ES2632398T3

ES2632398T3 - Dispositivo de antena

Info

Publication number: ES2632398T3
Application number: ES09848316.7T
Authority: ES
Inventors: Markus RINGSTRÖM; Bo Göransson; Fredrik OVESJÖ; Henrik Asplund
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2017-09-12
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: DK2465208T3; WO2011019310A1; EP2465208A1; US8665994B2; US20120140801A1; EP2465208A4; IN2012DN01129A; EP3197066A1; HUE035293T2; EP2465208B1; PL2465208T3; PT2465208T

Abstract

Un dispositivo (20) de antena para una estación base de radio, comprendiendo el dispositivo (20) de antena un precodificador (22) de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) y un precodificador secundario (24) en serie con el mismo, teniendo el precodificador (22) de múltiples entradas y múltiples salidas una primera pluralidad de entradas (26, 28) para una pluralidad de flujos de datos de múltiples entradas y múltiples salidas, y una primera pluralidad de salidas (30, 32) para la pluralidad de flujos de datos, siendo operable el precodificador MIMO (22) para excluir dos coeficientes de ponderación de precodificación MIMO para lograr un equilibrio de potencias para flujos de datos MIMO correlacionados, teniendo el precodificador secundario una segunda pluralidad de entradas (34, 36) y una segunda pluralidad de salidas (38, 40), estando la segunda pluralidad de entradas (34, 36) en comunicación con la primera pluralidad de salidas (30, 32), estando cada entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) en comunicación con cada salida de la segunda pluralidad de salidas (38, 40), estando la segunda pluralidad de salidas (38, 40) en comunicación con respectivas antenas (16), siendo operable el dispositivo (20) de antena para recibir un flujo de datos no MIMO, que se salta el precodificador MIMO, hasta al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36), siendo operable el precodificador secundario (24) para precodificar una pluralidad de señales introducida en la segunda pluralidad de entradas (34, 36) con una matriz precodificadora para proporcionar una relación ortogonal de amplitud y fase entre las señales emitidas desde las antenas (16), por lo que el dispositivo de antena es operable de modo que una o más señales introducidas en una o más entradas respectivas de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) proporciona una potencia de señales sustancialmente igual en la segunda pluralidad de salidas usando el precodificador secundario, siendo operable el precodificador (22) de múltiples entradas y múltiples salidas con un conjunto de coeficientes de ponderación w1, w2, w3, w4 según el Estándar Técnico 25.214 del Proyecto de Asociación de Tercera Generación, siendo operable el dispositivo (20) de antena para recibir un flujo de datos no de múltiples entradas y múltiples salidas hasta al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) y siendo operable el precodificador (22) de múltiples entradas y múltiples salidas para que los coeficientes de ponderación w2 (1 - j)/2 y (-1 + j)/2 sean excluidos de la selección para proporcionar una potencia de señales sustancialmente igual en la segunda pluralidad de salidas (38, 40).

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Dispositivo de antena Campo tecnico

La presente invencion versa sobre el campo tecnico de las comunicaciones por radio y, en particular, sobre un dispositivo de antena para una estacion base de radio, y sobre un metodo para precodificar datos en un sistema de multiples entradas y multiples salidas (MIMO).

Antecedentes

La evolucion de los estandares de interfaces de radio ha estado muy centrada en mayores velocidades de transferencia de datos, y en la version 7 del Proyecto de Asociacion de Tercera Generacion (3GPP) se introdujo una tecnologfa denominada multiples entradas y multiples salidas (MIMO). Tal tecnologfa usa multiples antenas tanto en el transmisor como el receptor para duplicar teoricamente la velocidad de transferencia de datos de enlace descendente usando transmision de multiples flujos de datos.

Ciertas categonas de equipos de usuario (UE) son capaces de usar tecnologfa MIMO, pero otras categonas de UE preexistentes no son capaces de usar tecnologfa MIMO. Una red debe poder soportar tanto los UE habilitados para MIMO como los no habilitados para MIMO. Puede proporcionarse soporte para los UE preexistentes transmitiendo toda la informacion vital del sistema y los canales de trafico por una sola antena. Sin embargo, si hay amplificadores de potencia (PA) separados para multiples antenas, y normalmente los hay, la utilizacion de los PA dista de ser optima. Esto se debe a que una antena puede transmitir y recibir muchos mas datos que otra antena, lo que representa una infrautilizacion de recursos. en efecto, no hay comparticion de potencia entre los PA.

El problema de una comparticion desigual de potencial puede mitigarse usando matrices de Butler en una estacion transceptora base (BTS), tambien denominada NodoB. Tales matrices de Butler distribuyen la carga por igual entre los PA, pero tienen el inconveniente de requerir mas soporte ffsico e introducir una perdida de potencia. Ademas, las matrices de Butler no siempre son utilizables para el equilibrio de potencia si se correlacionan los flujos de datos procedentes de las antenas transmisoras, como ocurre para el MIMo de flujo simple usado para soportar los UE preexistentes.

Otra solucion es transmitir todos los canales no usando MIMO desde las antenas mediante el uso de codificacion de diversidad espacio-temporal de transmision (STTD), que es un esquema de diversidad de transmision de bucle abierto estandarizado en la version 99 de 3GPP. Tal codificacion STTD es soportada por la mayona de los UE del mercado. Sin embargo, aunque la transmision STTD mitiga el problema del equilibrio de potencia de los PA y puede ser beneficiosa para los canales comunes, hay manos beneficio para los canales dedicados y, en particular, para el canal compartido de enlace descendente de alta velocidad (HS-DSCH). El uso de la codificacion STTD puede en realidad danar el rendimiento en ciertos casos, especialmente en el HS-DSCH que es un canal compartido y un recurso planificado.

