnologia.
Los encabezamientos se incluyen en la presente memoria para referencia y para ayudar a localizar ciertas secciones. Estos encabezamientos no estan concebidos para limitar el alcance de los conceptos descritos en el presente documento bajo los mismos, y estos conceptos pueden tener aplicabilidad en otras secciones a lo largo de la memoria entera.
15 La descripcion anterior de las realizaciones reveladas se proporciona para permitir a cualquier persona versada en la tecnologia realizar o utilizar la presente invencion. Diversas modificaciones a estas realizaciones seran inmediatamente evidentes a aquellos versados en la tecnologia, y los principios genEricos definidos en la presente memoria pueden aplicarse a otras realizaciones sin apartarse del alcance de la invencion. Asi, la presente invencion no esta concebida para limitarse a las realizaciones mostradas en la presente memoria, sino que debe concedErsele el mas amplio
20 alcance coherente con las reivindicaciones.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento de transmision de informacion de seralizacion en un sistema (100) de comunicacion inalambrica de entradas multiples y salidas multiples (MIMO), usando el multiplexado ortogonal por division de frecuencia, OFDM,
    caracterizado por:
    transmitir una primera informacion de seralizacion para un primer conjunto de al menos un terminal (120) de usuario, con una primera combinacion de tasa de codificacion y de esquema de modulacion, por un primer subcanal de un canal de control directo, en donde la primera informacion de seralizacion comprende un elemento de informacion que indica que la primera informacion de seralizacion es para el primer conjunto de al menos un terminal de usuario;
    transmitir una segunda informacion de seralizacion para un segundo conjunto de al menos un terminal (120) de usuario, con una segunda combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un segundo subcanal del canal de control directo, en donde la segunda informacion de seralizacion comprende un elemento de informacion que indica que la segunda informacion de seralizacion es para el segundo conjunto de al menos un terminal de usuario; y
    en el cual la segunda combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion es distinta a la primera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, y en el cual el segundo subcanal tiene una tasa mayor que el primer subcanal, y se transmite despuEs del primer subcanal.
  2. 2.
    El procedimiento de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente:
    transmitir una tercera informacion de seralizacion para un tercer conjunto de al menos un terminal (120) de usuario, con una tercera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un tercer subcanal del canal de control directo, en donde la tercera informacion de seralizacion comprende un elemento de informacion que indica que la informacion de seralizacion es para el tercer conjunto de al menos un terminal de usuario, en donde la tercera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion es distinta a las combinaciones de tasa de codificacion y esquema de modulacion primera y segunda, y en donde el tercer subcanal tiene una tasa mayor que el segundo subcanal, y se transmite despuEs del segundo subcanal.
  3. 3.
    El procedimiento de la reivindicacion 1, en el cual el primer subcanal indica si el segundo subcanal se transmite o no en una trama actual.
  4. 4.
    Un aparato (110) en un sistema (100) de comunicacion inalambrica de entradas multiples y salidas multiples (MIMO), que usa el multiplexado ortogonal por division de frecuencia, OFDM, caracterizado por:
    un medio para transmitir una primera informacion de seralizacion para un primer conjunto de al menos un terminal
    (120) de usuario, con una primera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un primer subcanal de un canal de control directo, en donde la primera informacion de seralizacion comprende un elemento de informacion que indica que la informacion de seralizacion es para el primer conjunto de al menos un terminal de usuario; y
    un medio para transmitir una segunda informacion de seralizacion para un segundo conjunto de al menos un terminal (120) de usuario, con una segunda combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un segundo subcanal del canal de control directo, en donde la segunda informacion de seralizacion comprende un elemento de informacion que indica que la segunda informacion de seralizacion es para el segundo conjunto de al menos un terminal de usuario;
    en el cual la segunda combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion es distinta a la primera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, y en el cual el segundo subcanal tiene una tasa mayor que el primer subcanal, y se transmite despuEs del primer subcanal.
  5. 5.
    El aparato de la reivindicacion 4, que comprende adicionalmente:
    un medio para transmitir una tercera informacion de seralizacion para un tercer conjunto de al menos un terminal de usuario, con una tercera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un tercer subcanal del canal de control directo, en donde la tercera informacion de seralizacion comprende un elemento de informacion que indica que la informacion de seralizacion es para el tercer conjunto de al menos un terminal de usuario, en donde la tercera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion es distinta a las combinaciones de tasa de codificacion y modulacion primera y segunda, y en donde el tercer subcanal tiene una tasa mayor que el segundo subcanal, y se transmite despuEs del segundo subcanal.
  6. 6.
    El aparato de la reivindicacion 4, en el cual el primer subcanal indica si el segundo subcanal se transmite o no en una trama actual.
