MX2007009982A

MX2007009982A - Metodo y aparato para seleccionar una combinacion de haces de antenas con multiples entradas y multiples salidas.

Info

Publication number: MX2007009982A
Application number: MX2007009982A
Authority: MX
Inventors: Inhyok Cha; Yingxue Li; Jungwoo Lee
Original assignee: Interdigital Tech Corp
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-09-27
Also published as: US20060264184A1; WO2006088984A3; KR20070100798A; WO2006088984A2; KR20070094670A; EP1867054A4; JP2008530956A; EP1867054A2; CA2598477A1; NO20074632L

Abstract

Se describen un metodo y aparato para seleccionar una combinacion de haces de antenas con multiples entradas y multiples salidas (MIMO). Una unidad transmisora/receptora inalambrica (WTRU) incluye una pluralidad de antenas para generar una pluralidad de haces con el fin de soportar MIMO. Al menos una antena esta configurada para generar multiples haces, de tal manera que se pueden producir varias combinaciones de haces y una combinacion deseada de haces, seleccionada para conducir la comunicacion inalambrica con otra WTRU. Se mide una metrica de la calidad con respecto a cada una o subgrupo de las combinaciones posibles de haces. Una combinacion deseada de haces para la transmision y recepcion MIMO se selecciona con base en las mediciones de la metrica de la calidad.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA SELECCIONAR UNA COMBINACIÓN DE HACES DE ANTENAS CON MÚLTIPLES ENTRADAS Y MÚLTIPLES SALIDAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una tecnología de antena inteligente en sistemas de comunicación inalámbricos. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método y aparato para seleccionar una combinación de haces de antenas con múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sistemas de comunicación inalámbricos son bien conocidos en la técnica. Generalmente, tales sistemas comprenden estaciones de comunicación, las cuales transmiten y reciben señales de comunicación inalámbrica entre sí. Típicamente, se proporciona una red de estaciones base (o puntos de acceso (AP) ) , en donde cada estación base (o AP) , es capaz de conducir comunicaciones inalámbricas concurrentes con unidades transmisoras/receptoras inalámbricas (WTRU) móviles, configuradas apropiadamente, así como múltiples estaciones base (o AP) configuradas apropiadamente. Algunas WTRU móviles alternativamente pueden estar configuradas para conducir comunicaciones inalámbricas directamente entre sí, es decir, sin que sean retransmitidas a través de una red por medio de una estación base (o AP) . Éstas se denominan comúnmente comunicaciones inalámbricas entre iguales. En donde una WTRU móvil está configurada para comunicarse directamente con otra WTRU móvil, puede también por sí misma estar configurada como tal y funcionar como una estación base (o AP) . Las WTRU móviles pueden estar configuradas para utilizarse en redes múltiples, tanto con capacidades de comunicaciones en red como entre iguales. El término "AP" como se utiliza en la presente incluye, sin restricción, una estación base, un Nodo B, un controlador de sitio u otro dispositivo de interfaz en un ambiente inalámbrico que les proporciona a las WTRU móviles acceso inalámbrico a una red con la cual está asociada la AP. El término "WTRU móvil" como se utiliza en la presente incluye, sin restricción, un equipo de usuario, una estación móvil, una unidad de suscriptor móvil, un llamador o cualquier otro tipo de dispositivo capaz de operar en un ambiente inalámbrico. Tales WTRU móviles incluyen dispositivos de comunicación personal, tales como teléfonos, videoteléfonos, y teléfonos habilitados para Internet que tienen conexiones de red. Además, las WTRU móviles incluyen dispositivos de computadora personal portátil, tales como asistentes de datos personales (PDA) y computadoras agendas con módems inalámbricos que tienen capacidades de red similares. Las WTRU móviles que son portátiles o pueden cambiar sitio de otra manera, se denominan unidades móviles. Un tipo de sistema inalámbrico, denominado una red de área local inalámbrica (WLAN) , se puede configurar para conducir comunicaciones inalámbricas con WTRU móviles equipadas con módems WLAN que también son capaces de conducir comunicaciones entre iguales con WTRU móviles equipadas similarmente. Actualmente, los módems de WLAN se están integrando en muchas comunicaciones tradicionales y dispositivos de cómputo por los fabricantes. Por ejemplo, los teléfonos celulares, los asistentes digitales personales, y las