Normalmente, la codificacion STTD esta disenada para combatir el desvanecimiento rapido, pero, en el caso de un canal planificado, tal como el HS-DSCH, la codificacion STTD puede ser perjudicial, porque la ganancia por la planificacion surge del desvanecimiento rapido, segun se muestra con referencia a los resultados experimentales mostrados en la Figura 4. Ademas, la ecualizacion de la demodulacion en el UE es mas diffcil cuando se usa STTD, porque la senal y la interferencia intracelular son transmitidas ahora desde dos antes en lugar de una, lo que significa que hay una mayor tasa de interferencia entre las antenas.

El documento WO 2008/033089 A2 da a conocer una unidad transmisora, una unidad de control y un metodo en una unidad transmisora que comprende al menos dos antenas para transmitir senales relativas a una pluralidad de canales de radio. La unidad transmisora transmite senales relativas a un primer subconjunto de canales desde la primera antena y senales piloto desde la primera antena para ser usadas como referencia para el primer subconjunto de canales. La unidad transmisora esta dispuesta, ademas, para transmitir senales relativas a un segundo subconjunto de canales desde la segunda antena usando una transmision con una sola antena. La unidad transmisora tambien transmite senales piloto por un segundo tipo de canal piloto, tal como el S-CPICH, diferente del primer tipo de canal piloto, desde la segunda antena para ser usadas como referencia para el segundo subconjunto de canales, cubriendo el primer tipo y el segundo tipo de canales piloto sustancialmente la misma area.

Compendio

Es deseable proporcionar una manera de operar el soporte ffsico de las comunicaciones de radio con mayor eficacia, y reducir al menos algunos de los problemas de equilibrio de potencia anteriormente mencionados.

Los objetos de la invencion son resueltos por medio del aparato segun la reivindicacion 1 y el metodo segun la reivindicacion 6. Las respectivas reivindicaciones dependientes dan desarrollos ventajosos del metodo y el aparato segun la invencion.

Breve descripcion de los dibujos

Otras caractensticas de la invencion seran evidentes a partir de la siguiente descripcion de realizaciones preferentes mostradas a tttulo de ejemplo unicamente con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 muestra un diagrama de una red de comunicaciones moviles para describir realizaciones de la invencion;

5 la Figura 2 es un diagrama esquematico de un dispositivo de antena segun una realizacion de la invencion;

la Figura 3 muestra un diagrama de flujo que ilustra un metodo segun una realizacion de la invencion; y

la Figura 4 es una serie de trazados que muestran resultados experimentales del desvanecimiento con y sin codificacion de diversidad espacio-temporal de transmision (STTD).

Descripcion detallada

10 La Figura 1 muestra un diagrama de una red de comunicaciones moviles para describir realizaciones de la invencion, designada generalmente 10. La red 10 de comunicaciones moviles comprende una red central 12 en comunicacion con una estacion transceptora base (BTS) 14, alternativamente denominado NodoB, o estacion base de radio. La BTS 14 tiene una disposicion 16 de antenas para la comunicacion con al menos un dispositivo 18 de usuario. Junto con la BTS 14, la disposicion 16 de antenas y el al menos un dispositivo 18 de usuario forman un 15 sistema 19 de multiples entradas y multiples salidas (MIMO).

La Figura 2 es un diagrama esquematico de un dispositivo de antena segun una realizacion de la invencion, designado generalmente 20. Las caractensticas semejantes a las disposiciones de la Figura 1 son mostradas con numero de referencia semejantes. En la Figura 2 el dispositivo 20 de antena es un dispositivo situado dentro de la BTS 14 de la Figura 1. La Figura 2 muestra que el dispositivo 20 de antena comprende un precodificador MIMO 22 20 en comunicacion con un precodificador secundario 24, tambien denominado precodificador comun. El precodificador MIMO 22 tiene una primera entrada 26 y una segunda entrada 28 para recibir flujos de datos MIMO 1 y 2, respectivamente. Las entradas 26, 28 estan en comunicacion con una primera salida 30 y una segunda salida 32 del precodificador MIMO 22. El precodificador MIMO 22 es un elemento conocido segun el Estandar Tecnico 25.214 del Proyecto de Asociacion de Tercera Generacion y no sera descrito adicionalmente salvo que para mencionar que es 25 operable con un conjunto conocido de coeficientes de ponderacion de precodificacion w-i, W2, W3, W4. Los coeficientes de ponderacion de precodificacion W1 y W3 son escalares de valor real constante, y los coeficientes de ponderacion de precodificacion W2 y W4 son escalares de valor complejo variable. Los coeficientes de ponderacion W1, W2, W3, W4 estan dados por:

w3 = w1

i/V2

30

W4 = - W2

W2 6

1 + j 1 - j -1 + j -1 - j 2 ’ 2 ’ 2 ’ 2

El precodificador secundario 24 tiene un primer puerto 34 de entrada, un segundo puerto 36 de entrada, un primer puerto 38 de salida y un segundo puerto 40 de salida. Los puertos 34, 36 de entrada pueden denominarse puertos de antena virtual v-i, V2, y los puertos 38, 40 de salida pueden denominarse puertos de antena ffsica p-i, p2. Cada 35 puerto 38, 40 de salida esta en comunicacion con un respectivo amplificador 42, 44 de potencia, que, a su vez, esta en comunicacion con una respectiva antena de la disposicion 16 de antenas. Se apreciara que la disposicion 16 de antenas mostrada comprende una antena compuesta MIMO con antenas doblemente polarizadas con inclinacion de +45°/-45° segun disposiciones conocidas. Tales antenas doblemente polarizadas con inclinacion de +45°/-45° son, con mucho, la instalacion de sitio utilizada de forma mas comun. El primer puerto 30 de salida del precodificador 40 MIMO 22 esta en comunicacion con el primer puerto 34 de entrada del precodificador secundario 24. El segundo puerto 32 de salida del precodificador MIMO 22 esta en comunicacion con el segundo puerto 36 de entrada del precodificador secundario 24.

