ES2545677T3 - Método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada - Google Patents

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

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ES2545677T3
ES2545677T3 ES12733121.3T ES12733121T ES2545677T3 ES 2545677 T3 ES2545677 T3 ES 2545677T3 ES 12733121 T ES12733121 T ES 12733121T ES 2545677 T3 ES2545677 T3 ES 2545677T3
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Ana GARCÍA ARMADA
Mª Luz PABLO GONZÁLEZ
Matilde SÁNCHEZ FERNÁNDEZ
Roberto Corvaja
Ignacio BERBERANA FERNÁNDEZ MURIAS
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    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

Método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada, empleando dichos sistemas CBST técnicas de diagonalización de bloques y desplegándose en escenarios MIMO-OFDM, en el que dicha optimización se somete a una pluralidad de limitaciones en la transmisión de potencia máxima disponible desde cada estación base, comprendiendo resolver dicha optimización de asignación de potencia con una única limitación que considera una estación base equivalente entre dichas estaciones base, en el que dicha única limitación es la más estricta de dicha pluralidad de limitaciones, caracterizado por que dicha única limitación se basa en una función que comprende los pesos de precodificación cuya suma de valores al cuadrado es máxima entre todas dichas estaciones base de cada símbolo transmitido a cada usuario.

Description

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12-08-2015
5
10
15
20
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30
35
40
45
50
55 Método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada
DESCRIPCIÓN
Campo de la técnica
La presente invención se refiere, en general, a un método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada, empleando dichos sistemas CBST técnicas de diagonalización de bloques con el fin de eliminar la interferencia entre usuarios y desplegándose en escenarios MIMOOFDM. Más particularmente se refiere a un método que emplea una nueva técnica de waterfilling (distribución óptima de potencia) que proporciona un rendimiento muy próximo al ideal teórico pero con una complejidad computacional reducida.
Estado de la técnica anterior
Durante los últimos años, el uso de OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal), una técnica de transmisión multiportadora para transmitir información en paralelo sobre múltiples subportadoras, se ha convertido en una solución al problema de transmisión de datos sobre canales inalámbricos con gran dispersión de retardo [1]. Por este motivo, se ha adoptado en varias normas inalámbricas tales como difusión de audio digital (DAB), difusión de vídeo digital (DVBT), 802.11a/g/n de IEEE (WiFi), 802.16e/m de IEEE (WiMAX), y LTE (evolución 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 técnicas de múltiples entradas múltiples 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 través de técnicas MIMO requiere valores de relaciones señal a ruido más interferencia (SINR) significativos, del orden de 15 dB [3], y estos valores de SINR pueden encontrarse únicamente en las proximidades de las estaciones base.
Como resultado, en sistemas de banda ancha móvil que usan estas tecnologías, se observa una diferencia considerable entre el rendimiento de centro de célula y de borde de célula debido a la interferencia entre células, especialmente cuando se emplea reutilización de frecuencia uno, que plantea la principal limitación de las redes móviles del estado de la técnica. Por tanto es clave para una verdadera ubicuidad de banda ancha móvil salvar esta diferencia introduciendo técnicas innovadoras.
Se han propuesto varias soluciones tecnológicas para resolver los problemas identificados basadas en transmisión de estación base cooperativa. Por un lado, las técnicas de BS cooperativa permiten a un usuario beneficiarse de la comunicación desde múltiples BS, especialmente en el límite de célula. La diversidad aumenta, la calidad de comunicación aumenta, y en general, el presupuesto de enlace global es más favorable, llevando a menos consumo de energía a nivel de sistema. Por otro lado, el uso de repetidores disminuye la distancia vista por el usuario (en el límite de célula) y la infraestructura. Como resultado, el usuario puede alcanzar el repetidor con menos potencia, ahorrando duración de la batería y disminuyendo simultáneamente su contribución a la interferencia.