computadoras portátiles o laptop están siendo construidos con uno o más módems de WLAN. Los ambientes de WLAN populares con uno o varios AP están constituidos de acuerdo a la familia de estándares IEEE 802. El acceso a estas redes usualmente requiere procedimientos de autenticación del usuario. Los protocolos para tales sistemas actualmente están siendo estandarizados en el área de tecnología de WLAN tal como el marco de protocolos provisto en la familia de estándares IEEE 802. La figura 1 ilustra un ambiente de comunicación inalámbrico convencional en el cual las WTRU móviles 14 conducen comunicaciones inalámbricas a través de una estación de red, en este caso un AP 12 de una WLAN 10. Como se indica por la flecha en línea gruesa en la figura 1, el AP 12 está conectado con otra infraestructura de red de la WLAN tal como un controlador de acceso (AC) . El AP 12 se muestra conduciendo comunicaciones con cinco WTRU móviles 14. Las comunicaciones se coordinan y se sincronizan a través del AP 12. Tal configuración también se denomina un grupo de servicios básicos (BSS) dentro de los contextos de WLAN. En el contexto celular inalámbrico, un estándar actual usado ampliamente se conoce como Sistema Global para Telecomunicaciones Móviles (GSM) . Éste se considera como un estándar de sistema de radio móvil denominado de segunda generación (2G) y le siguió su revisión (2.5G). El Servicio de Radio de Paquete General (GPRS) y Datos Mejorados para Evolución de GSM (EDGE) son ejemplos de tecnologías 2.5G que ofrecen servicio de datos a velocidad relativamente alta en la parte superior de redes GSM (2G) . Cada uno de estos estándares busca mejorar sobre el estándar anterior, con características y mejoramientos adicionales. En enero de 1998, El Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones - Grupo Móvil Especial (ETSI SMG) estuvo de acuerdo en un esquema de acceso de radio para sistemas de radio de tercera generación denominados Sistemas de Telecomunicaciones Móviles Universales (UMTS) . Para después implementar el estándar UMTS, se formó en diciembre de 1998 el Proyecto de Sociedad de tercera generación (3GPP) . 3GPP continúa funcionando en un estándar de radio móvil de tercera generación, común. Además de los estándares 3GPP, los estándares 3GPP2 están siendo desarrollados para utilizar IP móvil en una red de núcleo para la movilidad. Mucha investigación de los sistemas de comunicación inalámbricos ha sido motivada por el deseo de reducir los errores en la comunicación, mejorar el intervalo y el rendimiento, y minimizar los costos. Avances más recientes se han hecho posibles mediante el aprovechamiento de la diversidad en el tiempo, la frecuencia y las dimensiones de código de las señales de comunicación. La Patente de los Estados Unidos No. 5,614,914, que se expidió el 25 de marzo de 1997 y fue cedida a la cesionaria de la presente invención, es un ejemplo de la utilización de diversidad para mejorar comunicaciones inalámbricas. Desde mediados de los 1990, el desarrollo de Sistemas con Múltiples entradas y Múltiples salidas (MIMO) ha conducido a incrementar el rendimiento sin incrementar la energía de transmisión o la anchura de banda, mediante el aprovechamiento de la diversidad espacial del canal de comunicación inalámbrico. MIMO es una de las técnicas más promisorias en las comunicaciones inalámbricas. Diferente a las técnicas de antena inteligente, tradicionales que tienen como objetivo mitigar el desvanecimiento de trayectos múltiples dañinos y aumentar la robustez de una corriente de datos simples, MIMO toma ventaja del desvanecimiento de trayectos múltiples para transmitir y recibir múltiples corrientes de datos simultáneamente. Teóricamente, la capacidad en un sistema MIMO se incrementa linealmente con el número de antenas transmisoras y receptoras. Está siendo considerado MIMO por numerosos estándares de comunicación de datos inalámbricos, tales como IEEE 802. lln y acceso múltiple de división de códigos de banda ancha (WCDMA) de 3GPP. Para un número dado de cadena transceptora, cuando se utiliza multiplexión espacial, disminuye la ganancia de la diversidad. Por lo tanto, el enlace de datos se vuelve menos confiable y el sistema puede retroceder al modo de corriente de datos simple. Para mejorar la calidad de enlace para múltiples corrientes de datos, se pueden utilizar más cadenas transceptoras. No obstante, esto da como resultado mayor costo. La presente invención logra diversidad espacial en un sistema MIMO sin agregar cadenas transceptoras extra.

