ES2637070T3

ES2637070T3 - Dispositivo de antena y método para precodificar datos en un sistema de múltiple entrada múltiple salida

Info

Publication number: ES2637070T3
Application number: ES10858724.7T
Authority: ES
Inventors: Bo Hagerman; Henrik Asplund; George JÖNGREN
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2017-10-10
Anticipated expiration: 2030-10-19
Also published as: EP2630736A1; US20130202058A1; EP2630736B1; WO2012053948A1; US9106289B2; EP2630736A4; DK2630736T3; PL2630736T3

Abstract

Un dispositivo de antena para precodificar datos en un sistema múltiple entrada múltiple salida, comprendiendo el dispositivo de antena: una pluralidad de antenas físicas, cuya pluralidad de antenas físicas son para un sistema de antena distribuida; un precodificador (7) de múltiple entrada múltiple salida, teniendo el precodificador de múltiple entrada múltiple salida una pluralidad de entradas para una pluralidad de flujos de datos y una pluralidad de salidas para la pluralidad de flujos de datos; un precodificador segundo (8) dispuesto en serie con el precodificador de múltiple entrada múltiple salida, el precodificador segundo está dispuesto para mapear un flujo de datos a una salida asociada con un puerto de antena física asociado con al menos una de la pluralidad de antenas físicas; en el que el precodificador segundo (8) está además dispuesto para mapear todas las señales piloto de flujo de datos a cada puerto de antena física asociado con la pluralidad de antenas físicas, en el que los pesos (c11, c12, c21, c22) del precodificador segundo se adaptan para reducir una diferencia de temporización y una diferencia de potencia entre la pluralidad de antenas físicas para el sistema de antena distribuida.

Description

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descripcion

Dispositivo de antena y metodo para precodificar datos en un sistema de multiple entrada multiple salida Campo teonioo

La invencion se refiere al campo de los dispositivos de antena, y en particular a los dispositivos de antena para su uso con un sistema de multiple entrada multiple salida.

Anteoedentes

Una manera de mejorar la eficacia espectral y la velocidad de bits en una red inalambrica es utilizar la tecnologia MIMO (multiple entrada multiple salida). La tecnologia MIMO se ha introducido en el Proyecto Asociacion de Tercera Generacion (3GPP) Version 7, e implica enviar y recibir multiples flujos de informacion utilizando multiples antenas tanto en el extremo de envio como en el de recepcion.

Las implementaciones actuales de MIMO requieren la denominada precodificacion. La precodificacion permite el mapeo de flujos de informacion a diferentes antenas a traves de un conjunto de pesos complejos conocidos por el receptor. En la precodificacion de bucle abierto, los pesos de precodificacion estan predefinidos. En la precodificacion de bucle cerrado, el receptor estima que pesos de precodificacion daran el mejor rendimiento, y senala esta eleccion de vuelta al transmisor. Para reducir la necesidad de la senalizacion de retroalimentacion, muchos estandares especifican un conjunto restringido de pesos de precodificador posibles. El conjunto restringido de pesos de precodificador posibles se conoce como el libro de codigos. Mediante el uso del libro de codigos, el receptor puede simplemente senalar de vuelta la identidad del precodificador preferido obtenida del libro de codigos. El transmisor, que tambien tiene acceso al libro de codigos, puede entonces aplicar los pesos correctos del precodificador a la senal de MIMO transmitida.

En el estandar de evolucion a largo plazo (LTE), la precodificacion de bucle cerrado puede ser de banda ancha o selectiva de frecuencia. La precodificacion de banda ancha es mas robusta y requiere menos informacion de retroalimentacion, pero la precodificacion selectiva de frecuencia puede manejar mejor el caso en el que el canal es selectivo de frecuencia y ningun precodificador unico es optimo en toda la banda de frecuencias.

Los flujos de informacion transmitidos son mapeados normalmente a precodificadores ortogonales en el transmisor. Sin embargo, estos flujos, cuando se transmiten a traves del canal inalambrico, normalmente se mezclaran. Esto se puede entender mejor considerando un mapeo ortogonal simple que consiste en transmitir el flujo 1 desde la antena 1 de transmision y el flujo 2 desde la antena 2 de transmision. Un receptor con dos antenas recibira la superposicion de los dos flujos transmitidos en cada una de sus antenas de recepcion. El receptor debe entonces separar los flujos mezclados. Un receptor optimo es el llamado receptor de maxima verosimilitud (ML). Tal receptor utiliza accionamientos no lineales complejos. Un receptor mas practico, que es mas probable que sea implementado en los productos, es el receptor de error cuadratico medio minimo (MMSE) lineal. Un receptor MMSE es mas sensible a la correlacion entre flujos mixtos en un canal.

