ES2605419T3 - Método y aparato para transmitir información en un sistema de comunicaciones inalámbricas - Google Patents

Método y aparato para transmitir información en un sistema de comunicaciones inalámbricas Download PDF

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Abstract

Método de transmisión de información en un sistema de comunicaciones inalámbricas, llevado a cabo en un transmisor, comprendiendo el método: transmitir (S110) información basándose en un primer índice de recursos a través de una primera antena; y transmitir (S120) la misma información simultáneamente basándose en un segundo índice de recursos a través de una segunda antena, caracterizado por que el primer índice de recursos indica un primer índice de desplazamiento cíclico, CS, y un primer bloque de recursos, RB, y el segundo índice de recursos indica un segundo índice de CS y un segundo RB

Description

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El PCFICH transporta información sobre el número de símbolos de OFDM usados para la transmisión de PDCCHs en una subtrama. En este caso, la inclusión de tres símbolos de OFDM en una región de control es meramente ilustrativa. El PHICH transporta ACK/NACK de HARQ con respecto a la transmisión de UL.
La región de control está compuesta por un conjunto de elementos de canal de control (CCEs). Los CCEs se indexan de 0 a N(CCE)-1, donde N(CCE) es el número total de CCEs que constituyen el conjunto de CCEs en una subtrama de DL. El CCE se corresponde con una pluralidad de grupos de elementos de recursos. Los grupos de elementos de recursos se usan para definir el mapeo de un canal de control con elementos de recursos. Un grupo de elementos de recursos incluye una pluralidad de elementos de recursos. Un PDCCH se transmite tras una agregación de uno o varios CCEs consecutivos. En la región de control se puede transmitir una pluralidad de PDCCHs.
El PDCCH transporta información de control de DL, tal como información de planificación de DL, información de planificación de UL, una orden de control de potencia de UL, o similares. Si una BS transmite datos de DL a un UE sobre un PDSCH en una subtrama, la BS transporta información de DL usada para la planificación del PDSCH sobre un PDCCH en la subtrama. El UE puede descodificar la información de control de DL para leer los datos de DL transmitidos sobre el PDSCH.
La figura 7 muestra una estructura ejemplificativa de una subtrama de UL en un LTE del 3GPP.
En referencia a la figura 7, la subtrama de UL se puede dividir en una región de control asignada a un PUCCH que transporta información de control de UL y una región de datos asignada a un canal físico compartido de enlace ascendente (PUSCH) que transporta datos de UL. Para mantener una propiedad de una sola portadora en el LTE del 3GPP (Versión 8), los RBs asignados a un UE son contiguos en el dominio de la frecuencia. Un UE no puede transmitir simultáneamente el PUCCH y el PUSCH. Un LTE-A (Versión 10) considera una transmisión simultánea del PUCCH y el PUSCH.
El PUCCH para un UE se asigna a un par de RB en una subtrama. Los RBs pertenecientes al par de RB ocupan subportadoras mutuamente diferentes en cada una de una 1ª ranura y una 2ª ranura. La frecuencia ocupada por RBs pertenecientes al par de RB asignado al PUCCH se cambia basándose en el límite de la ranura. A saber, se realizan saltos, a nivel de ranura, de los RBs asignados al PUCCH. En lo sucesivo en la presente, a los saltos de RB a nivel de ranura se le hará referencia como saltos de frecuencia. Al transmitir el UE la información de control de UL a través de posiciones de frecuencia mutuamente diferentes sobre el tiempo, puede obtenerse una ganancia de diversidad de frecuencia. m indica un índice de posición que indica una posición lógica, en el dominio de la frecuencia, de un par de RB asignado al PUCCH en la subtrama.
El PUSCH se mapea con un canal compartido de enlace ascendente (UL-SCH) que es un canal de transporte. Los ejemplos de información de control de UL transmitida sobre el PUCCH incluyen ACK/NACK de HARQ, un CQI que indica una condición del canal de DL, una SR que es una solicitud de asignación de recursos de radiocomunicaciones de UL, etcétera.