BREVE DESCRPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método y a un aparato para seleccionar una combinación de haces de antenas MIMO. Una WTRU (que incluye una estación base, un AP y una WTRU móvil) , incluye una pluralidad de antenas para generar una pluralidad de haces para soportar MIMO. Al menos una antena está configurada para generar haces múltiples, de tal modo que se puede seleccionar una combinación de haces. Se mide una métrica de calidad en cada uno o en cada subgrupo de los haces o combinaciones de haces, mientras se conmuta una combinación de haces. Una combinación deseada de haces para transmisión y recepción MIMO se selecciona con base en la métrica de la calidad. De acuerdo con un método preferido de comunicación inalámbrica en un sistema de comunicación inalámbrico MIMO, se proporciona una primera WTRU con una pluralidad de antenas. Al menos una de las antenas es capaz de producir una pluralidad de haces, de tal modo que la primera WTRU es capaz de producir una pluralidad de diferentes combinaciones de haces para comunicación inalámbrica MIMO. La primera WTRU forma una combinación de haces utilizando la pluralidad de antenas en conexión con una comunicación inalámbrica MIMO con una segunda WTRU. La primera WTRU mide una métrica de calidad seleccionada con respecto a la combinación de haces. La primera WTRU entonces repite las etapas de formación y medición con respecto a una o más de las combinaciones diferentes de haces, para producir una pluralidad de mediciones de la métrica de la calidad. La primera WTRU después selecciona una combinación deseada de haces para comunicaciones inalámbricas MIMO con la segunda WTRU, con base en las mediciones de la métrica de la calidad. Cualquiera de la primera o la segunda WTRU puede ser una estación base o un AP de una WLAN. Alternativamente, el método se puede realizar con respecto a una combinación inalámbrica MIMO con respecto a WTRUs que conducen comunicación inalámbrica en una red ad hoc. Preferentemente, el método se repite periódicamente para seleccionar una nueva combinación deseada de haces con base en las mediciones de la métrica de la calidad actualizadas. A este respecto, una métrica de la calidad se monitoriza preferentemente mientras se conduce la comunicación inalámbrica MIMO utilizando la combinación seleccionada de haz, deseada y el método se repite para seleccionar una combinación deseada de haces, actualizada cuando la métrica de la calidad monitoreada cambia por una cantidad de umbral predeterminado. La medición de una métrica de la calidad preferentemente incluye medir una o varias métricas del grupo de métricas que incluyen estimación del canal, una proporción de señal a ruido e interferencia (SNIR) , un indicador de la potencia de la señal recibida (RSSI), un rendimiento de datos a corto plazo, una proporción de error de paquete, una proporción de datos y un modo de operación de la WTRU. En donde la WTRU utiliza un modo de operación de multiplexión espacial, la métrica de la calidad medida es preferentemente una SNIR y la WTRU preferentemente utiliza una SNIR de una corriente de datos más débil, como un criterio de selección de haz. Alternativamente, en donde la WTRU utiliza un modo de operación de multiplexión espacial, la métrica de la calidad puede ser un valor singular de una matriz de canal y la WTRU entonces utiliza preferentemente un valor singular mínimo de una matriz de canal como un criterio de selección de haz. En donde la WTRU utiliza un modo de operación de diversidad de transmisión, la medición de una métrica de la calidad preferentemente incluye medir una SNIR combinada de cada una de las combinaciones de haces, y la WTRU preferentemente utiliza la SNIR combinada como criterio de selección de haz. Una alternativa en donde la WTRU utiliza un modo de operación de diversidad de transmisión, la medición de una métrica de calidad puede incluir calcular una norma de Frobenius de una matriz de canal, y la WTRU utiliza la norma de Frobenius de una matriz de canal como el criterio de selección de haz. De acuerdo con otra modalidad, la WTRU está provista con una pluralidad de antenas, y la WTRU realiza la formación de haz de frecuencia de radio (RF) para generar una pluralidad de haces. La WTRU mide una métrica de la calidad en cada uno de los haces y selecciona un subgrupo de los haces en conexión con una comunicación inalámbrica MIMO con otra WTRU, con base en la métrica de la calidad. En otro aspecto de la invención, se proporciona una WTRU configurada para la comunicación inalámbrica MIMO. La WTRU comprende una pluralidad de antenas, un componente de control de la selección del haz de la antena, un transceptor y un selector de haz. Al menos una antena está configurada para generar múltiples haces, de tal manera que la WTRU es capaz de producir una pluralidad de las diferentes combinaciones de haces para la comunicación inalámbrica MIMO. El componente para el control de la selección de haz de antena está configurado para controlar las antenas, para producir las combinaciones seleccionadas de haces. El transceptor está configurado para procesar