Recientemente se ha trabajado en manejar la interferencia en sistemas celulares con reutilización uno. En [4] se propone un algoritmo de diagonalización de bloques (BD) que tiene en cuenta la presencia de interferencia de otra célula (OCI) para un enlace descendente MIMO multiusuario. Se usa un filtro blanqueador para la eliminación de interferencia en el receptor y un precodificador que usa la matriz de covarianza de interferencia más ruido para cada usuario en el transmisor en la estación base. En esta propuesta el transmisor tiene perfecta información de estado del canal (CSI) y perfecto conocimiento del filtro blanqueador. Hasta ahora, esta técnica se ha empleado habitualmente sobre canales de desvanecimiento plano.
En la figura 1 se mostrará una ilustración de este sistema, en la que la señal equivalente recibida tras el filtro de eliminación de interferencia se da por:
KK
rk = Wk Hk xk + Wk Hk ∑ xl + Wk zk = Wk Hk Mk sk + Wk Hk ∑ Mlsl + Wk zk =
l =1,l ≠kl =1,l ≠k
K
= Wk Hk Bk Dk sk + Wk Hk ∑ Bl Dlsl + Wk zk = Heff ,k Dk sk + Wk zk
l =1,l ≠ k
donde la interferencia de otros usuarios se elimina usando el precodificador Bk. La matriz Wk es un filtro de blanqueador o de eliminación de interferencia que está determinado únicamente por la matriz de covarianza de
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interferencia más ruido independiente de cada canal de usuario. Por otro lado, el precodificador Mk es una cascada de dos matrices de precodificación Bk y Dk para diagonalización de bloques (Mk = BkDk) donde Bk elimina la interferencia entre células y Dk se usa para paralelización y asignación de potencia por medio de la técnica de distribución óptima de potencia convencional. El precodificador de transmisión Mk requiere la descomposición de
H
eff ,k
valor individual (SVD, Singular value descomposition) de que incluye Wk como la información de la matriz de covarianza de interferencia más ruido para cada usuario:
imagen1
10 Así 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 codificación cooperativa entre las estaciones base que usan Dirty Paper Coding (DPC) puede suprimir la OCI. Este esquema se ha mostrado para alcanzar la capacidad (teórica máxima) del canal
15 de enlace descendente MIMO multiusuario. Sin embargo, tiene una alta complejidad computacional.
En [6] [7] se proponen varias estrategias para realizar transmisión de estación base coordinada (CBST). La interferencia se elimina coordinando en conjunto y coherentemente la transmisión desde las estaciones base en la red, suponiendo que las estaciones base conocen todas las señales de enlace descendente.
20 En un esquema de transmisión de estación base coordinada (CBST), la señal transmitida desde una BS particular puede llegar eventualmente, dependiendo de las condiciones de propagación, a un cierto número 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 × M—t en la que cada coeficiente de la matriz representa el desvanecimiento desde cada
25 antena de transmisión en la BS hasta cada antena de recepción en el lado de usuario. El modelo de señal recibida es el siguiente:
y = Hx + n
30 donde y es el vector de señal N—r ×1 recibido, x es el vector de señal M—t ×1 transmitido desde todas las BS, y n es el vector de ruido gaussiano complejo independiente e idénticamente distribuido Nr×1 con varianza σ2.
Si Hk, con k = 1...N, se define como la matriz de canal r×M—t vista por el usuario k, entonces
TT
H =[HH LHT ]
12 N
35
donde el superíndice T significa la transpuesta.
Para el escenario CBST x puede definirse de la siguiente manera 40
rr r x =∑ b w +∑ b w + L +∑ bNi w Ni = Wb
1i 1i 2i 2i i=1 i=1 i=1
donde bki representa el símbolo iésimo para el usuario k transmitido con potencia Pki,y
1 ( m−1) t + j Mt ]Τ ( m−1) t + j
w =[w,K ,w ,K ,w w
ki kiki ki
ki son los vectores de precodificación siendo el peso de la 45 antena de transmisión jésima (j = 1...t) de la estación base mésima para el símbolo iésimo del usuario k transmitido.