El PUCCH puede soportar múltiples formatos. Es decir, es posible transmitir información de control de UL cuyo número de bits por subtrama difiere de acuerdo con el esquema de modulación en función de las aplicaciones de los formatos del PUCCH. La siguiente tabla muestra un ejemplo de un esquema de modulación y el número de bits por subtrama con respecto a un formato de PUCCH.
Tabla 1
Formato de PUCCH
Esquema de modulación Número de bits por subtrama
1
N/A N/A
1a
BPSK 1
1b
QPSK 2
2
QPSK 20
2a
QPSK+BPSK 21
2b
QPSK+QPSK 22
Un formato de PUCCH 1 se usa para transmitir la SR. Un formato de PUCCH 1a/1b se usa para transmitir el ACK/NACK de HARQ. Un formato de PUCCH 2 se usa para transmitir el CQI. Un formato de PUCCH 2a/2b se usa para transmitir el CQI y el ACK/NACK de HARQ.
En cualquier subtrama, si el ACK/NACK de HARQ se transmite solo, se usa el formato de PUCCH 1a/1b, y si se transmite la SR sola, se usa el formato de PUCCH 1. El UE puede transmitir el ACK/NACK de HARQ y la SR en la misma subtrama simultáneamente. Para una transmisión de SR positiva, el UE transmite el ACK/NACK de HARQ
8
usando un recurso de PUCCH asignado para la SR. Para una transmisión de SR negativa, el UE transmite el ACK/NACK de HARQ usando un recurso de PUCCH asignado para el ACK/NACK.
La información de control transmitida sobre el PUCCH puede usar una secuencia desplazada cíclicamente. La
5 secuencia desplazada cíclicamente se puede generar desplazando cíclicamente una secuencia de base según una cantidad de desplazamiento cíclico (CS) específico. La cantidad de CS específico se indica con un índice de CS. Como secuencia de base pueden utilizarse varios tipos de secuencias. Por ejemplo, como secuencia de base pueden utilizarse secuencias bien conocidas (por ejemplo, una secuencia seudoaleatoria (PN) y una secuencia de Zadoff-Chu (ZC)). Adicionalmente, como secuencia de base puede utilizarse una secuencia de auto-correlación cero
10 y amplitud constante (CAZAC) generada por un ordenador. La siguiente ecuación muestra un ejemplo de la secuencia de base.
Figura matemática 1
15 [Math.1]
imagen7
En este caso, i ∈ {0,1,...,29} indica un índice de raíz, y n indica un índice elemento que cumple 0 ≤n≤N-1, donde N es
20 la longitud de la secuencia de base. i se puede determinar por un identificador de célula (ID) y un número de ranura en una trama de radiocomunicaciones o similar. Si un RB incluye 12 subportadoras, N se puede fijar a 12. Se define una secuencia de base diferente en concordancia con un índice de raíz diferente. Si N=12, b(n) se puede definir por medio de la siguiente tabla.
25 Tabla 2
imagen8
La secuencia desplazada cíclicamente r(n, Ics) se puede generar desplazando cíclicamente una secuencia de base 30 r(n) de acuerdo con la siguiente ecuación.
Figura matemática 2
[Math.2] 35
imagen9
En este caso, Ics indica un índice de CS que indica una cantidad de CS (0≤Ics≤N-1, donde Ics es un entero).
9
En lo sucesivo en la presente, un índice de CS disponible de la secuencia de base significa un índice de CS que se puede obtener a partir de la secuencia de base en concordancia con un intervalo de CS. Por ejemplo, si la secuencia de base tiene una longitud de 12 y el intervalo de CS es 1, el número total de índices de CS disponibles de la secuencia de base es 12. Si la secuencia de base tiene una longitud de 12 y el intervalo de CS es 2, el número total
5 de índices de CS disponibles de la secuencia de base es 6. El intervalo de CS se puede determinar considerando un ensanchamiento del retardo.
