ES2425468B1

ES2425468B1 - Método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada

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Publication number: ES2425468B1
Application number: ES201131183A
Authority: ES
Inventors: Ana García Armada; Mª Luz PABLO GONZÁLEZ; Matilde SÁNCHEZ FERNÁNDEZ; Roberto Corvaja; Ignacio BERBERANA FERNÁNDEZ MURIAS
Original assignee: Telefonica SA
Current assignee: Telefonica SA
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: US20150023442A1; WO2013007616A1; EP2732561B1; BR112014000530A2; ES2425468R1; ES2425468A2; ES2545677T3; AR087126A1; US9112548B2; EP2732561A1

Abstract

Método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada.#En el método de la invención dichos sistemas CBST emplean técnicas de diagonalización de bloques y se despliegan en escenarios MIMO-OFDM, y comprende además usar una nueva técnica de distribución óptima de potencia que proporciona un rendimiento muy próximo al ideal teórico pero con una complejidad computacional reducida.

Description

METODO PARA OPTIMIZAR LA ASIGNACION DE POTENCIA DE FLUJOS DE USUARIO TRANSMITIDOS DESDE ESTACIONES BASE EN SISTEMAS DE TRANSMISION DE ESTACION BASE COORDINADA

Campo de la tecnica

La presente invenci6n se refiere, en general, a un metodo para optimizar la asignaci6n de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisi6n de estaci6n base coordinada, empleando dichos sistemas CBST tecnicas de diagonalizaci6n de bloques con el fin de eliminar la interferencia entre usuarios y desplegandose en escenarios MIMO-OFDM. Mas particularmente se refiere a un metodo que emplea una nueva tecnica de waterfilling (distribuci6n 6ptima de potencia) que proporciona un rendimiento muy pr6ximo al ideal te6rico pero con una complejidad computacional reducida.

Estado de la tecnica anterior

Durante los ultimos aros, el uso de OFDM (multiplexaci6n por divisi6n de frecuencia ortogonal), una tecnica de transmisi6n multiportadora para transmitir informaci6n en paralelo sobre multiples subportadoras, se ha convertido en una soluci6n al problema de transmisi6n de datos sobre canales inalambricos con gran dispersi6n de retardo [1]. Por este motivo, se ha adoptado en varias normas inalambricas tales como difusi6n de audio digital (DAB), difusi6n de video digital (DVB-T), 802.11a/g/n de IEEE (Wi-Fi), 802.16e/m de IEEE (WiMAX), y LTE (evoluci6n a largo plazo) y LTE avanzada de 3GPP.

OFDM puede combinarse con agrupaciones de antenas en el transmisor y el receptor para aumentar la ganancia de diversidad y/o para mejorar la capacidad del sistema en canales selectivos en frecuencia y variables en el tiempo. Se han propuesto tecnicas de multiples entradas multiples salidas (MIMO) como medio para aprovechar el aumento posible de ganancia y capacidad [2]. Sin embargo, el procesamiento MIMO en redes celulares reales se enfrenta con un problema significativo: lograr aumento de capacidad y ganancia a traves de tecnicas MIMO requiere valores de relaciones seral a ruido mas interferencia (SINR) significativos, del orden de 15 dB [3], y estos valores de SINR pueden encontrarse unicamente en las proximidades de las estaciones base.

Como resultado, en sistemas de banda ancha m6vil que usan estas tecnologias, se observa una diferencia considerable entre el rendimiento de centro de celula y de borde de celula debido a la interferencia entre celulas, especialmente

cuando se emplea reutilizaci6n de frecuencia uno, que plantea la principal limitaci6n de las redes m6viles del estado de la tecnica. Por tanto es clave para una verdadera ubicuidad de banda ancha m6vil salvar esta diferencia introduciendo tecnicas innovadoras.

Se han propuesto varias soluciones tecnol6gicas para resolver los problemas identificados basadas en transmisi6n de estaci6n base cooperativa. Por un lado, las tecnicas de BS cooperativa permiten a un usuario beneficiarse de la comunicaci6n desde multiples BS, especialmente en el limite de celula. La diversidad aumenta, la calidad de comunicaci6n aumenta, y en general, el presupuesto de enlace global es mas favorable, llevando a menos consumo de energia a nivel de sistema. Por otro lado, el uso de repetidores disminuye la distancia vista por el usuario (en el limite de celula) y la infraestructura. Como resultado, el usuario puede alcanzar el repetidor con menos potencia, ahorrando duraci6n de la bateria y disminuyendo simultaneamente su contribuci6n a la interferencia.