La matriz de precodificación
W =[w , K ,w , K ,w , K ,w , K ,w , K ,w ]
11 1rk1 kr N1 Nr
50 se obtendrá bajo unos criterios de forzado a cero para garantizar que
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k
q
H
k q1
,
w
2
,
K
,
w
w
1/2 1/2 1/2 }
diagλ ,λ ,λ
)
contiene las raíces cuadradas de los valores propios distintos de cero de la matriz QkQk
(
0: )()
(
{
[
=
]
qrq
⎧⎪⎨⎪
:
k
US
k
=
q
k
2
1
=
w
ki
, k = 1,�,N, i = 1,�,r
K
S
=
,
k k1 k 2 k r
donde Uk es una matriz unitaria ymatriz diagonal que es una
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 señal recibida puede expresarse como
U1 S1 0 K 0 0U2S2 K 0
M MOM 00 K U N S N
   ⎢⎢
   ⎥⎥
b
+
n
=
y
)) ((
Cada usuario puede girar de manera independiente la señal recibida y desacoplar los diferentes flujos
1/ 2
λ
1/ 2
λ
b
11
⎢⎢⎢⎢⎢
⎥⎥⎥⎥⎥
11
U1 0 K 0
   ⎢⎢
   ⎥⎥
M
0U K 0
~
~
2
+
=
=
y
y
n
b
11r
r
M MOM
M
00 K U
imagen2) 1/2
)(
1/ 2
λ ~
n
15 donde el ruido k permanece blanco con la misma covarianza debido a la transformación unitaria. Por tanto, la señal obtenida por el usuario késimo puede expresarse como:
λ
N
b
Nr Nr
b
   ⎢
   ⎥
k1 k1
~
~
+
+
M
USb
=
=
y
n
n
k k k k k
)(
1/ 2
λ
20 Por tanto, bajo una estrategia de diagonalización 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 (“asignación de potencia” tal como se mostrará en la figura 2). La solución óptima puede obtenerse de manera numérica usando optimización convexa tal como en [6] y [7]. Sin embargo, se asocia con una fuerte
25 complejidad computacional. En esta invención, se propone un esquema que logra un rendimiento muy próximo al óptimo pero sin su alta complejidad.
El documentos de la técnica anterior "Closed form solutions of joint waterfiling for coordinated transmission", (IECE Transactions on communications, communications society; ISSN: 09168516, DOI: 10.1587/TRANSCOM.
30 E93.B.3461), se refiere a un esquema de asignación de potencia para un canal de desvanecimiento selectivo de frecuencia con múltiples puntos de transmisión coordinados (CTP), en el que cada CTP tiene una limitación de potencia y una información del estado del canal individual (CSI). Las soluciones descritas resultan que toman la forma de WF tradicional y también en combinación con alguna característica de cooperación sistemática.
35 La solicitud de patente internacional Nº WO201/035963A2, describe un método y un aparato de configuración de una matriz de precodificación de múltiples células para una operación de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) en un sistema de comunicación inalámbrico en el que se proporciona una pluralidad de estaciones base participan en la comunicación cooperativa. Según este documento, no es necesario que todas las estaciones base sepan perfectamente la información del canal.
40
b
kr kr
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Además, el documento de la técnica anterior US2010290382A1 se refiere a un sistema de múltiples puntos de coordenadas (COMP), en el que la estación base en cada célula puede utilizar no sólo sus propias antenas, sino también antenas de estaciones base vecinas para transmitir al terminal móvil en la célula de servicio para formar una célula CoMP flotante.
5
Descripción de la invención
Es necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que cubra las lagunas encontradas en la misma, particularmente en relación con la falta de propuestas que permitan reducir la gran complejidad computacional asociada a la optimización convexa, que es la técnica óptima usada para resolver el problema de asignación de
10 potencia en sistemas CBST.
Para ello, la presente invención proporciona un método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada, empleando dichos sistemas CBST técnicas de diagonalización de bloques con el fin de eliminar la interferencia entre usuarios y
15 desplegándose en escenarios MIMOOFDM, en los que dicha optimización se somete a una pluralidad de limitaciones en la transmisión de potencia máxima disponible desde cada estación base.
A diferencia de las propuestas conocidas, en el método de la invención, de manera característica comprende resolver dicha optimización de asignación de potencia con una única limitación que considera una estación base 20 equivalente entre dichas estaciones base, en el que dicha única limitación es la más estricta de dicha pluralidad de limitaciones.