La figura 8 muestra un ejemplo de transmisión de formato de PUCCH 1/1a/1b si se usa un CP normal. En este caso, se muestra un par de RB asignado a una 1ª ranura y a una 2ª ranura en una subtrama. En dicha figura, los RBs
10 pertenecientes al par de RB se muestran de manera que ocupa en la misma banda de frecuencia en la 1ª ranura y la 2ª ranura, aunque tal como se ha descrito anteriormente en referencia a la figura 7, pueden producirse saltos de los RBs a nivel de ranuras.
En referencia a la figura 8, cada una de la 1ª ranura y la 2ª ranura incluye 7 símbolos de OFDM. Entre los 7 símbolos
15 de OFDM de cada ranura, una señal de referencia (RS) se transporta en 3 símbolos de OFDM, y, en los restantes 4 símbolos de OFDM, se transporta información de control. La RS se transporta en 3 símbolos de OFDM contiguos posicionados en una parte central de cada ranura. En este caso, la posición y el número de símbolos utilizados para la RS pueden variar, y, por lo tanto, también pueden variar la posición y el número de símbolos usados para la información de control.
20 Cada uno de los formatos de PUCCH 1, 1a y 1b usa un símbolo de valor complejo d(0). Una BS puede detectar una SR de acuerdo con la presencia/ausencia de transmisión de formato de PUCCH 1 desde un UE. Concretamente, para la transmisión de SR puede utilizarse un esquema de modulación por codificación on-off (OOK). Así, como valor de un símbolo de valor complejo d(0) para un formato de PUCCH 1 puede utilizarse un complejo arbitrario. Por
25 ejemplo, puede utilizarse d(0)=1. El símbolo de valor complejo d(0) para un formato de PUCCH 1a es un símbolo de modulación generado como información de ACK/NACK de HARQ de 1 bit que se modula mediante codificación por desplazamiento binario de fase (BPSK). El símbolo de valor complejo d(0) para un formato de PUCCH 1b es un símbolo de modulación generado como información de ACK/NACK de HARQ de 2 bits que se modula mediante codificación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK). El formato de PUCCH 1a está destinado a
30 información de ACK/NACK de HARQ en relación con una palabra de código, y el formato de PUCCH 1b está destinado a información de ACK/NACK de HARQ en relación con dos palabras de código.
La siguiente tabla muestra un ejemplo de símbolos de modulación con los cuales se mapean bits de información de ACK/NACK de HARQ de acuerdo con esquemas de modulación. 35 Tabla 3
Esquema de modulación
Bit(s) de información d(0)
BPSK
0 1
1
-1
00
1
QPSK
01 -j
10
j
11
-1
Una secuencia modulada s(n) se genera basándose en el símbolo de valor complejo d(0) para el formato de PUCCH
40 1/1a/1b y la secuencia desplazada cíclicamente r(n,Ics). La secuencia modulada y(n) se puede generar multiplicando el símbolo de valor complejo d(0) por la secuencia desplazada cíclicamente r(n,Ics) de acuerdo con la siguiente ecuación.
Figura matemática 3 45 [Math.3]
imagen10
50 Se pueden realizar saltos de un índice de CS Ics de la secuencia desplazada cíclicamente r(n,Ics) a nivel de símbolos, comenzando desde los recursos asignados. En lo sucesivo en la presente, a los saltos del índice de CS a nivel de símbolos se les hará referencia como saltos de CS. Los saltos de CS se pueden llevar a cabo de acuerdo con un número de ranura ns en una trama de radiocomunicaciones y un índice de símbolo ℓ en una ranura. Así, el índice de CS Ics se puede expresar por Ics(ns,ℓ). Los saltos de CS se pueden llevar a cabo de manera específica
55 para cada célula con el fin de aleatorizar la interferencia entre células. En la presente, el número de ranura de la 1ª ranura se fija a 0, el número de ranura de la 2ª ranura se fija a 1, y los índices de CS se fijan a Ics(0,0)=0, Ics(0,1)=1,
10
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65
Tal como se ha descrito hasta el momento, la información de UL de cada uno de una pluralidad de UEs en una célula se puede multiplexar en una subtrama de acuerdo con el esquema de multiplexado por división de código (CDM) y/o desmultiplexado por división de frecuencia (FDM), y se transmite. Dicho cada uno de la pluralidad de UEs puede transmitir simultáneamente información a la BS utilizando un recurso mutuamente diferente. La BS puede discriminar la información de cada UE que ha sido transmitida simultáneamente desde cada UE.