Las ganancias del accionamiento de MIMO son generalmente las mas altas cuando los canales inalambricos desde cada antena de transmision a cada antena de recepcion tienen potencia similar, y experimentan variaciones de desvanecimiento rapido no correlacionadas. Si la correlacion de desvanecimiento y/o desequilibrio de potencia aparecen entre los canales de antenas, la ganancia disminuye normalmente en comparacion, reduciendo las ventajas de MIMO.

MIMO se ha utilizado principalmente para el enlace descendente en redes celulares, donde el transmisor (una estacion base) utiliza normalmente multiples antenas que se despliegan en estrecha proximidad, y que tienen patrones de radiacion esencialmente iguales. Sin embargo, algunos otros escenarios estan ganando cada vez mas atencion.

Un escenario importante de interes es cuando se utilizan antenas distribuidas. Un ejemplo de un uso de antenas distribuidas es un despliegue en interiores donde se puede utilizar un sistema de antena distribuida para proporcionar cobertura en una celula donde la perdida de trayectoria desde una unica antena de transmision/recepcion es demasiado alta para soportar una calidad de comunicacion adecuada en todas partes dentro del area de celula. La estacion base que sirve a la celula tiene un puerto de antena y una red de combinacion/division que distribuye las senales desde el puerto de antena a multiples antenas fisicas dentro del area. Esto asegura que la antena "efectiva" es muy grande, y es probable que los usuarios de la zona esten cerca de al menos una de las antenas fisicas. De esta manera, todos los usuarios tienen acceso a la estacion base en una celula grande, mientras que si la estacion base tenia antenas fisicas en la misma localizacion, los usuarios podrian estar fuera del alcance o "linea de vision" y no ser capaces de comunicarse con la estacion base.

Los sistemas de antena distribuida son mas comunes en ambientes interiores como un edificio de oficinas, un centro comercial o una terminal de aeropuerto. Sin embargo, un sistema de antena distribuida tambien se puede

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implementar en un ambiente exterior si la forma de celula pretendida es dificil de conseguir utilizando una unica antena. Un ejemplo es una celula alargada a lo largo de una linea de ferrocarril. La velocidad de bits de pico y la mejora de la eficacia espectral disponibles utilizando la tecnologia MIMO es muy deseable en areas interiores donde los usuarios requieren velocidades de bits similares a las LAN inalambricas. Un enfoque directo a un sistema de antena distribuida se ilustra en la figura 1. Un ambiente interior 1, tal como un terminal de aeropuerto, esta provisto de varias antenas fisicas co-localizadas 2, 3, 4, 5, 6. Cada grupo de antenas tiene una antena fisica (indicada por un circulo relleno en negro) conectada al puerto 1 de la estacion base, y otra antena fisica (indicada por un circulo sin rellenar) conectada al puerto 2 de la estacion base. Este tipo de disposicion asegura una amplia cobertura debido a los grupos distribuidos de antenas y el uso de antenas agrupadas conectadas a diferentes puertos de la estacion base permite mayores velocidades de bits entre la estacion base y un dispositivo de usuario que utiliza MIMO. Sin embargo, este enfoque puede ser costoso.

Es posible que MIMO sea utilizado en el enlace ascendente (desde el dispositivo de usuario hasta la estacion base), donde el dispositivo de usuario es capaz de transmitir utilizando multiples antenas. Debido a las limitaciones de RF y diseno de antena en dispositivos de usuario compactos, es probable que la energia desigual sea transmitida desde las antenas en el dispositivo del usuario, debido a diferencias en patrones de radiacion, eficacia de antena, blindaje por parte del usuario y/o debido al diseno de los amplificadores de potencia (por ejemplo, si se utiliza un amplificador de potencia secundario con menor potencia de salida para una antena secundaria).

3GPP R1-095061 se refiere a la restriccion de subconjunto de libro de codigos de MIMO de HSDPA. Para utilizar totalmente el recurso PA instalado total en el caso en el que MIMO es implementado utilizando un S-CPICH para la segunda antena, una red de equilibrio de potencia puede ser utilizada. En este caso se encuentra que la potencia puede estar no equilibrada para ciertos vectores de precodificador en la transmision de flujo unica para los UE de MIMO. Para superar esto, el planificador de red puede utilizar solo precodificadores que mantienen la potencia equilibrada. Sin embargo, esto significaria que un peso no optimo se utiliza y por lo tanto llevaria a una degradacion de rendimiento.

Para resolver este problema se propone incluir una “restriccion de subconjunto de libro de codigos” similar a la que existe en LTE tambien para MIMO de HSDPA. De esta manera, la red puede restringir al UE de informar de los vectores de precodificador que elevan la utilizacion de potencia desigual entre las dos ramas.