Recientemente se ha trabajado en manejar la interferencia en sistemas celulares con reutilizaci6n uno. En [4] se propone un algoritmo de diagonalizaci6n de bloques (BD) que tiene en cuenta la presencia de interferencia de otra celula (OCI) para un enlace descendente MIMO multiusuario. Se usa un filtro blanqueador para la eliminaci6n de interferencia en el receptor y un precodificador que usa la matriz de covarianza de interferencia mas ruido para cada usuario en el transmisor en la estaci6n base. En esta propuesta el transmisor tiene perfecta informaci6n de estado del canal (CSI) y perfecto conocimiento del filtro blanqueador. Hasta ahora, esta tecnica se ha empleado habitualmente sobre canales de desvanecimiento plano.

En la figura 1 se mostrara una ilustraci6n de este sistema, en la que la seral equivalente recibida tras el filtro de eliminaci6n de interferencia se da por:

KK

f = WHX + WH LX + WZ = W HMS + WH LMS + WZ =

k kkkkk zkk kkkkkk zzkk z =1,z *kz =1,z *k

K

= WHBDS + WH LBDS + WZ = H DS + WZ

kkkkk kk zzz kk ejj ,k kk kk z =1,z *k

donde la interferencia de otros usuarios se elimina usando el precodificador Bk. La matriz Wk es un filtro de blanqueador o de eliminaci6n de interferencia que esta determinado unicamente por la matriz de covarianza de interferencia mas ruido independiente de cada canal de usuario. Por otro lado, el precodificador Mk es una cascada de dos matrices de precodificaci6n Bky Ok para diagonalizaci6n de bloques (Mk = BkOk) donde Bk elimina la interferencia entre celulas y Ok se usa para paralelizaci6n y asignaci6n de potencia por medio de la tecnica de distribuci6n 6ptima de potencia convencional. El precodificador de transmisi6n Mk requiere la

H

ejj ,k

descomposici6n de valor individual (SVD, Singular value descomposition) de que incluye Wk como la informaci6n de la matriz de covarianza de interferencia mas

Asi cada receptor tiene que notificar Wk al transmisor.

En [5] los autores analizan varios enfoques para superar la interferencia en redes celulares MIMO. Si se conoce la interferencia por los transmisores, la codificaci6n cooperativa entre las estaciones base que usan Dirty Paper Coding (DPC) puede suprimir la OCI. Este esquema se ha mostrado para alcanzar la capacidad (te6rica maxima) del canal de enlace descendente MIMO multiusuario. Sin embargo, tiene una alta complejidad computacional.

En [6] [7] se proponen varias estrategias para realizar transmisi6n de estaci6n base coordinada (CBST). La interferencia se elimina coordinando en conjunto y coherentemente la transmisi6n desde las estaciones base en la red, suponiendo que las estaciones base conocen todas las serales de enlace descendente.

En un esquema de transmisi6n de estaci6n base coordinada (CBST), la seral transmitida desde una BS particular puede llegar eventualmente, dependiendo de las condiciones de propagaci6n, a un cierto numero de usuarios adyacentes en el sistema celular a los que dan servicio otras BS. Bajo este supuesto, el canal puede modelarse mediante una matriz H N-r x M-t en la que cada coeficiente de la matriz representa el desvanecimiento desde cada antena de transmisi6n en la BS hasta cada antena de recepci6n en el lado de usuario. El modelo de seral recibida es el siguiente:

y = Hx+ n

donde y es el vector de seral N-r x1 recibido, x es el vector de seral M-t x1 transmitido desde todas las BS, y n es el vector de ruido gaussiano complejo independiente e identicamente distribuido Nrx1 con varianza r2.

Si Hk, con k = 1...N, se define como la matriz de canal rxM-t vista por el usuario k, entonces

[[

H =[H1 H2 "H[ ]

donde el superindice T significa la transpuesta.

Para el escenario CBST x puede definirse de la siguiente manera

rr r

L

b1i W

1i

+

L

b2i W

i

+

"

+

L

b i W i

=

Wb

x

=

i

i i

11 1

donde bki representa el simbolo i-esimo para el usuario k transmitido con

T

]

=

[

=

m-1tt+j Mt

W

(

W

W W

=

ki kikiki

potencia Pki, y

son los vectores de precodificaci6n

m-1tt+j

siendo Wki el peso de la antena de transmisi6n j-esima (j = L t) de la estaci6n

base m-esima para el simbolo i-esimo del usuario k transmitido.