Los UEs pueden transmitir la información a través de una pluralidad de antenas de transmisión. Un esquema de diversidad de transmisión, entre las técnicas MIMO, presenta una ganancia de diversidad, y puede hacer que aumente la fiabilidad de la comunicación inalámbrica. El esquema de diversidad de transmisión incluye, por ejemplo, diversidad de retardo cíclico (CDD), conmutación de vectores de precodificación (PVS), codificación por bloques espacio-frecuencial con una sola portadora (SC-SFBC), codificación por bloques espacio-temporal (STBC), y similares. No obstante, si se usan estos esquemas, surge un problema por cuanto no se mantiene la ortogonalidad, la ganancia de la diversidad de transmisión queda limitada, o no se cumple la retrocompatibilidad con el LTE del 3GPP. Así, es necesario proporcionar un método de transmisión de información que haga uso de un esquema de diversidad de transmisión que pueda resolver los problemas.
La figura 17 es un diagrama de flujo que muestra un método de transmisión de información de acuerdo con una forma de realización de la presente invención.
En referencia a la figura 17, un transmisor transmite información basándose en un primer índice de recursos a través de una primera antena (S110). El transmisor transmite la información sobre la base de un segundo índice de recursos a través de una segunda antena (S120). Se transmite simultáneamente la misma información a través de la primera antena y de la segunda antena. El primer índice de recursos y el segundo índice de recursos pueden ser diferentes entre sí. Si el primer índice de recursos y el segundo índice de recursos son diferentes, puede mantenerse la ortogonalidad entre las diferentes antenas de transmisión así como los diferentes UEs. Puede obtenerse una ganancia de diversidad transmitiendo repetidamente la misma información a través de una pluralidad de antenas. Al método de transmisión de información en el cual la velocidad de multiplexado espacial es 1/2 se le denomina transmisión de recursos espaciales ortogonales (OSRT).
Para la estimación de canales de la primera antena y la segunda antena, deben asignarse dos recursos a la parte de RS. Así, incluso si quedan recursos que se pueden asignar a la parte de información, la capacidad de multiplexado del UE queda limitada por la parte de RS, en lugar de la parte de información. Por lo tanto, el método de transmisión de información que presenta la velocidad de transmisión de multiplexado espacial de 1/2 no representa una carga para un sistema.
Se describirán a continuación ejemplos de un método de adquisición del primer índice de recursos y el segundo índice de recursos si el transmisor forma parte de un UE.
El UE puede recibir cada uno del primer índice de recursos y el segundo índice de recursos desde una BS. Por ejemplo, cada uno de la pluralidad de índices de recursos se puede señalizar directamente. El primer índice de recursos se señaliza como 0 y el segundo índice de recursos se señaliza como 2. Si no, el UE puede recibir el primer índice de recursos desde la BS y adquirir el segundo índice de recursos a partir del primer índice de recursos. En este caso, el segundo índice de recursos se puede predeterminar de acuerdo con el primer índice de recursos. Por ejemplo, si el primer índice de recursos es 0, el segundo índice de recursos se puede predeterminar como 5, y si el primer índice de recursos es 1, el segundo índice de recursos se puede predeterminar como 6. Si la BS señaliza solamente 0 ó 1 como primer índice de recursos, el UE puede adquirir el segundo índice de recursos 5 ó 6 a partir del primer índice de recursos.
A continuación se describirán ejemplos de un método de adquisición del primer índice de recursos y el segundo índice de recursos por parte del UE en el caso de transmitir un ACK/NACK dinámico.