El método de la invención comprende usar una nueva técnica de distribución óptima de potencia que proporciona un rendimiento muy próximo al ideal teórico pero con una complejidad computacional reducida.
25 Otras realizaciones del método del primer aspecto de la invención se describen según las reivindicaciones 2 a 7 adjuntas, y en una sección posterior relativa a la descripción detallada de varias realizaciones.
Breve descripción de los dibujos
30 Las anteriores y otras ventajas y características se entenderán más completamente a partir de la siguiente descripción detallada de realizaciones, con referencia a los dibujos adjuntos (algunos de los cuales ya se han descrito en la sección de estado de la técnica anterior), que deben considerarse de una manera ilustrativa y no limitativa, en los que:
35 La figura 1 muestra los sistemas actuales de MIMO multiusuario de enlace descendente con diagonalización de bloques en presencia de interferencia. La figura 2 muestra el esquema general actual para sistemas de transmisión de estación base coordinada. La figura 3 muestra un posible escenario en el que puede aplicarse el método de la invención, según una
40 realización de la presente invención. La figura 4 muestra las tasas de transmisión medias que pueden lograrse en función del número de antenas de transmisión por cada estación base que compara los tres enfoques diferentes y la ubicación de potencia uniforme como referencia, según los resultados numéricos obtenidos con el método de la presente invención. La figura 5 muestra la zona de tasas de transmisión que pueden lograrse para cada esquema propuesto, según
45 los resultados numéricos obtenidos aplicando el método de la presente invención.
Descripción detallada de varias realizaciones
La presente invención está dirigida a métodos y aparatos para mejorar el rendimiento global en el sistema de
50 comunicaciones móviles de LTE avanzada (LTEA) que soporta transmisión de estación base cooperativa en el enlace descendente. La invención propone un método para optimizar la asignación 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 técnica de distribución óptima de potencia que proporciona un rendimiento muy próximo al ideal teórico pero con una complejidad computacional reducida.
55 La transmisión y recepción multipunto coordinada (CoMP; Coordinated multipoint) ha sido considerada por LTE avanzada como una herramienta para mejorar la cobertura de altas tasas de transmisión de datos, del rendimiento de borde de célula, y también para aumentar el rendimiento del sistema.
60 El 3GPP ha estado trabajando en LTEA desde comienzos de 2008. En marzo de 2010 se terminó un artículo de estudio sobre punto múltiple coordinado (CoMP) y se comenzó un artículo de trabajo sobre coordinación de interferencia entre células extendida para despliegues cocanal de redes heterogéneas. Se han tomado las primeras decisiones y formarán la base para la normalización de LTE avanzada en la Release 10 que están reflejándose en el informe técnico TR 36.814 de 3GPP.
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Actualmente, está analizándose CoMP en 3GPP como artículo de estudio. El marco del estudio de CoMP cubrirá CoMP tanto de intraeNodo B como de intereNodo B, e incluye la investigación de cooperación de dominio espacial, por ejemplo, planificación entre células de dominio espacial y/o coordinación de interferencia, y otros métodos de cooperación. Algunos objetivos son: evaluar los beneficios de rendimiento de funcionamiento CoMP y el soporte de especificación requerido para ciertos escenarios propuestos, identificar mejoras de potencial para el funcionamiento DLCoMP, evaluar la aplicabilidad de la interfaz X2 para diferentes modos/esquemas CoMP, e identificar el potencial impacto de normalización para el funcionamiento ULCoMP y evaluar su beneficio en cuanto al rendimiento. El sistema de la invención se aplica a un sistema inalámbrico OFDM en el que el transmisor y el receptor conocen todo el canal. Este es habitualmente el caso para un sistema de transmisión bidireccional en el que la CSI está disponible en el lado de receptor después de la estimación de canal y puede usarse un canal de señalización para reenviar la CSI al transmisor, como LTE. El sistema está previsto para implementar transmisión coordinada para el enlace descendente, en el que M estaciones base (BS) dan servicio a N UE. Cada estación base tiene t antenas de transmisión y cada UE tiene r antenas de recepción. 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 cíclico se elija más larga que la respuesta de impulso más larga, el canal visto por cada usuario puede descomponerse en subportadoras planas independientes NOFDM (al mismo tiempo, un conjunto de subportadoras pueden agruparse en subcanales). Un ejemplo del sistema analizado se representó en la figura 3.