La matriz de precodificaci6n

(

W

se obtendra bajo unos criterios de forzado a cero para garantizar que

[

r ]

W

, ,W , ,W , ,W , ,W , ,W

111rk1 kr 1

=

k

q

*

=

]

, W , ,W

q1q2 qr

Hk W

o:UkS

k

q

:

=

{

k

Wki

=

1

, k =1,.,N, i = 1,.,r

t (

t

(

)

112 112 112}

diagA ,A ,A

una matriz diagonal que contiene las raices cuadradas de los valores propios distintos de cero de la matriz QkQk T, siendo Qk la parte de la matriz de canal Hk ortogonal al subespacio abarcado por los canales Hq de otros usuarios (q ' k).

Entonces, la seral recibida puede expresarse como

S

,

=

kk k k

1 2 f

donde Uk es una matriz unitaria y

es

U1S1 o o oU2S2 o

oo US

b

+

n

y

=

tt ((

Cada usuario puede girar de manera independiente la seral recibida y desacoplar los diferentes flujos

A

b11

U1 o o

oU2 o

n

y

+

b1

y

=

1r

r

oo U

t (

A n

nk

donde el ruido permanece blanco con la misma covarianza debido a la transformaci6n unitaria.

b

r r

Por tanto, la seral obtenida por el usuario k-esimo puede expresarse como:

(A t �

k1 k1

nn

y = USb + n =+ n

kkkk k

(A t �

kr kr

Por tanto, bajo una estrategia de diagonalizaci6n de bloques ideal, el sistema global puede verse como un conjunto de canales paralelos sin interferencia. El problema radica en determinar las potencias implicadas en este sistema paralelo ("asignaci6n de potencia" tal como se mostrara en la figura 2). La soluci6n 6ptima puede obtenerse de manera numerica usando optimizaci6n convexa tal como en [6] y [7]. Sin embargo, se asocia con una fuerte complejidad computacional. En esta invenci6n, se propone un esquema que logra un rendimiento muy pr6ximo al 6ptimo pero sin su alta complejidad.

Descripci6n de la invenci6n

Es necesario ofrecer una alternativa al estado de la tecnica que cubra las lagunas encontradas en la misma, particularmente en relaci6n con la falta de propuestas que permitan reducir la gran complejidad computacional asociada a la optimizaci6n convexa, que es la tecnica 6ptima usada para resolver el problema de asignaci6n de potencia en sistemas CBST.

Para ello, la presente invenci6n proporciona un metodo para optimizar la asignaci6n de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisi6n de estaci6n base coordinada, empleando dichos sistemas CBST tecnicas de diagonalizaci6n de bloques con el fin de eliminar la interferencia entre usuarios y desplegandose en escenarios MIMO-OFDM, en los que dicha optimizaci6n se somete a una pluralidad de limitaciones en la transmisi6n de potencia maxima disponible desde cada estaci6n base.

A diferencia de las propuestas conocidas, en el metodo de la invenci6n, de manera caracteristica comprende resolver dicha optimizaci6n de asignaci6n de potencia con una unica limitaci6n que considera una estaci6n base equivalente entre dichas estaciones base, en el que dicha unica limitaci6n es la mas estricta de dicha pluralidad de limitaciones.

El metodo de la invenci6n comprende usar una nueva tecnica de distribuci6n 6ptima de potencia que proporciona un rendimiento muy pr6ximo al ideal te6rico pero con una complejidad computacional reducida.

Otras realizaciones del metodo del primer aspecto de la invenci6n se describen segun las reivindicaciones 2 a 7 adjuntas, y en una secci6n posterior relativa a la descripci6n detallada de varias realizaciones.

Breve descripci6n de los dibujos

Las anteriores y otras ventajas y caracteristicas se entenderan mas completamente a partir de la siguiente descripci6n detallada de realizaciones, con referencia a los dibujos adjuntos (algunos de los cuales ya se han descrito en la secci6n de Estado de la tecnica anterior), que deben considerarse de una manera ilustrativa y no limitativa, en los que:

La figura 1 muestra los sistemas actuales de MIMO multiusuario de enlace descendente con diagonalizaci6n de bloques en presencia de interferencia.

La figura 2 muestra el esquema general actual para sistemas de transmisi6n de estaci6n base coordinada.

La figura 3 muestra un posible escenario en el que puede aplicarse el metodo de la invenci6n, segun una realizaci6n de la presente invenci6n.