datos para la transmisión y recepción a través de las antenas. El transceptor incluye una unidad para medición de la métrica de la calidad, configurada para medir una métrica de la calidad de las señales de comunicación inalámbrica MIMO. El selector de haz está acoplado al componente de control de la selección del haz de antena y el transceptor y está configurado para seleccionar una combinación deseada de haz para la transmisión y recepción MIMO, con base en las mediciones de la métrica de la calidad. Las antenas pueden ser antenas parásitas conmutadas (SPA) o antenas de arreglo en fase. Alternativamente, cada una de las antenas puede comprender múltiples antenas omnidireccionales . Preferentemente, las antenas están configuradas para asegurar que el traslape de los haces generados por las antenas, se minimice. Preferentemente, el selector de haz está configurado para seleccionar periódicamente una combinación actualizada, deseada de haces, con base en las mediciones de la métrica de la calidad. A este respecto, el transceptor está configurado para monitorizar una métrica de la calidad durante la comunicación inalámbrica MIMO utilizando la combinación de haces actualmente seleccionada y el selector de haz está configurado para disparar la selección de una nueva combinación deseada de haces cuando la métrica de la calidad monitoreada cambia por una cantidad umbral predeterminada. La unidad para medición de la métrica de la calidad está configurada para medir una o varias de las métricas de la calidad de un grupo de métricas de la calidad que incluyen estimación de canal, una SNIR, un RSSI, un rendimiento de datos a corto plazo, una proporción de error de paquete, una proporción de datos y un modo de operación de la WTRU. La WTRU puede estar configurada para utilizar un modo de operación de multiplexión espacial. En este caso, la unidad para medición de la métrica de la calidad está configurada para medir una SNIR y el selector de haz está configurado para utilizar una SNIR de una corriente de datos más débil, como un criterio de selección de haz. Alternativamente, la unidad para medición de la métrica de la calidad puede estar configurada para medir un valor singular de una matriz de canal, y el selector de haz puede estar configurado para utilizar un valor singular mínimo de una matriz de canal como un criterio de selección de haz. La WTRU puede estar configurada para utilizar un modo de operación de diversidad de transmisión. En tal caso, la unidad para medición de la métrica de la calidad está configurada para medir una SNIR combinada de cada una de las combinaciones de haces, y el selector de haz está configurado para utilizar la SNIR combinada como criterio de selección de haz. Alternativamente, la unidad para medición de la métrica de la calidad puede estar configurada para medir una norma de Frobenius de una matriz de canal, y el selector de haz puede estar configurado para utilizar la norma de Frobenius de una matriz de canal como el criterio de selección de haz. La WTRU puede ser una estación base de una red inalámbrica, un AP de una WLAN o una WTRU móvil. La WTRU puede estar configurada para conducir comunicación inalámbrica entre varias WTRU en una red ad hoc. De acuerdo con otra modalidad, la WTRU comprende una pluralidad de antenas, un formador de haz de RF, un componente para controlar la selección de haz, un transceptor y un selector de haz. El formador de haz de RF está configurado para realizar una formación de haz de RF, para generar una pluralidad de haces. El componente para controlar la selección de haz selecciona un subgrupo de haces entre los haces generados. El transceptor procesa los datos para la transmisión y recepción a través de las antenas. El transceptor incluye una unidad para la medición de la métrica de la calidad, configurada para medir una métrica de la calidad en cada uno de los haces. El selector de haz está acoplado al componente para controlar la selección de haz y el transceptor está configurado para seleccionar un subgrupo de los haces para la transmisión y recepción MIMO con base en las mediciones de la métrica de la calidad.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un diagrama general del sistema, que ilustra la comunicación inalámbrica convencional en una WLAN . La figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema que incluye un AP y una WTRU de acuerdo con la presente invención. La figura 3 muestra un patrón de haz ejemplar y orientación, generado por las antenas de acuerdo con la presente invención. La figura 4 es un diagrama de flujo de un proceso para seleccionar una combinación de haces de antenas MIMO de acuerdo con la presente invención. La figura 5 es un diagrama de bloques de una WTRU de acuerdo con otra modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS De aquí en adelante, la terminología "WTRU" incluye una estación base, una WTRU móvil y sus equivalentes, tal como un AP, un Nodo B, un controlador de sitio, un equipo de usuario, una estación móvil, una unidad de suscriptor móvil, un llamador, que pueden o no ser capaces de comunicarse en una red ad hoc.

La figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de comunicación inalámbrico que incluye una primera WTRU 210 y una segunda WTRU 220 de acuerdo con la presente invención. De aquí en adelante, la presente invención se explicará con referencia a la transmisión de enlace descendente desde un AP como la primera WTRU 210 a la WTRU 220. Sin embargo, la presente invención es aplicable igualmente tanto a transmisiones de enlace ascendente como de enlace descendente en donde cualquier WTRU 210 ó WTRU 220 es una estación base, así como para configuraciones en donde la WTRU 210 está en comunicación directa con la WTRU 220 en una red ad hoc. El AP 210 incluye un transceptor 212 y una pluralidad de antenas 214A-214N. La WTRU 220 incluye un transceptor 222, un selector de haz 224 y una pluralidad de antenas 226a-226m. Al menos una de las antenas 226a-226m genera múltiples haces. Una combinación de haces se selecciona por el selector de haz 224 para transmisión y recepción MIMO. La combinación seleccionada de haces se genera por las antenas a través de los circuitos de control para selección de haz de antena 226 de acuerdo con una salida de señal de control a través de • un acoplamiento 225 a partir del selector de haz 224. El selector de haz 224 selecciona una combinación particular de haces, con base en la métrica de la calidad, generada por una unidad para medición de la métrica de la calidad 230 en el transceptor 222, como se explica con detalle más adelante. Los componentes de la WTRU de la presente invención pueden estar incorporados en un circuito integrado (IC) o estar configurados en un circuito que comprende una multitud de componentes de interconexión. Para simplicidad, la figura 2 ilustra una WTRU 220 equipada con múltiples antenas, cada una de las cuales genera tres (3) haces. Sin embargo, la configuración mostrada en la figura 1 se proporciona como un ejemplo, no como una limitación. Cualquier número de haces se puede generar por cualquiera de las antenas, siempre y cuando al menos unas de las antenas esté configurada para generar más de un haz. El AP 210 también puede incluir un selector de haz para controlar la generación y selección de haces como la WTRU 220. Las antenas 226a-226m pueden ser antenas parásitas conmutadas (SPA) , antenas de arreglo en fase, o cualquier tipo de antenas formadoras de haces direccionales. Una SPA es de tamaño compacto, lo que la hace adecuada para dispositivos de WLAN. Si se utiliza una SPA, se puede utilizar un elemento de antena activa simple, en conjunto con uno o varios elementos de antena pasiva. Al ajustar las impedancias de los elementos de antena pasiva, el patrón de haz de antenas se puede ajustar y el ajuste de la impedancia se puede realizar mediante el control de un grupo de conmutadores conectados a los elementos de antena. Alternativamente, las antenas pueden estar compuestas, incluyendo antenas múltiples la cuales todas pueden ser antenas omnidireccionales. Por ejemplo, se pueden utilizar tres antenas omnidireccionales que tengan un espacio físico seleccionado para cada una de las antenas 216a-216m y las antenas omnidireccionales se pueden conmutar en encendido y apagado de acuerdo con una señal de control proveniente del selector de haz 224 para definir diferentes combinaciones de haces. Los bitios de información recibidos a través de una entrada 211 son procesados por el transceptor de AP 212 y las señales de frecuencia de radio (RF) resultantes son transmitidas a través de las antenas 214A-214N. Las señales de RF transmitidas son recibidas por las antenas 226a-226m de la WTRU 220, después de propagarse a través del medio inalámbrico. Las señales recibidas respectivas son transportadas a través de los trayectos de datos 223a-223m al transceptor 222 de la WTRU que procesa la señal y envía de salida los datos a través de la salida 221. Diferente a un sistema MIMO de la técnica anterior, en donde cada antena solamente tiene un patrón fijo, simple de haces, al menos una de las' antenas 226a- 226m es capaz de generar múltiples haces. En el ejemplo de la figura 2, la antena 226a genera tres haces al, a2, a3 y la antena 226m genera tres haces ml, m2, m3. Todos los haces generados pueden ser haces direccionales, como se muestra en la figura 2, o pueden incluir un haz omnidireccional . Para maximizar el beneficio de la selección de haz, es preferible minimizar el traslape del haz, de los haces generados por las antenas adyacentes. La figura 3 muestra un patrón y orientación de haz ejemplar. Una antena, tal como la antena 226a, genera un haz omnidireccional a2 y dos haces direccionales al, a3, y otra antena, tal como la antena 226m, genera un haz omnidireccional m2 y dos haces direccionales mi, m3. La orientación de los haces al, a3 y los haces ml, m3 se desvían, por ejemplo, 90° como se muestra en la figura 3, cada uno en azimut, de tal manera que se minimiza el traslape de los haces direccionales al, a3, ml, m3. Durante la operación, la unidad para medición de la métrica de la calidad 230 mide una métrica de la calidad, seleccionada en cada uno de los haces de antena o combinaciones de haces (o subgrupo de combinaciones de