Extendiendo las ecuaciones anteriores a señales OFDM, las tasas que pueden lograrse por cada usuario en un escenario MIMOOFDM basado en CBST con la técnica de diagonalización de bloques son las siguientes
Nr pp
OFDM
 λP 
ki ki
Rk = ∑∑ log2 ⎜1 + 2 ⎟
⎜⎟
p=1i=1  σ
(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 optimización en términos de la potencia Pki p asignada al flujo iésimo del usuario k:
 N NOFDM r  λp Pp ⎞ ki ki
max⎨∑αk ∑∑ log2 ⎜⎜1 + 2 ⎟⎟
⎩k =1p=1i=1  σ⎠ (2)
sometida a una limitación en la potencia máxima disponible para la transmisión desde cada estación base Pmax:
imagen1
(3)
∑ N αk = 1
k =1
En (2) los valores αk ∈ [0,1], , pueden verse como indicadores de las prioridades de los usuarios:
cuanto más próximo a 1 es αk, mayor será la prioridad dada al usuario k. En el caso particular de αk = 1/N, para todo k, la solución del problema anterior maximiza la tasa de suma.
El problema anterior es convexo puesto que la función logarítmica es cóncava en las asignaciones de potencias, la operación de adición preserva la concavidad y las limitaciones (3) son lineales. Por tanto puede resolverse mediante técnicas de optimización convexa convencionales [8]. Esta solución óptima viene dada por:
⎡α 1 
p 2 k
P =σ −
ki  pp 
⎣ln() 2 Lki λki 
Mt p
p,(m−1)t+ j 2
Lki = −∑∑ µm wki m=1 j=1
t NOFDM N r pp,(m−1)t+ j 2
= P
∑ ∑ ∑∑ Pw
ki ki
max j=1 p=1 k =1 i=1
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que se asemeja a la ampliamente conocida distribución óptima de potencia. Sin embargo, en el presente documento el nivel de distribución (“waterlevel”) es diferente para cada símbolo i que va a transmitirse a cada usuario k en cada subportadora p. Aunque los valores de los niveles de distribución pueden hallarse nuevamente mediante técnicas de
5 optimización convexas, todavía tiene una complejidad computacional similar. Así, las soluciones de forma cerrada, aunque no sean del todo óptimas, serían deseables con el fin de reducir estos recursos y tiempo computacionales requeridos para la optimización.
Esta invención propone un nuevo método para resolver el problema de asignación de potencia descrito 10 anteriormente que hace posible implementarlo de manera computacionalmente eficaz sin degradación significativa del rendimiento.
Considerando la más estricta de las limitaciones en (3), el problema puede reducirse a una estación base m0 “equivalente” que tiene para cada símbolo transmitido a cada usuario los pesos de precodificación cuya suma de 15 valores al cuadrado es máxima entre todas las BS, es decir:
t
p p, ((m −1)·t + j )
n ki = max m =1K M ⎜∑ wki 2 
 j =1
(4)
Así el problema se reduce a: 20
 N  NOFDMr p p ⎞⎫
  λP ⎞⎪
ki ki
max⎨∑αk ⎜ ∑ ∑ log2 ⎜⎜1 + 2 ⎟⎟⎟⎟ ⎩ ⎝⎠⎠
⎪k =1p=1i =1 σ⎪
sometida a:
N
OFDM Nr pp
∑ ∑∑ Pki n ki ≤ Pmax p = 1 k = 1 i = 1
25 (5)
El problema resultante es equivalente a encontrar un valor constante K tal que, para todos los niveles de potencia Pki p, se cumplen las ecuaciones siguientes
2
p  α σ ⎤+ Pki =⎢K kp − p n λ
 ki ki ⎦
30 (6)
con
− σ2
K = ln() µ
2
(7)
35 donde [—]+ indica el máximo entre cero y el argumento y I es el multiplicador de Lagrange usado para maximizar la tasa de suma ponderada de los usuarios. Esto corresponde de nuevo a una distribución óptima de potencia con nivel de distribución variable. Sin embargo, para prioridades de usuario αk y realización de canal dadas determinando λki p y Oki p, el problema se reduce a hallar una constante K que pueda resolverse con los mismos algoritmos que resuelven la distribución óptima de potencia convencional [9].