La figura 4 muestra las tasas de transmisi6n medias que pueden lograrse en funci6n del numero de antenas de transmisi6n por cada estaci6n base que compara los tres enfoques diferentes y la ubicaci6n de potencia uniforme como referencia, segun los resultados numericos obtenidos con el metodo de la presente invenci6n.

La figura 5 muestra la zona de tasas de transmisi6n que pueden lograrse para cada esquema propuesto, segun los resultados numericos obtenidos aplicando el metodo de la presente invenci6n.

Descripci6n detallada de varias realizaciones

La presente invenci6n esta dirigida a metodos y aparatos para mejorar el rendimiento global en el sistema de comunicaciones m6viles de LTE avanzada (LTE-A) que soporta transmisi6n de estaci6n base cooperativa en el enlace descendente. La invenci6n propone un metodo para optimizar la asignaci6n de potencia a los flujos de usuario que van a transmitirse desde diferentes estaciones base. Se emplea un esquema de BD para eliminar la interferencia entre usuarios, usando una nueva tecnica de distribuci6n 6ptima de potencia que proporciona un rendimiento muy pr6ximo al ideal te6rico pero con una complejidad computacional reducida.

La transmisi6n y recepci6n multipunto coordinada (CoMP; Coordinated multipoint) ha sido considerada por LTE avanzada como una herramienta para mejorar la cobertura de altas tasas de transmisi6n de datos, del rendimiento de borde de celula, y tambien para aumentar el rendimiento del sistema.

El 3GPP ha estado trabajando en LTE-A desde comienzos de 2008. En marzo de 2010 se termin6 un articulo de estudio sobre punto multiple coordinado (CoMP) y se comenz6 un articulo de trabajo sobre coordinaci6n de interferencia entre celulas extendida para despliegues cocanal de redes heterogeneas. Se han tomado las primeras decisiones y formaran la base para la normalizaci6n de LTE avanzada en la Release 10 que estan reflejandose en el informe tecnico TR 36.814 de 3GPP.

Actualmente, esta analizandose CoMP en 3GPP como articulo de estudio. El marco del estudio de CoMP cubrira CoMP tanto de intraeNodo B como de intereNodo B, e incluye la investigaci6n de cooperaci6n de dominio espacial, por ejemplo, planificaci6n entre celulas de dominio espacial y/o coordinaci6n de interferencia, y otros metodos de cooperaci6n. Algunos objetivos son: evaluar los beneficios de rendimiento de funcionamiento CoMP y el soporte de especificaci6n requerido para ciertos escenarios propuestos, identificar mejoras de potencial para el funcionamiento DL-CoMP, evaluar la aplicabilidad de la interfaz X2 para diferentes modos/esquemas CoMP, e identificar el potencial impacto de normalizaci6n para el funcionamiento UL-CoMP y evaluar su beneficio en cuanto al rendimiento.

El sistema de la invenci6n se aplica a un sistema inalambrico OFDM en el que el transmisor y el receptor conocen todo el canal. Este es habitualmente el caso para un sistema de transmisi6n bidireccional en el que la CSI esta disponible en el lado de receptor despues de la estimaci6n de canal y puede usarse un canal de seralizaci6n para reenviar la CSI al transmisor, como LTE. El sistema esta previsto para implementar transmisi6n coordinada para el enlace descendente, en el que M estaciones base (BS) dan servicio a N UE. Cada estaci6n base tiene t antenas de transmisi6n y cada UE tiene r antenas de recepci6n. Las condiciones operativas se caracterizan por un canal de desvanecimiento de bloque lineal con desvanecimiento selectivo de frecuencia y ruido gaussiano aditivo. Siempre que la longitud del prefijo ciclico se elija mas larga que la respuesta de impulso mas larga, el canal visto por cada usuario puede descomponerse en subportadoras planas independientes NOFOM (al mismo tiempo, un conjunto de subportadoras pueden agruparse en subcanales). Un ejemplo del sistema analizado se represent6 en la figura 3.

Extendiendo las ecuaciones anteriores a serales OFDM, las tasas que pueden lograrse por cada usuario en un escenario MIMO-OFDM basado en CBST con la tecnica de diagonalizaci6n de bloques son las siguientes

��DMf

A i� i

� =LLI�g2��1+ ��

�2�

=1i=1 r

(1)

Con el fin de maximizar una suma ponderada de las tasas Rk para el conjunto de usuarios, se requiere resolver el siguiente problema de optimizaci6n en terminos de la potencia Pkip asignada al flujo i-esimo del usuario k:

��DM f

� A� ��

maX � I�g2�1+ i i�

LLL �2��

=1 =1i=1

r (2) sometida a una limitaci6n en la potencia maxima disponible para la transmisi6n desde cada estaci6n base Pmax:

(3)

Lak =1

En (2) los valores ak E[0,1], k =1 , pueden verse como indicadores de las prioridades de los usuarios: cuanto mas pr6ximo a 1 es ak,mayor sera la prioridad dada al usuario k. En el caso particular de ak = 1/N, para todo k, la soluci6n del problema anterior maximiza la tasa de suma.