haces) , y envía de salida un dato de medición de la métrica de la calidad a través de la línea 227 hacia el selector de haz 224. El selector de haz 224 elige una combinación deseada de haces para las comunicaciones de datos con el AP 210, con base en la medición de la métrica de la calidad. Se pueden utilizar varias métricas de la calidad para determinar una selección deseada de haz. La capa física, la capa de control de acceso medio (MAC) o las métricas de la capa superior, son adecuadas. Las métricas de la calidad preferidas incluyen, sin restricción, estimaciones de canal, una proporción de señal a ruido e interferencia (SNIR) , un indicador de potencia de señal recibida (RSSI), un rendimiento de datos a corto plazo, una proporción de error de paquete, una proporción de datos, un modo de operación de la WTRU, o similares. En la implementación de MIMO, la WTRU 220 puede operar ya sea en un modo de multiplexión espacial o en un modo de diversidad espacial. En el modo de multiplexión espacial, el AP 210 transmite múltiples corrientes de datos independientes, para maximizar el rendimiento de los datos. Típicamente, se obtiene una matriz H de canal MxN, de la forma: en donde los subíndices de los elementos h representan contribuciones atribuibles para cada uno de los agrupamientos por pares de antenas entre las antenas 214A- 214N del AP y las antenas 226a-226m de la WTRU 220. Mientras tanto en el modo de diversidad espacial, el AP 210 transmite una corriente de datos simple a través de múltiples antenas. Dependiendo del modo de operación, la WTRU 220 está configurada para seleccionar una métrica de la calidad apropiada o una combinación de métricas de la calidad, para utilizarse en la selección de una combinación deseada de haz. La selección de la combinación de haces puede basarse en todas las combinaciones posibles de haces o puede basarse en un subgrupo limitado de combinaciones de haces. Por ejemplo, en donde múltiples antenas son capaces de generar tanto haces direccionales como omnidireccionales, las combinaciones seleccionables de haces podrían limitarse a combinaciones en donde solamente una de las antenas genere un haz omnidireccional. Si la WTRU 220 opera en el modo de multiplexión espacial y se obtiene confiablemente una matriz de canal para cada combinación de haces, la WTRU 220 preferentemente realiza la descomposición de valor singular (SVD) en las matrices de canal y selecciona una combinación de haces, con base en los valores singulares de las matrices de canal. Ya que se determina una capacidad de canal por el valor singular más pequeño de la matriz de canal, la WTRU 220 compara los valores singulares más pequeños de las matrices de canal y selecciona la combinación de haces, asociada con la matriz de canal que tiene el valor singular más grande entre los valores singulares más pequeños de las matrices de canal. Si en el ejemplo de la figura 2 existen solamente dos antenas 224A, 224N del AP y dos antenas 226a, 226m de la WTRU, en donde la antena 226a de la WTRU puede generar tres haces al, a2, a3 y la antena 226m de la WTRU puede generar tres haces ml, m2, m3, como se ilustra en la figura 3, se generan nueve (9) matrices H de canal 2x2 de la forma: en donde los subíndices de los elementos h representan contribuciones atribuibles a cada agrupamiento por pares de antenas entre las antenas AP 214A, 214N y una combinación de haces por las antenas WTRU para la antena 226a de la WTRU, generando el haz ai, en donde ai es el haz al, a2 ó a3 y la antena 226m de la WTRU genera el haz mj , en donde mj es el haz ml, m2 ó m3. Se realiza la SVD sobre cada matriz de canal H y se Obtienen dos valores singulares para cada matriz de canal H. Preferentemente, la WTRU 220 compara los valores singulares más pequeños de las nueve matrices de canal y selecciona la matriz de canal que tiene el valor más grande Con respecto a este ejemplo específico, una limitación potencial para criterios de selección podría ser no permitir las combinaciones de haces en donde ambas antenas de la WTRU generen haces omnidireccionales. De acuerdo con el ejemplo de la figura 3, esto ocurriría en donde la antena 226a genere el haz a2 y la antena 226m genere el haz m2. Con una limitación para excluir esta combinación, solamente se generarían preferentemente ocho de las nueve matrices de canal y se evaluarían para seleccionar la combinación deseada, ya que se excluiría la combinación correspondiente a la combinación de haces a2 :m2. Similarmente, con respecto a este ejemplo específico, otra limitación potencial para el criterio de selección sería requerir la combinación de haces para estar en donde al menos una de las antenas de la WTRU genere un haz omnidireccional. De acuerdo con el ejemplo de la figura 3, esto ocurriría en donde cualquier antena 226a genere el haz al ó la antena 226m genere el haz m2. Con una limitación para requerir este tipo de combinación, solamente se generarían preferentemente cinco de las nueve matrices de canal y se evaluarían para seleccionar la combinación deseada, ya que se podrían excluir las combinaciones correspondientes a las combinaciones de haces al: mi; al:m3; a3:ml; a3:m3.