El documento US 20090066577 A1 divulga un metodo y sistema para formar haces en un sistema de comunicacion de multiple entrada multiple salida que utiliza un libro de codigos. El metodo y sistema puede incluir un procesador en un nodo B que permite la generacion de una matriz de cancelacion de interferencia (WR). La matriz de cancelacion de interferencia, tambien denominada como filtro adaptado, puede permitir que una senal compuesta (Y) sea representada como una pluralidad de senales subsidiarias (yi), cada una de las cuales se transmite por el nodo B para su recepcion en una estacion de UE ith correspondiente. Cada una de las senales subsidiarias yi puede ser generada basandose en una correspondiente de una pluralidad de senales de flujo de datos (xi). El procesador puede permitir la generacion de una matriz de precodificacion (WT) basandose en la matriz precedente. Un transmisor dentro del nodo B puede permitir la generacion de una pluralidad de senales basandose en la matriz precedente. Las senales pueden ser transmitidas a traves de un medio de comunicacion inalambrica.

3GPP R1-095068 se refiere a restricciones de libro de codigos de MIMO para transmisiones de flujo unico. Cuando S-CPICH se configura desde la antena de transmision segunda, los dos PA ya no estan equilibrados en potencia, mientras que todos los canales aereos seran transmitidos desde la antena de transmision primera, junto con el P- CPICH. Con el fin de equilibrar en potencia los PA, se proponen metodos alternativos. Un metodo alternativo de MIMO equilibra la potencia de los dos PA en el nodo B para transmisiones no MIMO heredadas y transmisiones de MIMO de flujo unico y dual.

Sumario

Un problema para MIMO de acceso de paquetes a alta velocidad (HSPA) se refiere a como se manejan los usuarios de unica entrada unica salida (SISO) heredados. Un precodificador comun puede aplicarse tanto a transmisiones MIMO como a transmisiones no MIMO. El precodificador comun esta disenado de tal manera que la transmision SISO se mapea a ambos puertos de antena de transmision con el fin de utilizar ambos amplificadores de potencia. Sin embargo, debido a la ortogonalidad entre las senales SISO y las senales de MIMO precodificadas, no todos los precodificadores de flujo unico resultaran en la utilizacion total de ambos amplificadores de potencia, lo que conduce a un uso ineficaz de los amplificadores de potencia. Para dos de los cuatro posibles precodificadores, los flujos se transmiten en un unico puerto de antena. Para una utilizacion optima del amplificador de potencia, esto es indeseable y se ha propuesto una restriccion de libro de codigos para asegurar que no se utilicen los precodificadores no equilibrados. En el estandar LTE no hay problemas con los usuarios de SISO heredados.

La invencion introduce un mapeo fijo desde los puertos de antena en el transmisor a las antenas fisicas. Este mapeo fijo puede ser visto como un precodificador adicional que es comun para todas las senales. El proposito de este precodificador comun es asegurar que los flujos sean mapeados a antenas individuales para algunas opciones de precodificadores. Un metodo preferido es utilizar un precodificador comun que es el inverso de un precodificador

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particular en el libro de codigos utilizado. Los beneficios son dos: en primer lugar, los pilotos (en los actuales estandares LTE y HSPA), debido al precodificador comun, se transmitiran desde todas las antenas fisicas, lo que elimina la influencia del tiempo y las compensaciones de potencia entre las antenas. En segundo lugar, para algunas elecciones de precodificadores en los libros de codigos, cada uno de los flujos sera transmitido desde una unica antena. En estos casos, se minimizara el impacto negativo en el rendimiento del receptor MMSE en el tiempo o en el espacio, lo que conduce a un rendimiento mejorado de un unico flujo y multiples flujos.

De acuerdo con un primer aspecto de la invencion, se proporciona un dispositivo de antena para precodificar datos en un sistema de MIMO de acuerdo con la reivindicacion 1.

Como una opcion, el segundo precodificador realiza un accionamiento inverso al realizado por el precodificador de MIMO.

En una realizacion opcional, el segundo precodificador esta dispuesto en serie entre una pluralidad de amplificadores de potencia y la pluralidad de antenas fisicas. Alternativamente, el segundo precodificador esta dispuesto en serie ante una pluralidad de amplificadores de potencia y la pluralidad de antenas fisicas.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invencion, se proporciona un metodo para precodificar datos en un sistema de MIMO de acuerdo con la reivindicacion 5.

El segundo precodificador realiza opcionalmente un accionamiento inverso al realizado por el precodificador de MIMO.

El metodo opcionalmente comprende pasar el flujo de datos a traves del segundo precodificador antes de que pase a traves de un amplificador de potencia, o alternativamente pasar el flujo de datos a traves del segundo precodificador despues de que pase a traves de un amplificador de potencia.

De acuerdo con un tercer aspecto de la invencion, se proporciona una estacion base de radio que comprende un dispositivo de antena como se describe en el primer aspecto de la invencion.

La estacion base de radio opcionalmente comprende una memoria en forma de un medio legible por ordenador en el que se almacena un codigo legible por ordenador que, cuando se ejecuta en la estacion base de radio, hace que la estacion base de radio realice el metodo descrito en el segundo aspecto de la invencion.