40 Con el fin de simplificar adicionalmente la solución al problema de optimización, puede considerarse que en realizaciones prácticas los valores de Oki p están próximos entre sí para todo k, i y p. Entonces la solución (6) puede simplificarse para dar:
2
 σ ⎤+
Pkip =⎢Kα k − p  λ
 ki ⎦
45 (8)
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que corresponde a una distribución óptima de potencia con el nivel de distribución modificado únicamente por las prioridades de usuario. En particular para prioridades iguales αk = 1/N corresponde a una distribución óptima de potencia convencional.
En resumen, las soluciones propuestas para este problema de asignación de potencia pueden resumirse a través de las ecuaciones siguientes:
SOLUCIÓN PROPUESTA
imagen3
10 Ventajas de la invención
La invención permite la implementación práctica de una técnica de transmisión multipunto cooperativa que puede ayudar a proporcionar la capacidad requerida para satisfacer la futura demanda de tráfico para servicios de banda 15 ancha móvil. La invención propuesta proporciona una solución para la asignación 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 pérdida significativa de rendimiento. Esta complejidad reducida puede permitir soportar la técnica con un coste más bajo, debido al uso de hardware con capacidades de procesamiento más bajas. La técnica también permitirá el soporte de tasas de bit más altas para aquellos usuarios ubicados en los bordes de célula, con condiciones de
20 funcionamiento de baja SINR, y proporcionándoles una mejor calidad de experiencia.
Resultados numéricos de la invención
A continuación, se realizará una comparación del rendimiento en términos de tasas de transmisión que pueden
25 lograrse de la distribución óptima de potencia (WF) propuesta, la distribución óptima de potencia modificada (MWF; “Modified waterfilling”) y la solución óptima hallada mediante optimización convexa (CVX; “Convex optimization”). También se incluyen con fines de comparación las tasas logradas cuando se usa una distribución de potencia uniforme (UP; “Uniform power”).
30 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; “powerdelay profile”). Por tanto, la matriz de canal de la trayectoria nésima es
imagen1
35 donde β 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 idénticamente distribuidas de media cero y varianza 1. Debido a la alta complejidad computacional de la CVX, se considerará un sistema OFDM con 8 subportadoras, aunque los resultados pueden extenderse a más subportadoras.
40 En la figura 4 se mostró las tasas de transmisión medias en función del número de antenas de transmisión por BS que compara los tres diferentes enfoques y la asignación de potencia uniforme como referencia. Se usa un sistema de única portadora también como referencia. El número de antenas de receptor es igual a 2 y se consideran dos valores diferentes de β. Además, se asigna la misma prioridad a ambos usuarios. Puede verse que la diferencia
45 entre las tasas de transmisión medias obtenidas con WF y MWF y la solución óptima CVX es bastante pequeña. Estas tasas son considerablemente superiores de la que se logra por la UP.
En la figura 5 se mostró la zona de tasas que pueden lograrse para cada esquema propuesto. Se ha elegido un valor de β = 0,1, que significa que se usa un canal con selectividad de alta frecuencia. Se consideran diferentes valores 50 del número de antenas de transmisión y recepción. Tal como en la figura 4, las tasas que pueden lograrse obtenidas
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con WF y MWF están muy próximas a la solución óptima CVX.