Una senal introducida en el primer puerto 34 de entrada es dividida e introducida en dos dispositivos multiplicadores 46, 48 respectivos. De modo similar, una senal introducida en el segundo puerto 36 de entrada es dividida e 45 introducida en dos dispositivos multiplicadores 50, 52 respectivos. La division de las senales se dispone de modo que se introduzca una senal de igual potencia en los dispositivos multiplicadores 46, 48 y en los dispositivos multiplicadores 50, 52. Los dispositivos multiplicadores 46, 48, 50, 52 operan transformando, o precodificando, las senales introducidas en los mismos multiplicandolas por un valor segun la matriz precodificadora definida por P:

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

P

(c c > C11 U21: 1 (1 gjn/4 N

V C12 C22 J: V J e-jn/ 4 J

(1)

El valor c-n es aplicado en el multiplicador 46, el valor C12 es aplicado en el multiplicador 48, el valor C21 es aplicado en el multiplicador 50, y el valor C22 es aplicado en el multiplicador 52. La salida del multiplicador 46 y la salida del multiplicador 50 se combinan en un combinador 54. La salida del multiplicador 48 y la salida del multiplicador 52 se combinan en un combinador 56. Los combinadores 54, 56 operan anadiendo senales introducidas en los mismos y dejando pasar las respectivas senales combinadas hasta las salidas 38, 40. En consecuencia, la operacion del precodificador secundario 24 puede representarse con la siguiente ecuacion:

f P

V P2 J

S

14 Yv ^

3- W4

V V2 J

(2)

La matriz precodificadora P imparte una polarizacion ortogonal y un desfase entre las senales transmitidas desde la disposicion 16 de antenas. Dado que la potencia de las senales de datos introducidas en los multiplicadores 46, 48 y los multiplicadores 50, 52 es la misma, las senales transmitidas desde las salidas 38, 40 del precodificador secundario 24 tienen la misma potencia. Esto quiere decir que se logra un pleno equilibrio de potencia para los PA 42, 44. Aunque la matriz precodificadora esta definida por P, se apreciara que pueden usarse otras matrices precodificadoras para proporcionar senales en la disposicion 16 de antenas que no son ortogonales, pero son sustancialmente ortogonales, o se apartan ligeramente de la ortogonalidad.

En la realizacion mostrada, el precodificador secundario 24 es implementado en la banda base, que es anterior a la conversion ascendente de las senales de datos a radiofrecuencia. Implementar el precodificador secundario 24 en la banda base es una manera conveniente de llevar a cabo la transformacion, pero se apreciara que el precodificador 24 podria ser implementado, alternativamente, en partes diferentes de la red 10, o de la BTS 14, tales como en las partes digitales de la BTS 14 o en las partes analogicas de la BTS 14.

En la Figura 2 tambien se muestran combinadores primero y segundo 58, 60 de flujos de datos que estan dispuestos en serie entre el primer puerto 30 de salida del precodificador MIMO 22 y el primer puerto 34 de entrada del precodificador secundario 24. Tambien se muestra un tercer combinador 62 de flujos de datos entre el segundo puerto 32 de salida del precodificador MIMO 22 y el segundo puerto 36 de entrada del precodificador secundario 24. Se muestra que el primer combinador 58 de flujos de datos es capaz de recibir datos enviados por un canal ffsico compartido de enlace descendente de alta velocidad (HS-PDSCH) no MIMO, un canal ffsico dedicado (DPCH), o un canal comun (CCH). Se muestra que el segundo combinador 60 de flujos de datos es capaz de recibir datos enviados por un primer canal piloto comun (P-CPICH). Se muestra que el tercer combinador 62 de flujos de datos es capaz de recibir datos enviados por un segundo canal piloto comun (S-CPICH). Se apreciara que los datos enviados por HS-PDSCH, DPCH, CCH, pCpICH o S-CPICH son introducidos despues del precodificador MIMO 22 y antes del precodificador secundario 24.

Aunque el precodificador secundario 24 proporciona un equilibrio de potencia en los PA 42, 44 para senales MIMO de flujo doble, no se garantiza tal equilibrio de potencia si se correlacionan los flujos de datos introducidos, como ocurre para las senales MIMO de flujo simple. En este contexto se correlaciona una senal con otra senal si las senales son identicas, pero con fase diferente. Se evita este problema potencial introduciendo las senales MIMO de flujo unico, tales como una senal no MIMO por el HS-PDSCH, en el primer combinador 58 de flujos de datos y excluyendo los coeficientes de ponderacion W2 (1 - j)/2 y (-1 + j)/2 en el precodificador MIMO 22. Esta disposicion proporciona la polarizacion de las senales en la disposicion 16 de antenas con amplitudes sustancialmente iguales para las componentes de polarizacion horizontal y vertical de su vector de campo electrico. Esta disposicion significa que en el dispositivo 18 de usuario, que puede ser un dispositivo preexistente no MIMO, la polarizacion varia con el tiempo debido a reflejos.