De acuerdo con un cuarto aspecto de la invencion, se proporciona un dispositivo de usuario de acuerdo con la reivindicacion 10.

De acuerdo con un quinto aspecto de la invencion, se proporciona un programa informatico de acuerdo con la reivindicacion 11.

De acuerdo con un sexto aspecto de la invencion, se proporciona un producto de programa informatico que comprende un medio legible por ordenador y un programa informatico de acuerdo con la reivindicacion 12.

Breve desoripoion de Ios dibujos

La figura 1 ilustra esquematicamente en un diagrama de bloques un sistema de antena distribuida de la tecnica anterior;

la figura 2 ilustra esquematicamente en un diagrama de bloques un sistema de antena distribuida de acuerdo con una realizacion de la invencion;

la figura 3 ilustra esquematicamente en un diagrama de bloques un precodificador comun de acuerdo con una realizacion de la invencion;

la figura 4 es un grafico que muestra la eficacia espectral para la precodificacion con y sin un precodificador comun de acuerdo con las realizaciones de la invencion;

la figura 5 es un grafico que muestra las estadisticas del indicador de matriz de precodificacion y del indicador de rango con una relacion senal a ruido de 10 dB para precodificacion con y sin un precodificador comun de acuerdo con las realizaciones de la invencion;

la figura 6 es un grafico que muestra las estadisticas de indicador de matriz de precodificacion e indicador de rango con una relacion senal a ruido de 25 dB para precodificacion con y sin un precodificador comun de acuerdo con las realizaciones de la invencion;

la figura 7 es un grafico que muestra la propagacion de retardo RMS para mapear flujos a ambos puertos de antena,

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mapear flujos al puerto de antena mas fuerte utilizando un precodificador comun de acuerdo con una realizacion de la invencion y mapear flujos al puerto de antena mas debil utilizando un precodificador comun de acuerdo con una realizacion de la invencion;

la figura 8 es un grafico que muestra las funciones de distribucion acumulativa para la propagacion de retardo RMS para mapear flujos a ambos puertos de antena, mapear flujos al puerto de antena mas fuerte utilizando un precodificador comun de acuerdo con una realizacion de la invencion y mapear flujos al puerto de antena mas debil utilizando un precodificador comun de acuerdo con una realizacion de la invencion;

la figura 9 ilustra esquematicamente en un diagrama de bloques una estacion base de acuerdo con una realizacion de la invencion;

la figura 10 es un diagrama de flujo que muestra los pasos de las realizaciones de la invencion; y

la figura 11 ilustra esquematicamente en un diagrama de bloques un dispositivo de usuario de acuerdo con la realizacion de la invencion.

Desoripoion detallada

Una forma de reducir el coste de utilizar MIMO en una disposicion de antena distribuida es combinar un subconjunto de las antenas fisicas con cada puerto de antena. Esto puede hacerse de tal manera que aumente la verosimilitud de que las intensidades de senal de los canales inalambricos desde cada puerto de antena al dispositivo de usuario sean similares, resultando de este modo en buenas ganancias de MIMO. Una forma de conseguir esto es intercalando las antenas fisicas como se muestra en la figura 2. A diferencia de la disposicion mostrada en la figura 1, los pares de antenas conectados a los puertos 1 y 2 de la estacion base no estan dispuestos en la misma localizacion, sino entrelazados. Por supuesto, la disposicion de entrelazado se muestra a modo de ejemplo. Se apreciara que pueden utilizarse otras disposiciones en las que los pares de antenas conectadas a los puertos 1 y 2 no estan co-localizados.

Una desventaja de la disposicion mostrada en la figura 2 es que, debido al hecho de que las antenas conectadas a las puertas 1 y 2 no estan agrupadas como antenas co-localizadas, las longitudes de alimentacion de la estacion base a las antenas fisicas difieren, al igual que la propagacion de retardo por el aire. El resultado de esto es que el receptor en el dispositivo de usuario puede observar diferencias significativas de retardo entre los diferentes puertos de antena. De forma similar, es probable que se produzca una mayor selectividad de frecuencia debido a la propagacion de trayectos multiples resultante de las multiples antenas fisicas distribuidas.

Muchos estandares, como HSPA y LTE, estandarizan los libros de codigos para asegurar que cada flujo se distribuya a traves de multiples puertos de antena. Esto tendria dos consecuencias en el escenario representado en la figura 2:

1. Una diferencia de temporizacion entre las antenas se traduce en dispersion de tiempo en cada flujo. Los canales efectivos por los que se transmiten los flujos se convierten en mas selectivos de frecuencia, por lo que un esquema de precodificacion de bucle cerrado de banda ancha resultara en una perdida de rendimiento ya que ningun peso de precodificador sera optimo en toda la banda de frecuencias. LTE tiene disposiciones para un esquema de precodificacion selectiva de frecuencia, pero todavia hay un equilibrio entre la granularidad en el dominio de la frecuencia y el rendimiento. La precodificacion selectiva de frecuencia tambien aumenta la sobrecarga de senalizacion. Ademas, el rendimiento HSPA al utilizar la ecualizacion lineal en el dominio del tiempo en el receptor sufrira debido a la mayor dispersion del tiempo. Esto puede conducir a rendimientos decrecientes o incluso crear perdidas en las ganancias esperadas de la introduccion de MIMO.