Un experto en la técnica puede introducir cambios y modificaciones en las realizaciones descritas sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. 5 SIGLAS
3GPP Third Generation Partnership Project; Proyecto de asociación de tercera
generación. BD Block Diagonalization; Diagonalización de bloques. BS Base Station; Estación base. CBST Coordinated Base Station Transmission; Transmisión de estación base
coordinada. CSI Channel State Information; Información de estado del canal. DAB Digital Audio Broadcasting; Difusión de audio digital. DPC Dirty Paper Coding; DVBT Digital Video BroadcastingTerrestrial; Difusión terrestre de vídeo digital. LTE Long Term Evolution; Evolución a largo plazo. LTEA Long Term EvolutionAdvanced; Evolución a largo plazo avanzada
MIMO Multiple Input Multiple Output; Múltiples entradas múltiples salidas. OCI OtherCell Interference; Interferencia de otra célula. OFDM Ortogonal frequency Division Multiplexing; Multiplexación por división de
frecuencia ortogonal. SINR SignaltoNoiseplusInterference Ratio; Relación señal a ruido más
interferencia. UE User Equipment; Equipo de usuario; WF Waterfilling; Distribución óptima de potencia. ZF ZeroForcing; Forzado a cero.
BIBLIOGRAFÍA 10
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Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada, empleando dichos sistemas CBST técnicas de 5 diagonalización de bloques y desplegándose en escenarios MIMOOFDM, en el que dicha optimización se somete a una pluralidad de limitaciones en la transmisión de potencia máxima disponible desde cada estación base, comprendiendo resolver dicha optimización de asignación de potencia con una única limitación que considera una estación base equivalente entre dichas estaciones base, en el que dicha única limitación es la más estricta de dicha pluralidad de limitaciones, caracterizado por que dicha única limitación se basa en una función que comprende los
    10 pesos de precodificación cuya suma de valores al cuadrado es máxima entre todas dichas estaciones base de cada símbolo transmitido a cada usuario.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, que comprende definir dicha función según la expresión siguiente:
    t
    p p, ((m −1)·t + j )
    n ki = max m =1K M ⎜∑ wki 2 
     j =1
    15
    donde p es el índice de la subportadora; k es el índice del usuario;
    20 i es el índice del símbolo que va a transmitirse; M es el número de estaciones base; t es el número de antenas de cada estación base; y max calcula el valor máximo.
    25 3. Método según la reivindicación 2, que comprende definir dicha única limitación según la expresión siguiente:
    N OFDM Nr ∑ ∑∑ Pkip n kip ≤ Pmax p = 1 k = 1 i = 1
    donde
    30 NOFDM es el número de subportadoras planas independientes en las que se descompone un canal visto por un usuario; N es el número de equipos de usuario; r es el número de antenas en cada equipo de usuario;
    35 Pki p es el nivel de dicha asignación de potencia del flujo de usuario del usuario k, para el símbolo I y la subportadora p; y Pmax es dicha potencia máxima disponible para la transmisión desde cada estación base.
  3. 4. Método según la reivindicación 3, que comprende realizar dicha optimización resolviendo la expresión siguiente: 40
    N OFDM r p
    ⎧ ⎛⎞⎞⎫
     N λPp ⎪
    ki ki
    max⎨∑αk ⎜ ∑ ∑ log2 ⎜⎜1+σ 2 ⎟ ⎟⎟
    ⎪k =1p=1i =1  ⎠⎪
    ⎩ ⎠
    sometida a dicha única limitación, donde
    45 αk indica la prioridad del usuario k y es un número entre 0 y 1; λki p es un valor propio distinto de cero de la matriz producto de QkQkT, donde T significa transpuesta; Qk 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
    50 σ2 es la varianza de ruido gaussiano.
  4. 5. Método según la reivindicación 4, en el que el resultado de dicha optimización comprende la expresión siguiente:
    10
     2 ⎤+
    Pkip =⎢K αk − σ  n λ
     kip kip 
    donde
    − σ2
    K =
    ln() µ
    2
    5 I es el multiplicador de Lagrange usado para maximizar la tasa de suma ponderada de los usuarios. [...]+ expresa el valor máximo entre cero y el argumento.
    10 6. Método según la reivindicación 5, que comprende considerar los valores de Oki p iguales para todo k, i y p y definir dicho resultado de dicha optimización según la expresión siguiente:
    p  σ2 ⎤+ Pki =⎢Kα k − p  λ
     ki 
    11
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