ES2553638T3 - Libro de códigos de precodificación y representación de realimentación - Google Patents

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Abstract

Un método de comunicación de una representación de realimentación de precodificación de una transmisión de antenas múltiples en un sistema de comunicación inalámbrica, en donde una representación de una primera matriz de precodificación ap de un primer libro de códigos A es objeto de comunicación, teniendo dicha primera matriz de precodificación ap, M' filas y R' columnas y en donde M' y R' son números naturales y que comprende al menos una primera y una segunda sub-matriz caracterizado por cuanto que dicha primera matriz de precodificación está basada en al menos una segunda matriz de precodificación bi y una tercera matriz de precodificación bk, perteneciente a un segundo libro de códigos, B, teniendo dichas segunda y tercera matrices de precodificación M filas y R1 columnas, en donde M y R1 son números naturales y M' > M, M > 2 y R1 > 1, en donde dichas primera y segunda sub-matrices están basadas en dichas segunda y tercera matrices de precodificación, respectivamente, y las columnas en dicha primera matriz de precodificación son ortogonales entre sí cuando R' > 1.

Description

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de rango R – 1. Se supone, además, que el libro de códigos B tiene el módulo constante y la propiedad de alfabeto restringido, es decir, cada elemento de una matriz arbitraria bi tiene la misma magnitud y se toma a partir de una constelación de señales finitas Ω.
Con la notación anterior, un libro de códigos para un sistema de comunicación LTE-A es un libro de códigos A con M’ = 8 y un libro de códigos para un sistema de comunicaciones LTE es un libro de códigos B con M = 4 y con un número máximo de matrices de precodificación N = 16. La presente invención resuelve al menos los problemas citados creando el libro de códigos A de ocho puertos de antena para un rango R’ dado, que consiste en matrices de precodificación con columnas ortogonales, de tal manera que cada matriz de precodificación en este libro de códigos A contiene al menos dos sub-matrices basadas en matrices de precodificación obtenidas a partir del libro de códigos B de cuatro puertos de antena. Las matrices de precodificación que pertenecen al libro de códigos B pueden multiplicarse con las mismas o diferentes matrices complejas o escalares y las filas o columnas de las dos matrices de precodificación pueden permutarse también. La dos sub-matrices pueden basarse en dos matrices de precodificación diferentes en el libro de códigos B, pero pueden basarse también en una matriz de precodificación única en el libro de códigos B.
Conviene señalar que la presente invención da a conocer libros de códigos A para todos los rangos R’ entre uno y el número máximo de puertos de antenas de transmisión M’ para un sistema de comunicación inalámbrica dado. Además, existen razones para seleccionar libros de códigos diferentes para rango uno o dos, respectivamente, puesto que estos rangos se utilizan también para transmisión de tipo multiusuario, que es un modo diferente en donde más de un usuario recibe información simultáneamente. Dicho de otro modo, en esta forma de realización, los flujos transmitidos están previstos para diferentes usuarios o receptores. Por lo tanto, este modo puede tener requisitos de diseño de libros de códigos especiales, pero habida cuenta que solamente se utilizan libros de códigos de rango más bajo en este modo, los libros de códigos de rango más alto podrían generarse por el método según la presente invención. Por lo tanto, esta invención considera métodos para la generación de libros de códigos para un rango R’ dado.
Una forma de realización de generación de libros de códigos en conformidad con la presente invención, sin necesidad de permutaciones o multiplicaciones se proporciona en la ecuación 1,
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El receptor puede seleccionar dos matrices de precodificación bi y bk, a partir del conjunto de matrices de precodificación perteneciente al libro de códigos B, a utilizarse para las sub-matrices en la ecuación 1 y la realimentación de esta información al transmisor. Puesto que el libro de códigos B tiene un rango máximo cuatro en LTE, esta construcción de un libro de códigos de ocho puertos de antena A con dos sub-matrices es efectivo para el rango cuatro. Conviene señalar según se indicó con anterioridad, que las matrices de precodificación seleccionadas bi y bk pueden ser la misma matriz de precodificación, esto es, i= k.
El libro de códigos resultante A construido de esta manera tendrá como herencia operativa el módulo constante anidado y las propiedades de alfabeto restringido del libro de códigos B para todos los rangos de transmisión. Cualquier operación matricial, conocida para un experto en esta técnica, tal como: permutación de filas, permutación de columnas, inversión, transposición o transposición de Hermitian (Transposición conjugada) de las matrices de libro de códigos A son también posibles y forman parte de la presente invención.