El UE puede adquirir implícitamente el primer índice de recursos a partir de un primer índice de CCE usado para la transmisión del PDCCH con respecto al PDSCH como en el LTE del 3GPP (Versión 8). La BS puede informar explícitamente del segundo índice de recursos. Para informar explícitamente sobre el segundo índice de recursos, puede usarse una señalización de una capa física o una señalización de una capa superior (por ejemplo, la RRC) de la capa física. Para la señalización de la capa física, el PDCCH puede incluir un campo de información que indica el segundo índice de recursos.
En primer lugar, el UE puede reconocer implícitamente el primer índice de recursos a partir del primer índice de CCE utilizado para la transmisión del PDCCH. El UE puede reconocer el segundo índice de recursos mediante señalización de RRC.
En segundo lugar, el UE puede reconocer el primer índice de recursos a partir del índice de CCE usado para la transmisión del PDCCH. El UE puede reconocer el segundo índice de recursos por medio de un campo de información incluido en el PDCCH.
17
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Figura matemática 12 [Math.12]
imagen21
En este caso, hr es un canal con respecto a la antena de transmisión r-ésima durante el intervalo de transmisión, y n(k) es el elemento de ruido k-ésimo.
10 La desmodulación de ensanchamiento se puede llevar a cabo sobre cada uno del número R de índices de recursos de la señal de recepción para generar un número R de símbolos estimados. Si el símbolo estimado r-ésimo obtenido al desmodular por ensanchamiento el índice de recursos r-ésimo es d’r(0), el mismo se puede representar con la siguiente ecuación.
15 Figura matemática 13
[Math.13]
imagen22
En este caso, es la longitud de la OS, wr(k) es el elemento k-ésimo de la OS r-ésima.
Un símbolo estimado d’(0) con respecto al símbolo de modulación d(0) se puede obtener combinando el número R 25 de símbolos estimados.
1. Primera forma de realización ejemplificativa
En la primera forma de realización ejemplificativa, en calidad de OS se usa una matriz de Walsh-Hadamard. 30
La siguiente ecuación representa una matriz de Walsh-Hadamard de 4x4:
Figura matemática 14
35 [Math.14]
imagen23
Cada una de las cuatro filas de la matriz de Walsh-Hadamard constituye OSs en las cuales las mismas son
40 mutuamente ortogonales. Concretamente, pueden definirse cuatro OSs, tales como [1, 1, 1, 1], [1, -1, 1, -1], [1, 1, -1, -1], y [1, -1, -1, 1]. En la LTE del 3GPP, se usan (véase tabla 3) las tres OSs excluyendo [1, -1, -1, 1], aunque, como OS, también puede usarse [1, -1, -1, 1].
A continuación se tomará como ejemplo el caso en el que R=2, una primera OS es [1, -1, 1, -1], y una segunda OS 45 es [1, 1, -1, -1].
La primera secuencia ensanchada resulta ser [d(0), -d(0), d(0), -d(0)], la segunda secuencia ensanchada resulta ser [d(0), d(0), -d(0), -d(0)]. Si la señal de recepción es y=[y(0), y(1), y(2), y(3)], la señal de recepción se puede representar con la siguiente ecuación.
50 Figura matemática 15
22
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5
10
15
20
25
30
35
40
La figura 21 es un diagrama de bloques de un aparato para comunicaciones inalámbricas. Un aparato 50 para comunicaciones inalámbricas puede formar parte de un UE. El aparato 50 incluye un procesador 51, una memoria 52, una unidad de RF (radiofrecuencia) 53, una unidad de visualización 54, y una unidad de interfaz de usuario 55. La unidad de RF 53 está acoplada a procesador 51, y configurada para transmitir y/o recibir una señal de radiocomunicaciones. La memoria 52 está acoplada al procesador 51 y configurada para almacenar un sistema de control, aplicaciones y archivos generales. La unidad de visualización 54 visualiza información sobre el UE y puede utilizar un elemento bien conocido, tal como una pantalla de cristal líquido (LCD), diodos orgánicos emisores de luz (OLED), etcétera. La interfaz de usuario 55 se puede implementar mediante una combinación de interfaces de usuario, tales como un teclado, una pantalla táctil, etcétera. El procesador 51 lleva a cabo todas las operaciones antes mencionadas, incluyendo la operación de procesado y transmisión de información.