Ademas, se transmiten senales piloto de enlace descendente (de la estacion base al dispositivo de usuario) en cada puerto de antena para permitir al dispositivo de usuario estimar la amplitud y la fase del canal desde cada antena. Esto es necesario para demodular los simbolos de datos enviados y tambien para permitir que el dispositivo de usuario seleccione un rango y libro de codigos preferidos. Sin embargo, la mayoria de los estandares requieren que la diferencia de retardo entre los puertos de antena (por ejemplo, entre pilotos) sea inferior a 65 ns. Dependiendo de donde se defina el puerto de antena, este requisito puede ser dificil de conseguir con un sistema de antena distribuida debido a las grandes variaciones en las longitudes de los alimentadores.

2. Una diferencia de potencia entre las antenas resultara en una mayor correlacion entre los flujos. Como un receptor de error cuadratico medio minimo (MMSE) lineal para MIMO es sensible a la correlacion entre flujos, el resultado sera probablemente una perdida de rendimiento en comparacion con un receptor optimo (ML). Por lo tanto, algunas de las ganancias de la introduccion de MIMO seran canceladas.

Con el fin de resolver estos problemas, se utiliza un precodificador comun. En la figura 3 se muestra un ejemplo de precodificador comun para el accionamiento en HSPA. Un precodificador de MIMO 7 [W1; W2; W3 y W4] proporciona un mapeo desde los flujos MIMO 1 y 2 a los puertos virtuales de antena v1 y v2 de acuerdo con un libro de codigos

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estandarizado. Las senales piloto enviadas en el canal piloto comun (P-CPICH) y el canal piloto comun secundario (S-CPICH) se anaden a los puertos de antena virtual. Un precodificador comun 8 [cn c12; c21 y c22] proporciona un mapeo desde los puertos de antena virtual V1, V2 a los puertos de antena fisica p1, p2.

A titulo ilustrativo, el libro de codigos MIMO para HSPA se especifica en el estandar tecnico 25.214 del proyecto asociacion de tercera generacion de la siguiente manera:

imagen1

Un dispositivo 9 de usuario receptor determina el peso W2 preferido y lo indica, junto con el numero preferido de flujos, a la estacion base.

Un accionamiento de MIMO en LTE es similar, pero utiliza un libro de codigos diferente que tambien admite hasta 4 antenas de transmision.

En contraste con las disposiciones de MIMO existentes, los flujos de MIMO respectivos pueden ser mapeados a un unico puerto fisico de antena. Por ejemplo, el flujo 1 de MIMO puede ser mapeado al puerto p1 de antena fisica, en cuyo caso el flujo 2 de MIMO es mapeado con el puerto p2 de antena fisica. Esto se consigue utilizando el precodificador comun 8 en combinacion con una seleccion especifica de precodificador desde el libro de codigos. De acuerdo con una implementacion de la invencion, el precodificador comun 8 es el inverso de uno de los posibles precodificadores MIMO. Por ejemplo, para HSPA, el precodificador comun es inverso ([W1; W2; W3 y W4]) para una eleccion de W2 (y W4). Para las cuatro opciones posibles de W2, los resultados seran los siguientes:

1. El flujo 1 es mapeado a p1 (y el flujo 2 es mapeado a p2)

2. El flujo 1 es mapeado a p2 (y el flujo 2 es mapeado a p1)

3. El flujo 1 es mapeado con la misma potencia a p1 y p2 (igual para el flujo 2)

4. El flujo 1 es mapeado con la misma potencia a p1 y p2 (igual para el flujo 2)

En circunstancias en las que hay retardo y/o compensaciones de potencia entre las antenas en los puertos p1 y p2, el canal de radio para el caso 1) y 2) anterior sera mas beneficioso para la comunicacion de MIMO debido a la transmision en una unica antena. Esto es particularmente ventajoso en la red de MIMO distribuida descrita anteriormente.

En una realizacion de la invencion, el precodificador comun 8 se coloca despues de los amplificadores 10, 11 de potencia para conseguir la utilizacion del amplificador de potencia completa cuando se transmite un unico flujo. Sin embargo, debido a cadenas de radio coherentes de no fase, podria ser necesario realizar el accionamiento de precodificador comun en una banda base, antes de que los flujos pasen a traves de amplificadores de potencia. En ese caso, un flujo mapeado a una unica antena solo utilizara un unico amplificador de potencia, lo que dara lugar a una menor potencia de salida. Por otro lado, un precodificador comun colocado antes de los amplificadores de potencia alcanzara la utilizacion del amplificador de potencia completa para los usuarios heredados de no MIMO en HSPA.