Además, las dimensiones del libro de códigos A son las dimensiones del libro de códigos B al cuadrado si todas las combinaciones de bi y bk así lo permiten. Si un libro de códigos más pequeño A es deseable, pueden eliminarse matrices de precodificación desde el libro de códigos B antes de construir el libro de códigos A de modo que el libro de códigos A esté basado en un subconjunto de las matrices de precodificación pertenecientes al libro de códigos B.
Otras ventajas de la presente invención son que el receptor puede reutilizar algoritmos de cálculo desde el libro de códigos B, puesto que el libro de códigos A consiste en una agregación de al menos dos matrices de precodificación desde el libro de códigos B.
En conformidad con otra forma de realización de la presente invención, cada matriz de precodificación procedente del más pequeño libro de códigos B puede multiplicarse por un escalar complejo. Estos escalares pueden indicarse como βi y βk y un ejemplo de esta forma de realización con multiplicación escalar se ilustra en la ecuación 2,
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En otra forma de realización, una matriz de precodificación ap de rango más bajo se obtiene eliminando columnas desde las dos sub-matrices en la ecuación 2. A modo de ejemplo, una matriz de precodificación de rango dos puede obtenerse según se ilustra en la ecuación 3,
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en donde las columnas uno y tres se utilizan desde la matriz de precodificación superior (que tiene índice i) y las columnas uno y dos desde la matriz de precodificación más baja (que tiene índice k). La selección de las columnas a 10 eliminarse puede depender de la matriz de precodificación seleccionada, esto es, depender de los índices i y k en la ecuación 3.
Según otra forma de realización de la invención, cada matriz de precodificación desde el libro de códigos B más pequeño puede multiplicarse con una matriz compleja. Estas matrices, que pueden ser matrices diagonales, pueden imagen9 imagen1015 indicarse como
y , y un ejemplo de esta forma de realización con multiplicación escalar se ilustra en la ecuación 4,
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20 Y una forma de realización diferente se ilustra en la equipo 5.
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Para la generación de un libro de códigos A con un rango más alto que cuatro necesitamos extender las matrices de
25 precodificación del libro de códigos A a más de cuatro columnas. Según una forma de realización de la invención al menos cuatro matrices de precodificación desde el libro de códigos B se utilizan como cuatro sub-matrices en una matriz de precodificación ap en el libro de códigos A, esto es, la matriz de precodificación ap en el libro de códigos A incluye matrices de precodificación desde el libro de códigos B según se ilustra en la ecuación 6,
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Puesto que ap tiene columnas ortogonales, se requieren algunas restricciones sobre las elecciones de índices i, j, m y n. En las otras formas de realización siguientes de la presente invención de construcción del libro de códigos A con rango superior a 4 basado en el diseño general en la ecuación 6 se presentan a este respecto.
Otras formas de realización se ilustran en las ecuaciones 7 y 8
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y cuatro vectores de precodificación desde el libro de códigos en (14) se seleccionan en conformidad con una regla d selección predefinida, a modo de ejemplo, seleccionando los vectores 1, 2, 3 y 4 de modo que se tenga,
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El libro de códigos de rango uno de LTE-A de 16 elementos se obtiene luego apilando vectores de libro de códigos a imagen19partir de todas las combinaciones posibles a nivel de par del libro de códigos
como
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Conviene señalar que para obtener el libro de códigos de LTE-A en conformidad con esta forma de realización, no será necesario generar primero el libro de códigos de rango ocho y luego, eliminar columnas.
15 En otra forma de realización de la invención, un libro de códigos de rango dos de cuatro bits para LTE-A a partir de un libro de códigos de rango dos de cuatro bits para LTE se obtiene a este respecto. El libro de códigos de rango dos de LTE se proporciona por,
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Cuatro matrices de precodificación desde el libro de códigos en la ecuación 17 se seleccionan en conformidad con alguna regla de selección predefinida, en este ejemplo, las matrices de precodificación 1, 2, 3 y 4 se seleccionan de modo que
imagen22
El libro de códigos de LTE-A de 16 elementos se obtiene luego apilando matrices de libros de códigos a partir de imagen23todas las combinaciones posibles a nivel de par del libro de códigos
de modo que
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Conviene señalar que para obtener un libro de códigos de LTE-A en conformidad con esta forma de realización, no será necesario generar primero el libro de códigos de rango 8 y luego eliminar columnas.