  7. 7.
    El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el cual:
    el medio para transmitir informacion de seralizacion es un procesador (710) de datos de transmision y una unidad transmisora (724).
  8. 8.
    Un procedimiento de recepcion de informacion de seralizacion en un terminal (120) de usuario en un sistema
    (100) de comunicacion inalambrica de entradas multiples y salidas multiples (MIMO), que usa multiplexado ortogonal por division de frecuencia, OFDM, caracterizado por:
    recibir una primera informacion de seralizacion enviada con una primera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un primer subcanal de un canal de control directo, comprendiendo la primera informacion de seralizacion un primer elemento de informacion que indica que la primera informacion de seralizacion es para un primer conjunto de al menos un terminal de usuario; y
    si el primer elemento de informacion indica que la informacion de seralizacion no es para el terminal (120) de usuario, recibir una segunda informacion de seralizacion enviada con una segunda combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un segundo subcanal del canal de control directo, comprendiendo la segunda informacion de seralizacion un segundo elemento de informacion que indica que la segunda informacion de seralizacion es para un segundo conjunto de al menos un terminal de usuario, en donde la segunda combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion es distinta a la primera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, y en donde el segundo subcanal tiene una tasa mayor que el primer subcanal, y se transmite despuEs del primer subcanal.
  9. 9. El procedimiento de la reivindicacion 8, que comprende adicionalmente:
    si el segundo elemento de informacion indica que la segunda informacion de seralizacion no es para el terminal
    (120) de usuario, recibir una tercera informacion de seralizacion, enviada con una tercera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un tercer subcanal del canal de control directo, comprendiendo la tercera informacion de seralizacion un tercer elemento de informacion que indica que la tercera informacion de seralizacion es para un tercer conjunto de al menos un terminal de usuario, en donde la tercera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion es distinta a las combinaciones de tasa de codificacion y esquema de modulacion primera y segunda, y en donde el tercer subcanal tiene una tasa mayor que el segundo subcanal, y se transmite despuEs del segundo subcanal.
  10. 10.
    El procedimiento de la reivindicacion 8, que comprende adicionalmente:
    terminar el procesamiento del canal de control directo al encontrar un fallo de descodificacion para un subcanal del canal de control directo.
  11. 11.
    Un aparato (120) en un sistema (100) de comunicacion inalambrica de entradas multiples y salidas multiples (MIMO), que usa el multiplexado ortogonal por division de frecuencia, OFDM, caracterizado por:
    un medio para recibir una primera informacion de seralizacion enviada con una primera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un primer subcanal de un canal de control directo, comprendiendo la primera informacion de seralizacion un primer elemento de informacion que indica que la primera informacion de seralizacion es para un primer conjunto de al menos un terminal de usuario; y
    un medio, si el primer elemento de informacion indica que la primera informacion de seralizacion no es para el aparato (120), para recibir la segunda informacion de seralizacion enviada con una segunda combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un segundo subcanal del canal de control directo, comprendiendo la segunda informacion de seralizacion un segundo elemento de informacion que indica que el segundo elemento de seralizacion es para un segundo conjunto de al menos un terminal de usuario, en donde la segunda combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion es distinta a la primera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, y en donde el segundo subcanal tiene una tasa mayor que el primer subcanal, y se transmite despuEs del primer subcanal.
  12. 12. El aparato (120) de la reivindicacion 11, que comprende adicionalmente:
    un medio para si el segundo elemento de informacion indica que la segunda informacion de seralizacion no es para el aparato (120), para recibir una tercera informacion de seralizacion, enviada con una tercera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion, por un tercer subcanal del canal de control directo, comprendiendo la tercera informacion de seralizacion un tercer elemento de informacion que indica que la tercera informacion de seralizacion es para un tercer conjunto de al menos un terminal de usuario, en donde la tercera combinacion de tasa de codificacion y esquema de modulacion es distinta a las combinaciones de tasa de codificacion y esquema de modulacion primera y segunda, y en donde el tercer subcanal tiene una tasa mayor que el segundo subcanal, y se transmite despuEs del segundo subcanal.
  13. 13. El aparato (120) de la reivindicacion 11, que comprende adicionalmente:
    un medio para terminar el procesamiento del canal de control directo al encontrar un fallo de descodificacion para un subcanal del canal de control directo.
    5 14. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el cual:
    el medio para la recepcion es un procesador (770) de datos de recepcion y un controlador (780) operativo para dirigir el procesamiento para los subcanales primero y segundo.
  14. 15. El aparato (120) de la reivindicacion 14, en el cual el controlador (780) esta adicionalmente operativo para
    terminar el procesamiento del canal de control directo al encontrar un fallo de descodificacion para un subcanal del 10 canal de control directo.
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