La matriz precodificadora P proporciona un buen rendimiento para senales MIMO de flujos simple y doble, asf como para senales de una sola entrada y una sola salida (SISO) y de una sola entrada y multiples salidas (SIMO). Usando la matriz precodificadora P, se logra el equilibrio de potencia en los PA 42, 44 para SISO, MIMO de flujo simple y MIMO de flujo doble. Usando la matriz precodificadora P, las senales MIMO de flujo doble son transmitidas desde la disposicion 16 de antenas en polarizaciones ortogonales, que estan polarizadas vertical y horizontalmente. Esta es una disposicion ventajosa porque tales senales polarizadas vertical y horizontalmente son estadfsticamente optimas para la transmision, y tienen menos interferencia entre flujos en comparacion con otros pares de polarizaciones ortogonales. Asi, es deseable garantizar que un conjunto de los coeficientes de ponderacion del precodificador MIMO w-i, W2, W3, W4 en combinacion con la matriz precodificadora P de como resultado polarizaciones vertical y horizontal para las senales MIMO transmitidas desde la disposicion 16 de antenas. Con las antenas de estacion base con inclinacion de +45°/-45° calibradas en fase instaladas de forma mas comun, los coeficientes de ponderacion efectivos combinados requeridos del precodificador MIMO 22 y el precodificador secundario 24 son [1 1] y [1 -1], que pueden ser aplicados con un factor de escalado complejo, como por la matriz precodificadora P. Se apreciara que, si la disposicion 16 de antenas esta dotada de antenas polarizadas vertical y horizontalmente, puede

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

usarse una matriz precodificadora [1 1; 1 -1] en el preocodificador secundario 24 para obtener las mismas propiedades que la matriz P cuando se usan antenas de estacion base con inclinacion de +45°/-45° calibradas en fase.

Se apreciara que cuando se transmiten senales SISO desde la disposicion 16 de antenas, la matriz precodificadora P, junto con la exclusion de los coeficientes de ponderacion W2 (1 - j)/2 y (-1 + j)/2, da como resultado la polarizacion recibida en el dispositivo 18 de usuario, que vana con el tiempo. Esto resulta ventajoso, porque los dispositivos moviles preexistentes 18 pueden no ser capaces de gestionar las senales que son transmitidas con polarizaciones invariables, tales como las polarizaciones que consisten unicamente en una polarizacion vertical u horizontal. Tal polarizacion variante en el tiempo puede incluir una polarizacion elfptica, una polarizacion circular o polarizaciones de +45°/-45°. La persona experta apreciara que las polarizaciones mas adecuadas son las que contienen igual potencia en ambas proyecciones ortogonales. Tambien se apreciara que las polarizaciones circulares son las unicas polarizaciones que pueden utilizar plenamente ambos PA 42, 44 mientras mantienen igual potencia en las componentes vertical y horizontal.

Las antenas del conjunto 16 de antenas pueden estar calibradas o no calibradas. En caso de que las antenas esten calibradas, la polarizacion resultante aplicando la matriz precodificadora P seran polarizaciones verticales y horizontales para senales MIMO, y la polarizacion circular para senales SISO. En caso de que las antenas no esten calibradas, la polarizacion de las senales MIMO aplicando la matriz precodificadora P sera aleatoria y ortogonal, y la polarizacion de la senal SISO sera elfptica, siendo los casos extremos polarizacion circular y polarizacion horizontal y vertical.

Las dos senales en las salidas 38, 40 son transmitidas desde un par de antenas en la disposicion 16 de antenas que estan mutuamente polarizadas ortogonalmente. La operacion de un precodificador MIMO 22, o una combinacion del precodificador MIMO 22 y el precodificador secundario 24 correlaciona cierto flujo de informacion con ambas salidas 38, 40. Cuando se logra el equilibrio de potencia en los PA 42, 44, los flujos de senales presentes en las salidas 38, 40 tienen igual magnitud y pueden tener un desfase. Cuando los dos flujos de datos presentes en las salidas 38, 40 son radiados desde respectivas antenas en la disposicion 16 de antenas, las ondas electromagneticas radiadas seran una superposicion de las ondas procedentes de cada antena. La polarizacion de estas ondas sera una funcion tanto de las polarizaciones de las respectivas antenas como tambien del desfase entre los flujos de datos presentes en las salidas 38, 40. Por ejemplo, si las polarizaciones de las antenas en la disposicion 16 de antenas son lineales con inclinacion de +45° y lineales con inclinacion de -45°, y el desfase es 0°, la polarizacion resultante sera vertical. Si el desfase es 90° en vez de 0°, el vector del campo electromagnetico girara en funcion del tiempo, dando como resultado una polarizacion circular.

La Figura 3 muestra un diagrama de flujo que ilustra un metodo segun una realizacion de la invencion, designada generalmente 70. El metodo versa sobre la operacion del dispositivo de antena mostrado en la Figura 2. En la Figura 3 el metodo es adecuado para precodificar datos en un sistema de multiples entradas y multiples salidas (MIMO) que tiene un precodificador 22 de multiples entradas y multiples salidas y un precodificador secundario 24 en serie con el mismo, teniendo el precodificador 22 de multiples entradas y multiples salidas una primera pluralidad de entradas 26, 28 para una pluralidad de flujos de datos de multiples entradas y multiples salidas, y una primera pluralidad de salidas 30, 32 para la pluralidad de flujos de datos, el precodificador secundario que tiene una segunda pluralidad de entradas 34, 36 y una segunda pluralidad de salidas 38, 40, estando la segunda pluralidad de entradas 34, 36 en comunicacion con la primera pluralidad de salidas 30, 32, estando cada segunda pluralidad de entradas 34, 36 en comunicacion con cada salida de la segunda pluralidad de salidas 38, 40, y estando la segunda pluralidad de salidas 38, 40 en comunicacion con respectivas antenas 16. El metodo incluye recibir una o mas senales en una o mas entradas respectivas de la segunda pluralidad de entradas 34, 36, segun se muestra en 72. El metodo incluye precodificar las referidas senales en el precodificador secundario 24 para proporcionar una potencia sustancialmente igual de las referidas senales en la segunda pluralidad de salidas 38, 40, segun se muestra en 74.