Similarmente, con respecto a este ejemplo específico, otra limitación potencial para los criterios de selección sería requerir la combinación de haces para estar en donde solamente se utilicen haces direccionales. De acuerdo con el ejemplo de la figura 3, esto ocurriría en donde ni la antena 226a genere el haz a2 ni la antena 226m genere el haz m2. Con una limitación para requerir este tipo de combinación, solamente se generarían preferentemente cuatro de las nueve matrices de canal y se evaluarían para seleccionar la combinación deseada, ya que solamente la combinación correspondiente a las combinaciones de haces al:ml, al:m3, a3:ml, a3:m3 se excluirían . Alternativamente, se puede utilizar una selección adaptable en el tiempo, de un subgrupo de las combinaciones de haces, con base en las estadísticas del funcionamiento. De acuerdo con el ejemplo de la figura 3, esto ocurriría en donde, en el tiempo T0 después de la terminación de una búsqueda completa de todas la combinaciones de haces, no solamente se seleccionaría la mejor combinación de haces actual (por ejemplo, al:ml), sino también se podría crear un subgrupo de combinaciones de haces candidatos con combinaciones de haces (por ejemplo, {al.ml, al:m3, a3:ml}), para el uso posterior. Cualquier búsqueda adicional para el mejor haz a realizarse durante el periodo de tiempo [T0, T0 + T] , en donde T puede ser un parámetro de periodo temporal adaptable, se podría limitar al subgrupo elegido (por ejemplo, { al :ml, al :m3, a3:ml}). Los criterios de selección de este subgrupo de combinaciones de haces podrían ser los mismos criterios que los utilizados para la selección de la mejor combinación de haces. Durante el periodo de tiempo [T0, T0+T] , solamente las combinaciones de haces en el subgrupo (por ejemplo, {al:ml, al:m3, a3:ml}), se probarían en cualquier momento en que ocurra una nueva búsqueda de combinación de haces. El parámetro de la duración temporal T podría ser un valor relativamente grande. En el tiempo T0+T, ocurriría una nueva búsqueda completa de todas las combinaciones de haces, se elegiría la nueva mejor combinación de haces (por ejemplo, a3:ml), también se formaría un nuevo subgrupo de combinaciones de haces (por ejemplo, {a3:ml, a3:m3, al:m3}). Después, cualquier nueva búsqueda de haces para realizarse posiblemente en el siguiente periodo de tiempo [To+T, T0+2T] , se limitaría al nuevo subgrupo de combinaciones de haces. El esquema es útil para limitar el tamaño del espacio de la búsqueda para la mayoría de las búsquedas de combinación de haces mediante el uso de la selección adaptable en el tiempo de los subgrupos de combinación de haces . La presente invención no está limitada a dos antenas que tengan tres haces, como se describe anteriormente en el ejemplo específico precedente. Como será evidente para los expertos en la técnica, una matriz de canal MxN se obtiene fácilmente por cualesquiera valores de N y M, que representan el número de antenas respectivas. El número de combinaciones a considerarse depende del número de haces con que cada una de las N antenas de la WTRU es capaz, limitado por los criterios seleccionados de combinaciones de haces de antena, permisibles o excluidas. Si la WTRU 220 opera en un modo de diversidad espacial, la WTRU 220 preferentemente genera una matriz de canal para cada combinación de haces y calcula la norma de Frobenius de cada matriz de canal y selecciona una combinación de haces, asociada con la matriz de canal que tiene la norma de Frobenius más grande. Alternativamente, se puede utilizar una SNIR combinada de cada combinación de haces para los criterios de selección. Si la matriz de canal no está disponible, la WTRU 220 puede recolectar el rendimiento promedio a corto plazo, correspondiente a cada combinación de haces como métricas de la calidad de señal y seleccionar una combinación de haces, de tal manera que se maximiza el rendimiento promedio a corto plazo. Como se indicó anteriormente aquí, el AP 210 también puede incluir un selector de haz y una antena confiqurada para generar múltiples haces. Es posible para cada estación, AP 210 y WTRU 220, intentar conjuntamente seleccionar una combinación deseada de haces para su propio uso, de acuerdo con la invención como se describe anteriormente. Sin embargo, una alternativa preferida es que la WTRU 220 primero seleccione una combinación deseada de haces utilizando la presente invención como se describe anteriormente y después que el AP 210 seleccione una combinación deseada. Esto se puede realizar a través de la señalización desde la WTRU 220 hacia el AP 210 ó solamente configurando el AP 210 con un retraso en la realización del proceso de selección, para permitir que la WTRU 220 complete su selección, antes de que el AP 210 seleccione una combinación deseada de haz de antena. Adicionalmente, la WTRU 220 podría estar configurada para actualizar su selección de una combinación deseada de haces de antena, después de que se ha realizado tal selección por el AP 210. Alternativamente, el AP 210 puede estar configurado para realizar la primera selección de una combinación deseada de haz de antena. La WTRU puede estar equipada con múltiples transceptores y cada uno de los transceptores puede estar acoplado a una antena. Al menos una antena está configurada para generar más de un haz, de manera que el número de haces simultáneamente disponibles es igual al número de transceptores y el número de total de haces de antena es mayor que el número de transceptores. La figura 5 es un diagrama de bloques de una WTRU 520 de acuerdo con otra modalidad de la presente invención. La WTRU 520 comprende un transceptor 522 que incluye una unidad para medición de la métrica de la calidad 