La relacion senal a ruido (SNR) por flujo de un receptor MMSE de MIMO viene dada por la ecuacion 4 siguiente:

imagen2

donde H es una matriz de canal de tamano Mr x Mt y p es la SNR. Mr es el numero de puertos de antena de recepcion y Mt es el numero de puertos de antena de transmision.

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El uso de un precodificador W da lugar a un canal eficaz H = HW y, por lo tanto, da como resultado un SNR r|k por flujo diferente. La capacidad C de Shannon (es decir, la cantidad maxima de informacion que se puede transmitir de

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forma fiable) de un enlace con las SNR

fjk is C = £log2(l + »7j.

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Para proporcionar ilustraciones ejemplares de la invencion, se ha evaluado una compensacion de potencia entre las antenas fisicas utilizando las expresiones anteriores. Se supone que el canal H comprende 2 x 2 (Mr x Mt) coeficientes de canal gaussiano complejos no correlacionados con una compensacion de 5 dB entre la potencia de las antenas transmisoras. Se ha utilizado el libro de codigos LTE y se ha aplicado el rango y precodificador que da la capacidad C de Shannon mas alta para cada realizacion de canal.

Se muestran tres casos en las figuras 4 a 6, el caso de referencia sin precodificador comun (denominado No CP en las figuras), un precodificador comun situado despues de los amplificadores de potencia, que requiere cadenas de radio calibradas (y denominado CP despues de los PA en las figuras), y un precodificador comun localizado antes de los amplificadores de potencia (referido como CP antes de los PA en las figuras).

Como se muestra en la figura 4, para una compensacion de potencia de transmision de 5 dB, un precodificador comun localizado despues de los amplificadores de potencia puede proporcionar ganancias significativas para todas las SNR. Como se muestra en las figuras 5 y 6, las estadisticas de indicador de matriz de precodificacion (PMI) e indicador de rango (Rl) indican que esto se debe a una utilizacion de energia mas eficaz para transmisiones de un unico flujo (se prefiere encarecidamente el precodificador que transmite toda la potencia al puerto de antena mas fuerte) y menos interferencia inter-flujo para transmisiones de dos flujos (se prefiere encarecidamente el precodificador que mapea un flujo por antena fisica). La figura 5 muestra las estadisticas PMI y Rl para la precodificacion utilizando el libro de codigos LTE 2 x 2, un receptor MMSE y una compensacion de potencia de 5 dB entre las antenas de transmision en una SNR de 10 dB y la figura 6 muestra las mismas estadisticas pero con una SNR de 25 dB.

Cuando el precodificador comun se coloca antes de los amplificadores de potencia, un flujo de MIMO que es mapeado a pi solo utilizara uno de los amplificadores de potencia. Esto no es un problema para la transmision de dos flujos ya que el otro flujo sera mapeado simultaneamente con el otro amplificador de potencia, permitiendo la utilizacion total de los recursos de energia disponibles. Sin embargo, cuando el dispositivo de usuario pide que se transmita un unico flujo, algunas elecciones de precodificador daran como resultado solo la mitad de la potencia disponible que se utiliza. Por lo tanto, estas elecciones particulares de precodificador son menos eficaces para proporcionar un canal adecuado al dispositivo de usuario y, por tanto, son menos probables de ser seleccionadas por el dispositivo de usuario. Esto a su vez reduce algunos de los beneficios de la precodificacion de bucle cerrado, dando como resultado una ligera perdida de aproximadamente 0,3-0,4 dB en comparacion con el accionamiento sin un precodificador comun. Sin embargo, en las SNR altas donde la transmision de dos flujos es predominantemente solicitada, esta desventaja desaparece y se observan ganancias.

La ganancia en un escenario de compensacion de retardo puede ilustrarse con referencia al sistema de antena distribuida ilustrado en la figura 2. En este hipotetico escenario existen nueve antenas fisicas en las que cada antena de numero impar esta conectada al puerto 1 de antena y cada antena de numero par esta conectada al puerto 2 de antena. Debido a los retardos de propagacion en la fibra optica y la red de alimentacion de RF, hay distancias de retardo entre las antenas fisicas, y el retardo de propagacion en el aire tambien diferira. El resultado es una mayor dispersion del tiempo.

Mediante el uso de un precodificador comun como se ha descrito anteriormente, los flujos mapeados a un unico puerto de antena experimentaran diferente dispersion de tiempo a flujos mapeados a ambos puertos de antena. La ventaja de transmitir un flujo en un puerto de antena solo puede verse en las figuras 7 y 8, que son graficas que muestran la propagacion de retardo de RMS y las funciones de distribucion acumulativa para la propagacion de retardo de RMS para mapear flujos a ambos puertos de antena, mapear flujos al puerto de antena mas fuerte utilizando un precodificador comun como se ha descrito anteriormente, y mapear flujos al puerto de antena mas debil utilizando un precodificador comun como se ha descrito anteriormente.