El metodo incluye precodificar una pluralidad de senales introducida en la segunda pluralidad de entradas con una matriz precodificadora, segun se muestra en 76, para proporcionar una relacion ortogonal de amplitud y fase entre las senales emitidas desde las antenas. El metodo incluye definir 76 la matriz precodificadora como P, que esta dada por:

P =

fc c > ‘■'ll °21: 1 f 1 eJ%l4 N

V C12 C22 7: = l2 V J e-j-l4^

El metodo incluye operar el precodificador de multiples entradas y multiples salidas con un conjunto de coeficientes de ponderacion w-i, W2, W3, W4 segun el Estandar Tecnico 25.214 del Proyecto de Asociacion de Tercera Generacion, segun se muestra en 78. El metodo incluye, ademas, introducir un flujo de datos no de multiples entradas y multiples salidas en al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas, y operar el precodificador de multiples entradas y multiples salidas para que los coeficientes de ponderacion W2 (1 - j)/2 y (-1 + j)/2 sean excluidos para proporcionar una potencia sustancialmente igual de las senales en la segunda pluralidad de salidas, segun se

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

muestra en 80. El metodo incluye que el sistema MIMO transmita al menos un coeficiente de ponderacion que esta habilitado entre el conjunto de coeficientes de ponderacion, segun se muestra en 82.

El metodo incluye operar el precodificador de multiples entradas y multiples salidas con un conjunto de coeficientes de ponderacion wi, W2, W3, W4 segun el Estandar Tecnico 25.214 del Proyecto de Asociacion de Tercera Generacion, segun se muestra en 78. El metodo incluye introducir un flujo de datos no de multiples entradas y multiples salidas en al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas, y operar un dispositivo de usuario en comunicacion con el dispositivo de antena para transmitir los coeficientes de ponderacion preferentes del precodificador de multiples entradas y multiples salidas al dispositivo de antena que proporcionan una potencia sustancialmente igual de senales en la segunda pluralidad de salidas, segun se muestra en 80.

El metodo incluye, ademas, operar el dispositivo de usuario y/o el sistema de multiples entradas y multiples salidas para que coincidan con al menos un coeficiente de ponderacion que esta habilitado entre el conjunto de coeficientes de ponderacion, segun se muestra en 84.

El metodo incluye precodificar la senal no de multiples entradas y multiples salidas que es introducida en al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas para proporcionar la polarizacion de las senales emitidas desde las antenas con amplitudes sustancialmente iguales para las componentes de polarizacion horizontal y vertical de su vector de campo electrico, segun se muestra en 76.

El metodo incluye precodificar 76 una pluralidad de senales introducida en al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas para proporcionar una polarizacion sustancialmente vertical y horizontal de las senales emitidas desde las antenas.

Se apreciara que las realizaciones descritas anteriormente con referencia a las Figuras 1 - 3 permiten tres modos diferentes de operacion que son: la operacion no MIMO, la operacion MIMO de flujo simple y la operacion MIMO de flujo doble. Con la operacion no MIMO, que es aplicable a dispositivos de usuario preexistentes, los datos que han de ser comunicados siguen el recorrido desde el primer combinador 58 de flujos de datos hasta el precodificador secundario 24, y luego hasta la disposicion 16 de antenas. El dispositivo 18 de usuario estima las condiciones del canal usando la senal del P-CPICH y vuelve a suministrar esta informacion al dispositivo 20 de antena. Se apreciara que el efecto del precodificador secundario 24 y la exclusion de los coeficientes de ponderacion W2 (1 - j)/2 y (-1 + j)/2 en el precodificador MIMO 22 daran como resultado la utilizacion igual de los PA 42, 44. Para el equilibrio de potencia en los PA 42, 44, es preciso que los coeficientes de ponderacion C11 y C12 tengan la misma magnitud, aunque la fase pueda ser diferente. Sin embargo, si C11 y C12 son de igual magnitud y el precodificador secundario 16 proporciona una transformacion ortogonal en las antenas 16, es imposible lograr simultaneamente un equilibrio de potencia en los PA 42, 44 para todos los coeficientes de ponderacion posibles W1, w% W3, W4 que puedan ser aplicados al precodificador MIMO 22. Se ha mostrado anteriormente que es posible lograr un equilibrio de potencia en los PA 42, 44 para dos de los cuatro coeficientes de ponderacion W2 disponibles en el precodificador MIMo 22 si los coeficientes de ponderacion aplicados en el precodificador secundario 22 son seleccionados de cierta manera segun la matriz precodificadora P. Las senales no MIMO son transmitidas desde la disposicion 16 de antenas con una polarizacion que tiene igual magnitud para su proyeccion en la polarizacion horizontal que para su proyeccion en la polarizacion vertical. Si las antenas de la disposicion 16 de antenas estan polarizadas linealmente con una inclinacion de +45/-45, y ha de lograrse un equilibrio de potencia en los PA 42, 44, la polarizacion de las senales no MIMO solo puede ser circular dextrogira o circular levogira. Segun se ha mencionado previamente, el beneficio de tal disposicion es que la polarizacion de las ondas radiadas cuando llegan al dispositivo 18 de usuario variara continuamente debido al desvanecimiento no correlacionado de las componentes vertical y horizontal en el canal inalambrico de radio. En este caso, el necesario desfase entre las senales de las salidas 38, 40 es +90 grados o -90 grados, lo que puede expresarse en la notacion MATLAB como:

c12=c11*exp( ± i*pi/2).