El problema anterior es convexo puesto que la funci6n logaritmica es c6ncava en las asignaciones de potencias, la operaci6n de adici6n preserva la concavidad y las limitaciones (3) son lineales. Por tanto puede resolverse mediante tecnicas de optimizaci6n convexa convencionales [8]. Esta soluci6n 6ptima viene dada por:

p2 ak 1

pki =r

pp

In(t2 L A

ki ki Mt

pp,(m-1)t+jLki =-LL,m Wki

m=1 j=1

t OFDM r

p

p,(m-1)t+j

2 =p

LLLL pki W

ki

maX

j=1 p=1 k=1 i=1

que se asemeja a la ampliamente conocida distribuci6n 6ptima de potencia. Sin embargo, en el presente documento el nivel de distribuci6n (waterlevel) es diferente para cada simbolo i que va a transmitirse a cada usuario k en cada subportadora p. Aunque los valores de los niveles de distribuci6n pueden hallarse nuevamente mediante tecnicas de optimizaci6n convexas, todavia tiene una complejidad computacional similar. Asi, las soluciones de forma cerrada, aunque no sean del todo 6ptimas, serian deseables con el fin de reducir estos recursos y tiempo computacionales requeridos para la optimizaci6n.

Esta invenci6n propone un nuevo metodo para resolver el problema de asignaci6n de potencia descrito anteriormente que hace posible implementarlo de manera computacionalmente eficaz sin degradaci6n significativa del rendimiento.

Considerando la mas estricta de las limitaciones en (3), el problema puede reducirse a una estaci6n base m0 "equivalente" que tiene para cada simbolo transmitido a cada usuario los pesos de precodificaci6n cuya suma de valores al cuadrado es maxima entre todas las BS, es decir:

t

p ((m -1t}t +j t

Qkip=maX m =1 M L

W

ki j =1

(4) Asi el problema se reduce a:

��DM f

{ A i i{

maX L LL I�g21+ 2

{=1 =1i=1 r{

sometida a:

OFDM r LLL ppQ p:p

ki ki max p =1 k =1 i =1

(5)

El problema resultante es equivalente a encontrar un valor constante K tal que, para todos los niveles de potencia Pkip, se cumplen las ecuaciones siguientes

a (2+

pk

pki = Kp-p Q1

ki ki

(6) con

(2

- K =zn(tf (7)

donde [K� -r2 ]+ indica el maximo entre cero y el argumento y � es el A i

multiplicador de Lagrange usado para maximizar la tasa de suma ponderada de los usuarios. Esto corresponde de nuevo a una distribuci6n 6ptima de potencia con nivel de distribuci6n variable. Sin embargo, para prioridades de usuario ak y realizaci6n de canal dadas determinando Akip y Dkip, el problema se reduce a hallar una constante K que pueda resolverse con los mismos algoritmos que resuelven la distribuci6n 6ptima de potencia convencional [9].

Con el fin de simplificar adicionalmente la soluci6n al problema de optimizaci6n, puede considerarse que en realizaciones practicas los valores de Dkip estan pr6ximos entre si para todo k, i y p. Entonces la soluci6n (6) puede simplificarse para dar:

+

r

i =K� -A (8)

i

que corresponde a una distribuci6n 6ptima de potencia con el nivel de distribuci6n modificado unicamente por las prioridades de usuario. En particular para prioridades iguales ak = L1N corresponde a una distribuci6n 6ptima de potencia convencional.

En resumen, las soluciones propuestas para este problema de asignaci6n de potencia pueden resumirse a traves de las ecuaciones siguientes:

SOLUCIONPROPUESTA

(2 +

a

pk -(2

pki = Kp-p c�n K =

Q1 zn(tf

ki ki

(2 + p � p

�i �ki ��Qkp �i� � k �i �p� pki = Kak -p1

ki

Ventajas de la invenci6n

La invenci6n permite la implementaci6n practica de una tecnica de transmisi6n

multipunto cooperativa que puede ayudar a proporcionar la capacidad requerida para

satisfacer la futura demanda de trafico para servicios de banda ancha m6vil. La

15 invenci6n propuesta proporciona una soluci6n para la asignaci6n de potencia en un entorno CBST con una complejidad mucho menor con respecto a otras soluciones posibles como la DPC (Dirty Paper Coding) sin una perdida significativa de rendimiento. Esta complejidad reducida puede permitir soportar la tecnica con un coste mas bajo, debido al uso de hardware con capacidades de procesamiento mas bajas.