35 En otra forma de realización de la presente invención, un libro de códigos de rango dieciséis de ocho bit para un sistema con dieciséis antenas de transmisión se obtiene a partir de un libro de códigos de rango cuatro de dos bits para un sistema de cuatro antenas. Un sistema con dieciséis antenas de transmisión puede aparecer, a modo de ejemplo, en una transmisión de COMP en donde cuatro estaciones base, cada una teniendo cuatro antenas de transmisión, están en cooperación en una transmisión hacia el mismo receptor. El libro de códigos B para cuatro
40 antenas se proporciona por
imagen25
y el libro de códigos A para dieciséis antenas de transmisión se obtiene en conformidad con la ecuación 21
imagen26
en donde las matrices de precodificación ba, bc, bd, baja frecuencia se seleccionan a partir del libro de códigos B. Se
entiende por los expertos en esta materia que esta matriz de precodificación tiene columnas ortogonales. Debe entenderse que si los rangos inferiores a dieciséis se desean para la matriz de precodificación generada, se pueden eliminar columnas. Se entiende también que precodificadores con más altas dimensiones pueden generarse con el método según la presente invención y que la presente invención es un método generar para obtener libros de
5 códigos dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Resultados de rendimiento
Para evaluar el rendimiento de los libros de códigos generados en conformidad con la presente invención, se han
10 realizado simulaciones en un sistema de comunicación inalámbrica OFDM de 5 MHz que se asemeja al sistema de comunicación de LTE-Avanzada con ocho puertos de antena para la transmisión en la estación base y ocho antenas receptoras en el equipo de usuario UE. Para cada grupo constituido por veinticuatro subportadoras se seleccionó un precodificador desde un libro de códigos de 16 precodificadores. La selección se realizó maximizando la capacidad suma sobre los flujos en donde el número de flujos es igual al rango de la matriz de precodificación.
15 Un canal urbano típico fue supuesto y cada uno de los elementos de canal en la matriz MIMO 8 x 8 fue supuesto de que tiene un desvanecimiento independiente. La relación SNR de recepción media por antena receptora fue de 10 dB y se utilizó un receptor de LMMSE.
20 En el análisis de rendimiento, el libro de códigos de 16 elementos según la presente invención fue generado seleccionando las primeras cuatro matrices de precodificación de un rango dado a partir del libro de códigos de LTE y creando el libro de códigos de ocho puertos de antena seleccionando dos matrices de precodificación y utilizando la ecuación 19 para comparar su rendimiento con un libro de códigos con 16 matrices de precodificación/vectores por rango en conformidad con una solución de la técnica anterior. Una excepción al establecimiento mencionado fue
25 el caso de rango ocho en donde un libro de códigos con cuatro matrices de precodificación se utilizó para la finalidad de permitir la comparación con la solución de la técnica anterior (en donde se utilizaron solamente cuatro matrices para el rango ocho).
En las Figuras 4 a 7, las líneas de trazos representan el rendimiento para libros de códigos en conformidad con la
30 invención mientras que las líneas continuas representan el rendimiento de los libros de códigos según la técnica anterior. Puede deducirse de estas Figuras que la diferencia es despreciable en rendimiento entre los dos grupos de libros de códigos. Por consigue, con un libro de códigos según la presente invención, se puede obtener el mismo rendimiento que para libros de códigos según la técnica anterior, pero la presente innovación proporciona, como una de sus ventajas, un método mucho más sencillo para la generación de libros de códigos, lo que evita la
35 multiplicación de Kronecker de matrices de valores complejos. Por ello, es más atractivo desde un punto de vista de realización. Otras ventajas con la presente invención se han descrito en esta exposición de la idea inventiva.
Además, se entiende también por los expertos en esta técnica que se puede poner en práctica un método para generar un libro de códigos y para utilizar el libro de códigos generado en conformidad con la presente invención en 40 un programa informático, que tenga medios de códigos, que cuando se ejecuta en un ordenador haga que el ordenador ejecute las etapas del método. El programa informático está incluido en un soporte legible por ordenador de un producto de programa informático. El soporte legible por ordenador puede consistir esencialmente en cualquier memoria, tal como una memoria ROM (memoria de solamente lectura), una memoria PROM (memoria de solamente lectura programable), EPROM (memoria PROM borrable), una memoria instantánea, una EEPROM
45 (memoria EPROM eléctricamente borrable) o una unidad de disco duro.
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