Con la operacion MIMO de flujo simple, aplicable a dispositivos de usuario habilitados para MIMO, los datos que han de ser comunicados siguen la ruta desde la primera entrada 26, a traves del precodificador MIMO 22, hasta el precodificador secundario 24, y luego hasta la disposicion 16 de antenas. Los coeficientes de ponderacion que han de aplicarse al precodificador MIMO 22 son espedficos al usuario, y son seleccionados del conjunto de coeficientes de ponderacion disponibles por medio de informacion de retorno procedente del dispositivo 18 de usuario del conjunto preferente de coeficientes de ponderacion. El dispositivo 18 de usuario determina un conjunto preferente de coeficientes de ponderacion del precodificador MIMO utilizando condiciones del canal estimadas por separado desde las dos antenas virtuales V1, V2, que, a su vez, son obtenidas usando las senales del P-CPICH y del S-CPICH, respectivamente. A partir de las condiciones del canal, el dispositivo 18 de usuario calcula entonces que coeficientes de ponderacion del precodificador MIMO dan el mejor canal de comunicaciones. Los coeficientes de ponderacion W3 y W4 del precodificador MIMO no son aplicados con la operacion MIMO de flujo simple, por lo que el usuario simplemente comunica cual de los cuatro valores posibles para W2 prefiere. Para la operacion MIMO de flujo simple, el efecto del precodificador MIMO 22 y del precodificador secundario 24 daran como resultado igual utilizacion de los PA 42, 44. Ademas, los dos flujos MIMO transmitidos desde la disposicion 16 de antenas tendran polarizacion vertical y polarizacion horizontal, respectivamente. La ventaja de esta disposicion es que hay poca dispersion

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

cruzada entre estas dos polarizaciones en el canal inalambrico de radio y, por ende, la interferencia entre flujos sera menor. Asf, el receptor en el dispositivo 18 de usuario puede restaurar con mayor facilidad la ortogonalidad entre los dos flujos MIMO, lo que lleva a mejor rendimiento y a mayor caudal de datos.

Con la operacion MIMO de flujo doble, aplicable a dispositivos de usuario habilitados para MIMO, se utilizan dos flujos separados de informacion introducida en las entradas primera y segunda 26, 28 para un caudal de datos mayor. En todos los demas sentidos, la operacion MIMO de flujo doble es similar a la operacion MIMO de flujo simple, por lo que el dispositivo 18 de usuario comunica el valor W2 preferente. Se apreciara que la operacion MIMO de flujo doble es posible siempre y cuando los flujos primero y segundo sean ortogonales entre sf, y, dado que el precodificador MIMO 22 y el precodificador secundario 24 estan operados con matrices ortogonales, los dos flujos seran ortogonales partiendo de la disposicion 16 de antenas. Para la operacion MIMO de flujo doble, el efecto del precodificador MIMO 22 y del precodificador secundario 24 dara como resultado una igual utilizacion de los PA 42, 44. Para una operacion MIMO de flujo doble optima, es preciso que el precodificador secundario 24 proporcione una transformacion ortogonal; es decir, es preciso que las senales ortogonales de entrada de los puertos primero y segundo 34, 36 de entrada esten correlacionadas con combinaciones lineales ortogonales en los puertos 38, 40 de salida. Esto es necesario para conservar la separacion entre los flujos MIMO primero y segundo, y tambien para retener las propiedades de equilibrio de potencia de las senales MIMO de flujo doble. La condicion de ortogonalidad puede ser expresada en la notacion MATLAB como:

[c11 c12]*conj([c21; c22])=cn*conj(c21)+c12*conj(c22)=0.

Los dos flujos MIMO son transmitidos desde la disposicion 16 de antenas con polarizacion vertical y polarizacion horizontal, respectivamente. La ventaja de esta disposicion es que hay poca dispersion cruzada entre estas dos polarizaciones en el canal inalambrico de radio y, por ende, la interferencia entre flujos sera menor. Asf, el receptor en el dispositivo 18 de usuario puede restaurar con mayor facilidad la ortogonalidad entre los dos flujos MIMO, lo que lleva a mejor rendimiento y a mayor caudal de datos.

La BTS 14 puede estar configurada simultaneamente para operar mas de un modo de operacion dependiendo de las prestaciones de los diferentes dispositivos de usuario en la celula movil a la que sirve. Para dispositivos preexistentes ejemplares, los dispositivos de flujo simple, y los dispositivos de flujo doble pueden estar presentes en la celula al mismo tiempo. Un dispositivo 18 de usuario habilitado para MIMO comunicara si prefiere la operacion MIMO de flujo simple o la de flujo doble, y esto puede cambiar rapidamente debido a condiciones cambiantes del canal.

Puede verse que las realizaciones de la invencion descrita en lo que antecede proporcionan una utilizacion sustancialmente igual de los dos PA 42, 44 para los tres modos de operacion. Esta es una caractenstica util porque la cantidad relativa de dispositivos 18 de usuario que operan en los tres modos diferentes puede cambiar con el tiempo. Por ejemplo, en ocasiones puede haber unicamente dispositivos 18 de usuario que operen en un modo de operacion. El precodificador secundario 24 por sf mismo no puede lograr plenamente un equilibrio de potencia en los PA 42, 44 para los tres modos de operacion, pero si la utilizacion de los coeficientes de ponderacion aplicados al precodificador MIMO 22 se restringe a los dos coeficientes de ponderacion W2 para los que se obtiene un equilibrio de potencia, entonces el equilibrio de potencia en los PA 42, 44 se logra para los tres modos de operacion. Esta restriccion puede aplicarse ya sea en el dispositivo 18 de usuario, que vuelve a suministrar los coeficientes de ponderacion del precodificador MIMO preferentes, o en la BTS 14, que selecciona los coeficientes de ponderacion del precodificador MIMO reales que deben usarse en funcion de la informacion de retorno procedente del dispositivo 18 de usuario.