En comparacion con los flujos transmitidos a traves de ambos puertos de antena, un flujo transmitido en el puerto de antena mas fuerte experimenta aproximadamente la mitad de dispersion de tiempo. Esto deberia ser especialmente beneficioso para por ejemplo un receptor HSPA que utiliza un ecualizador lineal. Sin embargo, una desventaja es la mayor dispersion de tiempo en el segundo flujo (mas debil). En otras palabras, la presente invencion hace que la ecualizacion de la dispersion del tiempo sea mas facil en el flujo mas fuerte, y mas dificil en el flujo mas debil. Como el flujo mas fuerte puede transportar mas datos que el flujo mas debil, y el dispositivo de usuario solicita solamente la transmision de dos flujos cuando la SNR es lo suficientemente alta, se puede esperar un efecto neto positivo, particularmente en las SNR mas bajas.

A modo de ejemplo, se ilustra una estacion base 12 en la figura 9. La estacion base 12 esta conectada a una pluralidad de antenas fisicas 13. Un microprocesador 14 implementa el accionamiento del precodificador de MIMO 7

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y el precodificador comun 8 como se ha descrito anteriormente. Tambien se proporciona una memoria 15 en forma de un medio legible por ordenador. Un programa 16 se almacena en la memoria. Cuando el programa es ejecutado por el procesador 14, hace que el procesador realice los accionamientos de precodificacion descritos anteriormente.

La figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra los pasos de la invencion, con la siguiente numeracion correspondiente a la de la figura 10:

51. El precodificador de MIMO 7 realiza un accionamiento de precodificacion.

52. El precodificador comun 8 realiza un accionamiento de precodificacion inversa para mapear flujos de datos MIMO a antenas individuales.

53. Los flujos de datos MIMO pasan a traves de los amplificadores 10, 11 de potencia.

Los pasos anteriores pueden realizarse en cualquier orden, y no estan limitados por el orden presentado anteriormente. En particular, el paso S3 puede preceder al paso S2, tal como cuando el paso S2 se realiza en RF utilizando un circuito pasivo tal como un combinador hibrido de 90 grados o un dispositivo de puerto multiple similar. Cuando el paso S2 se realiza antes del paso S3, se realiza preferentemente en la banda base utilizando el procesamiento de senal digital.

La invencion compensa y reduce el impacto de los desajustes introducidos del despliegue de multiples antenas en senales MIMO de multiples flujos, especificamente en las areas de compensacion de temporizacion de senales, por ejemplo creando una propagacion de retardo inducido de la senal recibida y en el area de desequilibrio de potencia desde multiples antenas,

Los desajustes introducidos del despliegue descrito anteriormente pueden esperarse especificamente en sistemas de antenas distribuidas en ambientes interiores y la invencion puede crear implementaciones rentables que soporten transmisiones de multiples flujos como se ha descrito anteriormente. Sin embargo, la invencion propuesta no se limita al tipo de escenario o ambiente anterior, sino que tambien puede utilizarse para un enlace ascendente MIMO con diferentes restricciones de implementacion en un tipo de factor de forma pequeno de dispositivo de usuario. Por ejemplo, la figura 11 ilustra un dispositivo 9 de usuario que esta provisto de una pluralidad de antenas fisicas 17. Un microprocesador 18 controla el accionamiento de un precodificador de MIMO 7 y un precodificador comun 8 como se ha descrito anteriormente. Tambien se proporciona una memoria 19 en forma de un medio legible por ordenador. Un programa 20 se almacena en la memoria. Cuando el programa 20 es ejecutado por el procesador 18, hace que el procesador 18 realice los accionamientos de precodificacion descritos anteriormente.

Una persona experta en la tecnica apreciara que se pueden hacer diversas modificaciones a las realizaciones descritas anteriormente sin apartarse del alcance de la presente invencion como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Las siguientes abreviaturas se han utilizado en la descripcion anterior:

3GPP

HSPA

LTE

MIMO

ML

MMSE

P-CPICH

S-CPICH

SISO

SNR

Proyecto asociacion de tercera generacion

Acceso de paquetes a alta velocidad

Evolucion a largo plazo

Multiple entrada multiple salida

Maxima verosimilitud

Error cuadratico medio minimo

Canal piloto comun

Canal piloto comun secundario

Unica entrada unica salida

Relacion senal a ruido

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

reivindicaciones

1. - Un dispositivo de antena para precodificar datos en un sistema multiple entrada multiple salida, comprendiendo el dispositivo de antena:

una pluralidad de antenas fisicas, cuya pluralidad de antenas fisicas son para un sistema de antena distribuida;

un precodificador (7) de multiple entrada multiple salida, teniendo el precodificador de multiple entrada multiple salida una pluralidad de entradas para una pluralidad de flujos de datos y una pluralidad de salidas para la pluralidad de flujos de datos;

un precodificador segundo (8) dispuesto en serie con el precodificador de multiple entrada multiple salida, el precodificador segundo esta dispuesto para mapear un flujo de datos a una salida asociada con un puerto de antena fisica asociado con al menos una de la pluralidad de antenas fisicas;

en el que el precodificador segundo (8) esta ademas dispuesto para mapear todas las senales piloto de flujo de datos a cada puerto de antena fisica asociado con la pluralidad de antenas fisicas, en el que los pesos (cii, ci2, c2i, c22) del precodificador segundo se adaptan para reducir una diferencia de temporizacion y una diferencia de potencia entre la pluralidad de antenas fisicas para el sistema de antena distribuida.
2. - El dispositivo de antena de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el precodificador segundo (8) realiza un accionamiento inverso al realizado por el precodificador (7) de multiple entrada multiple salida.
3. - El dispositivo de antena de acuerdo con cualquier de las reivindicaciones 1-2, en el que el precodificador segundo (8) es dispuesto en serie entre una pluralidad de amplificadores (10, 11) de potencia y la pluralidad de antenas fisicas.
4. - El dispositivo de antena de acuerdo con cualquier de las reivindicaciones 1-2, en el que el precodificador segundo es dispuesto en serie entre una pluralidad de amplificadores (10, 11) de potencia y la pluralidad de antenas fisicas.
5. - Un metodo para precodificar datos en un sistema de multiple entrada multiple salida con una pluralidad de antenas fisicas para un sistema de antena distribuida, comprendiendo el metodo:

proporcionar (1) un precodificador de multiple entrada multiple salida, teniendo el precodificador de multiple entrada multiple salida una pluralidad de entradas para una pluralidad de flujos de datos y una pluralidad de salidas para la pluralidad de flujos de datos;

en un precodificador segundo dispuesto en serie con el precodificador de multiple entrada multiple salida, mapear (S2) un flujo de datos a una salida asociada con un puerto de antena fisica asociado con al menos una de la pluralidad de antenas fisicas para el sistema de antena distribuida;

en el que, en el precodificador segundo, mapear todas las senales piloto de flujo de datos a cada puerto de antena fisica asociado con la pluralidad de antenas fisicas, en el que los pesos (cn, c12, c21, c22) del precodificador segundo (8) se adaptan para reducir una diferencia de temporizacion y una diferencia de potencia entre la pluralidad de antenas fisicas para el sistema de antena distribuida.
6. - El metodo de acuerdo con la reivindicacion 5, que comprende, en el precodificador segundo, realizar (S2) un accionamiento inverso al realizado por el precodificador de multiple entrada multiple salida.
7. - El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-6, que comprende ademas pasar el flujo de datos a traves del precodificador segundo antes de que pase a traves del amplificador de potencia.
8. - El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-6, que comprende ademas pasar el flujo de datos a traves del precodificador segundo despues de que pase a traves del amplificador de potencia.
9. - Una estacion base de radio que comprende un dispositivo de antena de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
10. - Un dispositivo (9) de usuario para precodificar datos en un sistema de multiple entrada multiple salida, comprendiendo el dispositivo (9) de usuario:

una pluralidad de antenas fisicas (17);

un precodificador (7) de multiple entrada multiple salida, teniendo el precodificador de multiple entrada multiple salida una pluralidad de entradas para una pluralidad de flujos de datos y una pluralidad de salidas para la pluralidad

de flujos de datos;

un precodificador segundo (8) dispuesto en serie con el precodificador de multiple entrada multiple salida, el precodificador segundo esta dispuesto para mapear un flujo de datos a una salida asociada con una antena fisica 5 individual de la pluralidad de antenas fisicas;

un microprocesador (18) para controlar un accionamiento del precodificador (7) de multiple entrada multiple salida y el precodificador segundo (8);

10 en el que el precodificador segundo (8) es ademas dispuesto para mapear todas las senales piloto de flujo de datos a cada puerto de antena fisica asociado con la pluralidad de antenas fisicas, en el que los pesos (cii, ci2, c2i, c22) del precodificador segundo (8) se adaptan para reducir una diferencia de temporizacion y una diferencia de potencia entre la pluralidad de antenas fisicas para el sistema de antena distribuida.

15 11.- Un programa informatico (16), que comprende codigo legible por ordenador, cuyo codigo legible por ordenador,

cuando se ejecuta en una estacion base (12) de radio, hace que la estacion base (12) de radio realice el metodo de cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8.
12.- Un producto de programa informatico que comprende un medio legible por ordenador (15) y un programa 20 informatico de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que el programa informatico se almacena en el medio legible por ordenador.