20 La tecnica tambien permitira el soporte de tasas de bit mas altas para aquellos usuarios ubicados en los bordes de celula, con condiciones de funcionamiento de baja SINR, y proporcionandoles una mejor calidad de experiencia.

Resultados numericos de la invenci6n 25 A continuaci6n, se realizara una comparaci6n del rendimiento en terminos de tasas de transmisi6n que pueden lograrse de la distribuci6n 6ptima de potencia (WF)

propuesta, la distribuci6n 6ptima de potencia modificada (MWF; Modified waterfilling) y la soluci6n 6ptima hallada mediante optimizaci6n convexa (CVX; Convex optimization). Tambien se incluyen con fines de comparaci6n las tasas logradas cuando se usa una distribuci6n de potencia uniforme (UP; Uniform power).

Se considera un escenario sencillo de dos BS, dos usuarios. En este caso se emplean un modelo de canal selectivo de frecuencia simplificada con trayectorias Ntray y un perfil de retardo de potencia exponencial (PDP; power-delay profile). Por tanto, la matriz de canal de la trayectoria n-esima es

donde { es el factor que indica la velocidad decreciente de la potencia, y HG es una matriz cuyas entradas son variables aleatorias gaussianas complejas independientes e identicamente distribuidas de media cero y varianza 1. Debido a la alta complejidad computacional de la CVX, se considerara un sistema OFDM con 8 subportadoras, aunque los resultados pueden extenderse a mas subportadoras.

En la figura 4 se mostr6 las tasas de transmisi6n medias en funci6n del numero de antenas de transmisi6n por BS que compara los tres diferentes enfoques y la asignaci6n de potencia uniforme como referencia. Se usa un sistema de unica portadora tambien como referencia. El numero de antenas de receptor es igual a 2 y se consideran dos valores diferentes de {. Ademas, se asigna la misma prioridad a ambos usuarios. Puede verse que la diferencia entre las tasas de transmisi6n medias obtenidas con WF y MWF y la soluci6n 6ptima CVX es bastante pequera. Estas tasas son considerablemente superiores de la que se logra por la UP.

En la figura 5 se mostr6 la zona de tasas que pueden lograrse para cada esquema propuesto. Se ha elegido un valor de { = 0,1, que significa que se usa un canal con selectividad de alta frecuencia. Se consideran diferentes valores del numero de antenas de transmisi6n y recepci6n. Tal como en la figura 4, las tasas que pueden lograrse obtenidas con WF y MWF estan muy pr6ximas a la soluci6n 6ptima CVX.

Un experto en la tecnica puede introducir cambios y modificaciones en las realizaciones descritas sin apartarse del alcance de la invenci6n tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

SIGLAS

3GPP Third Generation Partnership Project; Proyecto de asociaci6n de tercera generaci6n.

BD Block Oiagonalization; Diagonalizaci6n de bloques.

BS Base Station; Estaci6n base.

CBST Coordinated Base Station Transmission; Transmisi6n de estaci6n base coordinada.

CSI Channel State Information; Informaci6n de estado del canal.

DAB Oigital Audio Broadcasting; Difusi6n de audio digital.

DPC Oirty Paper Coding;

DVB-T Oigital Video Broadcasting-Terrestrial; Difusi6n terrestre de video digital.

LTE Long Term Evolution; Evoluci6n a largo plazo.

LTE-A Long Term Evolution-Advanced; Evoluci6n a largo plazo avanzada

MIMO Multiple Input Multiple Output; Multiples entradas multiples salidas.

OCI Other-Cell Interference; Interferencia de otra celula.

OFDM Ortogonal frequency Oivision Multiplexing; Multiplexaci6n por divisi6n de frecuencia ortogonal.

SINR Signal-to-Noise-plus-Interference Ratio; Relaci6n seral a ruido mas interferencia.

UE User Equipment; Equipo de usuario;

WF Waterfilling; Distribuci6n 6ptima de potencia.

ZF Zero-Forcing; Forzado a cero.