La Figura 4 es una serie de trazados que muestran resultados experimentales del desvanecimiento de senales con y sin codificacion de diversidad espacio-temporal de transmision (STTD), designada generalmente 90. El eje y para los trazados 90 representa la amplitud de la relacion senal-ruido, y el eje x representa el tiempo. Los trazados 92 y 94 muestran el desvanecimiento con y sin codificacion STTD, respectivamente, para un primer usuario. Los trazados 96 y 98 muestran el desvanecimiento con y sin codificacion STTD, respectivamente, para un segundo usuario. La planificacion para la transmision de senales de datos para los usuarios primero y segundo en respectivos picos de desvanecimiento esta mostrada por las lmeas mas gruesas 100 y 102 en los picos de los trazados 94, 96. En conjunto, los trazados 90 muestran que los picos, cuando se usa codificacion STTD, segun se muestra en 104, son mas bajos que los picos cuando no se usa codificacion STTD, segun se muestra en 106. Esto significa que, aunque el uso de la codificacion STTD puede atenuar el problema del equilibrio de potencia en los PA 42, 44, y puede ser beneficioso para los canales comunes, hay menor beneficio cuando se usa la codificacion STTD para los canales dedicados y el HS-DSCH. Esto es debido a que la codificacion STTD puede degradar realmente la velocidad de transferencia para las senales transmitidas en ciertos casos, tales como por el HS-DSCH, que es un recurso compartido y planificado. En consecuencia, el uso de la codificacion STTD es una solucion no optima para el HS- DSCH. Aunque la codificacion STTD esta disenada para reducir el desvanecimiento rapido, en el caso de un canal planificado, tal como el HS-DSCH, el uso de codificacion STTD puede ser perjudicial porque la ganancia por la planificacion surge del desvanecimiento rapido. En consecuencia, con las realizaciones de la invencion, no se requiere el uso de STTD cuando se aplica un precodificador secundario 24 despues del precodificador MIMO 22.

Se apreciara que pueden usarse otros libros de codigos MIMO en los que los coeficientes de ponderacion wi, w%

W4 tengan valores diferentes para proporcionar una salida del precodificador MIMO 22 diferente. Tal libro de codigos diferente puede resolver problemas de equilibrio de potencia en los PA 42, 44. Sin embargo, es probable que el libro de codigos diferente pueda dar como resultado estados de polarizacion que disten de ser optimos para las senales 5 MIMO transmitidas desde la disposicion 16 de antenas. En este escenario, se contempla que se pueda usar el precodificador secundario 24 para optimizar los estados de polarizacion para las senales MIMO transmitidas desde la disposicion 16 de antenas para proporcionar una polarizacion sustancialmente ortogonal de las senales de las antenas 16. En consecuencia, se puede usar el precodificador secundario 24 para resolver el problema de equilibrio de potencia en los PA 42, 44, y para resolver cualquier polarizacion que no sea optima para senales transmitidas 10 desde la disposicion 16 de antenas.

Se apreciara que las realizaciones de la invencion descritas en lo que antecede que usan el precodificador secundario 24 tienen la ventaja de que en los PA 42, 44 se logra el equilibrio de potencia. Aplicando la matriz precodificadora particular P descrita mas arriba, se logra un rendimiento optimo para senales tanto MIMO como SISO. Excluyendo dos coeficientes de ponderacion de precodificacion MIMO, se logra el equilibrio de potencia en los 15 PA 42, 44 para MIMO de flujo simple. Aunque el precodificador MIMO 22 usa coeficientes de ponderacion que son variables por dispositivo 18 de usuario segun el estandar 25.214 de 3GPP, se apreciara que el precodificador secundario 24 es operable con una matriz precodificadora fija definida por P en lo que antecede.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo (20) de antena para una estacion base de radio, comprendiendo el dispositivo (20) de antena un precodificador (22) de multiples entradas y multiples salidas (MIMO) y un precodificador secundario (24) en serie con el mismo, teniendo el precodificador (22) de multiples entradas y multiples salidas una primera pluralidad de entradas (26, 28) para una pluralidad de flujos de datos de multiples entradas y multiples salidas, y una primera pluralidad de salidas (30, 32) para la pluralidad de flujos de datos, siendo operable el precodificador MIMO (22) para excluir dos coeficientes de ponderacion de precodificacion MIMO para lograr un equilibrio de potencias para flujos de datos MIMO correlacionados, teniendo el precodificador secundario una segunda pluralidad de entradas (34, 36) y una segunda pluralidad de salidas (38, 40), estando la segunda pluralidad de entradas (34, 36) en comunicacion con la primera pluralidad de salidas (30, 32), estando cada entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) en comunicacion con cada salida de la segunda pluralidad de salidas (38, 40), estando la segunda pluralidad de salidas (38, 40) en comunicacion con respectivas antenas (16), siendo operable el dispositivo (20) de antena para recibir un flujo de datos no MIMO, que se salta el precodificador MIMO, hasta al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36), siendo operable el precodificador secundario (24) para precodificar una pluralidad de senales introducida en la segunda pluralidad de entradas (34, 36) con una matriz precodificadora para proporcionar una relacion ortogonal de amplitud y fase entre las senales emitidas desde las antenas (16), por lo que el dispositivo de antena es operable de modo que una o mas senales introducidas en una o mas entradas respectivas de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) proporciona una potencia de senales sustancialmente igual en la segunda pluralidad de salidas usando el precodificador secundario, siendo operable el precodificador (22) de multiples entradas y multiples salidas con un conjunto de coeficientes de ponderacion w-i, W2, W3, W4 segun el Estandar Tecnico 25.214 del Proyecto de Asociacion de Tercera Generacion, siendo operable el dispositivo (20) de antena para recibir un flujo de datos no de multiples entradas y multiples salidas hasta al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) y siendo operable el precodificador (22) de multiples entradas y multiples salidas para que los coeficientes de ponderacion W2 (1 -j)/2 y (-1 + j)/2 sean excluidos de la seleccion para proporcionar una potencia de senales sustancialmente igual en la segunda pluralidad de salidas (38, 40).
2. Un dispositivo de antena segun la reivindicacion 1 en el que la matriz precodificadora esta definida por P:

ej»!4 A
3. Un dispositivo de antena segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2 en el que el dispositivo de antena esta configurado, ademas, para recibir de un dispositivo (18) de usuario en comunicacion con el dispositivo (20) de antena coeficientes de ponderacion preferentes del precodificador de multiples entradas y multiples salidas, proporcionando una potencia de senales sustancialmente igual en la segunda pluralidad de salidas (38, 40).
4. Un dispositivo de antena segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, operable de modo que la senal no de multiples entradas y multiples salidas que es introducida en al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) es precodificada en la segunda pluralidad de salidas (38, 40) para proporcionar la polarizacion de las senales emitidas desde las antenas (16) con amplitudes sustancialmente iguales para las componentes de polarizacion horizontal y vertical de su vector de campo electrico.
5. Un dispositivo de antena segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2 en el que el precodificador secundario (24) es operable de modo que una pluralidad de senales introducida en la segunda pluralidad de entradas (34, 36) sea precodificada en la segunda pluralidad de salidas (38, 40) para proporcionar una polarizacion sustancialmente vertical y horizontal de las senales emitidas desde las antenas (16).
6. Un metodo (70) para precodificar datos en un sistema (19) de multiples entradas y multiples salidas MIMO que tiene un precodificador (22) de multiples entradas y multiples salidas y un precodificador secundario (24) en serie con el mismo, teniendo el precodificador (22) de multiples entradas y multiples salidas una primera pluralidad de entradas (26, 28) para una pluralidad de flujos de datos de multiples entradas y multiples salidas, y una primera pluralidad de salidas (30, 32) para la pluralidad de flujos de datos, siendo operable el precodificador MIMO (22) para excluir dos coeficientes de ponderacion de precodificacion MIMO, teniendo el precodificador secundario una segunda pluralidad de entradas (34, 36) y una segunda pluralidad de salidas (38, 40), estando la segunda pluralidad de entradas (34, 36) en comunicacion con la primera pluralidad de salidas (30, 32), estando cada entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) en comunicacion con cada salida de la segunda pluralidad de salidas (38, 40), y estando la segunda pluralidad de salidas (38, 40) en comunicacion con respectivas antenas (16), siendo operable el dispositivo (20) de antena para recibir un flujo de datos no MIMO, que se salta el precodificador MIMO, hasta al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36), incluyendo el metodo:

recibir (72) una o mas senales en una o mas respectivas entradas de la segunda pluralidad de entradas (34, 36);

f

P =

1

v J

1

5

10

15

20

25

precodificar (74) las referidas senales en el precodificador secundario (24) para proporcionar una potencia sustancialmente igual de las referidas senales en la segunda pluralidad de salidas (38, 40) usando el precodificador secundario,

precodificar (76) una pluralidad de senales introducida en la segunda pluralidad de entradas (34, 36) con una matriz precodificadora para proporcionar una relacion ortogonal de amplitud y fase entre las senales emitidas desde las antenas (16); y

operar (78) el precodificador de multiples entradas y multiples salidas con un conjunto de coeficientes de ponderacion wi, W2, W3, W4 segun el Estandar Tecnico 25.214 del Proyecto de Asociacion de Tercera Generacion, introduciendo (80) un flujo de datos no de multiples entradas y multiples salidas hasta al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) y operando el precodificador de multiples entradas y multiples salidas para que los coeficientes de ponderacion W2 (l - j)/2 y (-1 + j)/2 sean excluidos de la seleccion para proporcionar una potencia de senales sustancialmente igual en la segunda pluralidad de salidas (38, 40).
7. Un metodo segun la reivindicacion 6 en el que la matriz precodificadora esta definida por P:

P =

V2

'v j

gj*/4 ^

j*I4

1
8. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 6 - 7 y que, ademas, incluye operar (78) un dispositivo (18) de usuario en comunicacion con el dispositivo (20) de antena para transmitir coeficientes de ponderacion preferentes del precodificador de multiples entradas y multiples salidas al dispositivo (20) de antena que proporcionan una potencia sustancialmente igual de senales en la segunda pluralidad de salidas (38, 40).
9. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 6 - 8 y que, ademas, incluye precodificar (76) la senal no de multiples entradas y multiples salidas que es introducida en al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) para proporcionar la polarizacion de las senales emitidas desde las antenas (16) con amplitudes sustancialmente iguales para las componentes de polarizacion horizontal y vertical de su vector de campo electrico.
10. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 6 - 7 y que, ademas, incluyen precodificar (76) una pluralidad de senales introducida en al menos una entrada de la segunda pluralidad de entradas (34, 36) para proporcionar la polarizacion sustancialmente vertical y horizontal de las senales emitidas desde las antenas (16).
11. Una estacion base (14) de radio que incluye un dispositivo de antena segun cualquiera de las reivindicaciones 1-5.