La figura 22 es un diagrama de bloques de un BS. Un BS 60 incluye un procesador 61, una memoria 62, un planificador 63, y una unidad de RF 64. La unidad de RF 64 está acoplada al procesador 61 y configurada para transmitir y/o recibir una señal de radiocomunicaciones. El procesador 61 puede llevar a cabo todos los métodos antes descritos asociados a la transmisión de información. La memoria 62 está acoplada al procesador 61 y configurada para almacenar información procesada por el procesador 61. El planificador 63 está acoplado al procesador 61 y puede realizar todos los métodos antes mencionados, asociados a la planificación correspondiente a la transmisión de información, tal como la asignación de índices de recursos.
A continuación, se explicarán los resultados de simulaciones con respecto a un rendimiento de recepción del método de transmisión de información que usa la OSRT según se ha descrito anteriormente. Los resultados de simulación se obtuvieron comparando una tasa de errores de bit (BER) con respecto a una relación de señal/ruido (SNR) en el caso del esquema de transmisión con una sola antena (1Tx), PVS, CDD, SC-SFBC, STBC y OSRT.
La siguiente tabla muestra parámetros y suposiciones para una simulación a nivel de enlaces.
Tabla 11
Parámetros
Suposiciones
Frecuencia portadora
2 GHz
BW del sistema
5 MHz
Frecuencia de muestreo
15,36 MHz
Configuración de CP
CP normal
Velocidad del UE
3 km/h
Modelo de canal
ETU9
Número de células
1
Número de antenas de Tx
1, 2 (sin correlación, |p|=0,5)
Número de antenas de Rx
2 (sin correlación, |p|=0,9)
Bits de ACK/NACK
2 bits (QPSK) -formato 1b
Bits de información de CQI (A)
11 bits (QPSK) -formato 2a
Estimación del canal
Práctica
Saltos de CS/Remapeo de OS/Saltos de frecuencia
ON
Codificación por aleatoriedad de ACK/NACK
ON
Número de RBs para PUCCH
1
Intervalo de CS
2
Número de UEs dentro de una célula
9 para A/N, 3 para CQI (todos los UEs transmiten la señal con la misma potencia)
Manipulación de símbolos sin emparejamiento para formato 2 (únicamente para STBC)
Repetición simple
SFBC, STBC en formato 1b
Aplicada después de ensanchamiento con CDM/FDM
STBC en formato 2
Aplicada antes de ensanchamiento con CDM/FDM
Detección
ML de 1 coeficiente
El modelo de canales fue del ETU (urbano típico extendido) 9, y la velocidad del UE fue 3 km/h.
Las figuras. 23 y 24 son gráficas de una BER promediada de ACK/NACK de 2 bits con respecto a la SNR. En las gráficas, el eje x es SNR, y el eje y es BER. La unidad de la SNR es decibelios (dB). La totalidad de los nueve UEs de una célula transmite ACK/NACK con la misma potencia. La figura 23 muestra el caso en el que dos antenas de transmisión no tienen correlación y dos antenas de recepción no tienen correlación. La figura 24 muestra el caso en el que dos antenas de transmisión y dos antenas de recepción presentan, respectivamente, una alta correlación.
En referencia a las figuras. 23 y 24, se indica que la OSRT presenta el mejor rendimiento y una ganancia de diversidad evidente en comparación con la transmisión con una sola antena. Se indica también que la PVS o CDD presenta poca ganancia de diversidad, y la SC-SFBC y la STBC presenta una ortogonalidad de recursos interrumpida para el multiplexado del UE.
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