BIBLIOGRAF�A

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[9] �.M. Cioffi, "Advanced Digital Communications, EE379c", Stanford University Course Notes, http://www.stanford.edu/class/ee379c

Claims

REIVINDICACIONES

1. Metodo para optimizar la asignaci6n de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisi6n de estaci6n base coordinada, empleando dichos sistemas CBST tecnicas de diagonalizaci6n de bloques y desplegandose en escenarios MIMO-OFDM, en el que dicha optimizaci6n se somete a una pluralidad de limitaciones en la transmisi6n de potencia maxima disponible desde cada estaci6n base, caracterizado porque comprende: -resolver dicha optimizaci6n de asignaci6n de potencia con una unica limitaci6n que considera una estaci6n base equivalente entre dichas estaciones base, en el que dicha unica limitaci6n es la mas estricta de dicha pluralidad de limitaciones y se basa en una funci6n que comprende los pesos de precodificaci6n cuya suma de valores al cuadrado es maxima entre todas dichas estaciones base de cada simbolo transmitido a cada usuario, comprendiendo definir dicha funci6n segun la expresi6n siguiente:

t

p ((m -1t}t +j t

Qkip= maX m =1 M L

W

ki

j =1

donde p es el indice de la subportadora; k es el indice del usuario; i es el indice del simbolo que va a transmitirse; M es el numero de estaciones base; t es el numero de antenas de cada estaci6n base; y max calcula el valor maximo.

-

definir dicha unica limitaci6n segun la expresi6n siguiente:

OFDM r

LLLppQ p:p

ki ki max

p =1 k =1 i =1

donde

NOFOM es el numero de subportadoras planas independientes en las que

se descompone un canal visto por un usuario;

N es el numero de equipos de usuario;

r es el numero de antenas en cada equipo de usuario;

Pkip es el nivel de dicha asignaci6n de potencia del flujo de usuario del

usuario k, para el simbolo I y la subportadora p; y Pmax es dicha potencia maxima disponible para la transmisi6n desde cada estaci6n base.

-

realizando dicha optimizaci6n resolviendo la expresi6n siguiente:

��DM f

{ A i i{

maX L LL I�g2 1+ 2

{=1 =1i=1 r{

sometida a dicha unica limitaci6n, donde ak indica la prioridad del usuario k y es un numero entre 0 y 1; Akip es un valor propio distinto de cero de la matriz producto de OkOkT ,

donde T significa transpuesta; Ok es la parte de la matriz de canal Hk ortogonal al subespacio abarcado

por los canales Hq de otros usuarios (k#q); Hk es la matriz de canal M-t x r vista por el usuario k; y if es la varianza de ruido gaussiano.

-

el resultado de dicha optimizaci6n la expresi6n siguiente:

(2 +

a

pkip= K kp-pQ 1

ki ki

donde

(2

- K = zn(t2 f

J es el multiplicador de Lagrange usado para maximizar la tasa de suma ponderada de los usuarios.

[K� -r2 ]+ expresa el valor maximo entre cero y el argumento. A i

-

considerando los valores de Dkip iguales para todo k, i y p y definiendo dicho resultado de dicha optimizaci6n segun la expresi6n siguiente:

(2 +

pkip= Kak -p1

ki

Figura 3

Figura 4

Figura �

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.º solicitud: 201131183

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 13.07.2011

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : H04B7/02 (2006.01) H04B7/04 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

A

BING LUO et al.: "Closed Form Solutions of Joint Water-Filling for Coordinated Transmission". IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, COMMUN ICATIONS SOCIETY. TOKYO. JP. Vol. E93B. no. 12. Páginas 3461-3468. ISSN: 0916-8516. DOI:10.1587/TRANSCOM.E93.B.3461, todo el documento. 1

A

WO 2010035963 A2 (LG ELECTRONICS INC et al.) 01.04.2010, todo el documento. 1

A

US 2010290382 A1 (HUI DENNIS et al.) 18.11.2010, todo el documento. 1

A

SHARP: "Further Considerations on MBSFN Precoding for DL CoMP",3GPP DRAFT; RI-091133, 3RD GENERATIONPARTNERSHIP PROJECT (3GPP), MOBILECOMPETENCE CENTRE; 650, ROUTE DESLUCIOLES; F-06921 SOPHIA-ANTIPOLIS CEDEX, FRANCE, no. Seoul, Korea; 20090317. 1

A

ZHAO K et al.: "OPTIMIZATION ANDPERFORMANCE ANALYSIS OF ZERO FORCINGDECISION FEEDBACK DETECTOR FOR MIMOBLOCK-FADING CHANNELS WITH PER-ANTENNA POWER CONTROL", WIRELESS PERSONAL COMMUNICATIONS, SPRINGER, DORDRECHT, NL, vol. 38, no. 4, páginas 481-493 ISSN: 0929-6212, DOI:10.1007/S11277-006-9061-6, todo el documento. 1

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe 07.10.2013

Examinador J. Santaella Vallejo Página 1/5

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201131183

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H04B Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/5

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201131183

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 07.10.2013

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión.-

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/5

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201131183

1. Documentos considerados.-

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento

Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01

BING LUO et al.: "Closed Form Solutions of Joint Water-Filling for Coordinated Transmission". IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, COMMUN ICATIONS SOCIETY. TOKYO. JP. Vol. E93B. no. 12. Páginas 3461-3468. ISSN: 0916-8516. DOI:10.1587/TRANSCOM.E93.B.3461, todo el documento. 01.12.2010

D02

WO 2010035963 A2 (LG ELECTRONICS INC et al.) 01.04.2010

D03

US 2010290382 A1 (HUI DENNIS et al.) 18.11.2010

D04

SHARP: "Further Considerations on MBSFN Precoding for DL CoMP",3GPP DRAFT; RI-091133, 3RD GENERATIONPARTNERSHIP PROJECT (3GPP), MOBILECOMPETENCE CENTRE; 650, ROUTE DESLUCIOLES; F-06921 SOPHIA-ANTIPOLIS CEDEX, FRANCE, no. Seoul, Korea; 20090317. 17.03.2009

D05

ZHAO K et al: "OPTIMIZATION ANDPERFORMANCE ANALYSIS OF ZERO FORCINGDECISION FEEDBACK DETECTOR FOR MIMOBLOCK-FADING CHANNELS WITH PER-ANTENNAPOWER CONTROL", WIRELESS PERSONAL COMMUNICATIONS, SPRINGER, DORDRECHT, NL, vol. 38, no. 4, páginas 481-493 ISSN: 0929-6212, DOI:10.1007/S11277-006-9061-6, todo el documento. 01.06.2009
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

La invención reivindicada presenta un método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en un sistemas de transmisión coordinada entre estaciones utilizando un sistema MIMO-OFDM.

Está optimización se somete a una pluralidad de limitaciones en la transmisión de potencia máxima disponible desde cada estación base, para ello resuelve la optimización de asignación de potencia con una única limitación, una estación base equivalente, calculando unos pesos, quedando al final que la potencia de las estaciones es:

El documento del estado de la técnica más próximo a la invención es D01 trata sobre el problema de la asignación de potencia en el enlace descendente de un sistema de OFDMA para dos o más puntos de transmisión coordinada (PTC) para reducir al mínimo el consumo total de potencia de transmisión, verificando al mismo tiempo el objetivo rendimiento del sistema y la limitación de potencia individual por CTP.

El artículo establece dos formulas para dos casos independientes para caso restringido y sin restringir para el caso optimo. Respecto la solicitud el documento D01 presenta varias diferencias, el documento D01 presenta una solución optima y por lo tanto posee una gran carga computacional, siendo uno de los objetivos de la solicitud evitarlo. La segunda diferencia es la forma de calcular la potencia que es radicalmente diferente de la fórmula propuesta en la reivindicación 1 para el cálculo de la potencia para cada subportadora, usuario y símbolo

El documento D02 describe un método de configuración de matrices de precodificación de una sola célula, y la satisfacción de una condición. El documento es cercano, pero no aparece un cálculo de la potencia para cada subportadora, usuario y símbolo de una forma que lleve una reducción de la carga computacional.

El documento D03 trata sobre un método de coordinación que implica el cálculo de los pesos de precodificación tentativos para la transmisión multipunto coordinada a los terminales móviles. Los pesos de precodificación se escalan según la disponibilidad de potencia de las antenas de transmisión comunes para determinar los pesos finales precodificación para la transmisión coordinada multipunto. El documento es cercano, pero el cálculo de los pesos difiere y el efecto conseguido es distinto por lo tanto no parece que un experto en la materia lo utilizara para la reducción de potencia, ni la utilización de una estación base equivalente.

Informe del Estado de la Técnica Página 4/5

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201131183

Así, la invención reivindicada implica un efecto mejorado comparado con el estado de la técnica. Además, no se considera obvio que un experto en la materia modificara alguno de los documentos citado a la vista de cualquiera de los toros para obtener la invención.

Por lo tanto la invención se considera nueva y que posee actividad inventiva tal como se establece en los artículos 6 y 8 de la Ley de Patentes 1986.

Informe del Estado de la Técnica Página 5/5