530, un selector de haz 524, un conjunto de circuitos para controlar la selección de haz 526, un formador de haz de frecuencia de radio (RF) 528 y una pluralidad de antenas 531a-531m. Se proporciona el formador de haz de RF 528 entre las antenas 531a-531m y el conjunto de circuitos para controlar la selección de haz 526 para formar múltiples haces desde las señales recibidas a través de las antenas 531a-531m. Las antenas 531a-531m pueden ser antenas omnidireccionales o antenas direccionales. Después múltiples corrientes de datos se envían de salida desde el formador de haz de RF 528. Cada corriente de datos corresponde a un haz particular, generado por el formador de haz RF 528. No se requiere que el número de corrientes de datos sea igual al número de antenas 531a-531m y puede ser más o menos que el número de antenas 531a-531m. Los haces pueden ser haces fijos o pueden ser ajustables de acuerdo con una señal de control 529 (opcional) . Las corrientes de datos múltiples se alimentan al conjunto de circuitos para controlar la selección de haz 526 a través de los trayectos de datos 528a-528n, en donde se provee un trayecto para cada corriente de dato. El selector de haz 524 envía una señal de control 525 al conjunto de circuitos para controlar la selección de haz 526, con el fin de seleccionar un subgrupo de las corrientes de datos entre las corrientes de datos para comunicación MIMO con otra WTRU (no mostrada) que está actualmente en comunicación. Para efectuar una selección de corriente de datos (por ejemplo, una selección de haz) , las métricas de calidad de señal para cada corriente de dato se miden por la unidad para medición de la métrica de la calidad 530 y se envían al selector de haz 524 a través de una línea 527. La mejor combinación de haces después se selecciona por el selector de haz 524 con base en las métricas de la calidad de la señal. La figura 4 es un diagrama de flujo de un proceso 400 para seleccionar una combinación de haces, de antenas MIMO de acuerdo con la presente invención, con base en una métrica de la calidad seleccionada o combinación de métricas. Una combinación de haces de una pluralidad de haces se forma utilizando una pluralidad de antenas (etapa 402) . Cada antena está configurada para generar al menos un haz. Entonces se mide una métrica de la calidad seleccionada con respecto a la combinación de haces (etapa 404). Se determina si queda otra combinación de haces (etapa 406) . Si es así, el proceso 400 regresa a la etapa 402 y se repiten las etapas 402 y 404. Si no existe combinación de haces dejada, el proceso 400 procede a la etapa 408. Una combinación deseada de haces para transmisión y recepción MIMO entonces se selecciona con base en la comparación de las mediciones de la métrica de la calidad (etapa 408) . Durante la comunicación MIMO con la combinación seleccionada de haces, la WTRU 220 puede conmutar periódicamente una combinación de haces para medir las métricas de la calidad sobre cada una o un subgrupo de las combinaciones de haces y seleccionar una nueva combinación óptima de haces, con base en la métrica de la calidad actualizada. El procedimiento de selección de haz se dispara preferentemente cuando una métrica de la calidad en una combinación de haces actualmente seleccionada, cambia más de un umbral predeterminado. Por ejemplo, cuando la WTRU 220 se mueve desde un sitio a otro, la calidad del canal en una combinación de haces actualmente seleccionada puede degradarse y la calidad del canal con respecto a otra combinación de haces se puede mejorar. Preferentemente, cuando la métrica de la calidad medida para una combinación de haces seleccionada actualmente, se degrada o se mejora por más del valor predeterminado, el procedimiento de selección de haz se dispara para encontrar una nueva combinación de haces óptima. Preferentemente, la conmutación de haces de antena y las mediciones de las métricas de la calidad, se realizan de una manera sincronizada. Aunque las características y elementos de la presente invención se describen en las modalidades preferidas en combinaciones particulares, cada característica o elemento se puede utilizar solo, sin las otras características y elementos de las modalidades preferidas o en varias combinaciones, con o sin otras características y elementos de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de comunicación inalámbrica en un sistema de comunicación inalámbrico de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) que comprende: (a) proporcionar una primera unidad transmisora/receptora inalámbrica (WTRU) que tiene una pluralidad de antenas, en donde al menos una de las antenas es capaz de producir una pluralidad de haces de tal manera que la WTRU es capaz de producir una pluralidad de diferentes combinaciones de haces para' comunicaciones inalámbricas MIMO; (b) la primera WTRU forma una combinación de haces utilizando la pluralidad de antenas en conexión con una comunicación inalámbrica MIMOj con una segunda WTRU; (c) la primera WTRU mide una métrica de la calidad seleccionada con respecto a las combinaciones^ de haces; (d) la primera WTRU repite las etapas (b) y (c) con respecto a una o varias diferentes combinaciones de haces para producir una pluralidad de mediciones de la métrica de la calidad; y (e) la primera WTRU selecciona una. combinación deseada de haces para comunicaciones inalámbricas MIMO con la segunda WTRU con base en las, mediciones de la métrica de la calidad.

2. Método según la reivindicación 1, en donde la segunda WTRU es una estación base, en donde las etapas (b) a (e) se realizan con respecto a una comunicación inalámbrica MIMO con la estación base.

3. Método según la reivindicación 1, en donde la segunda WTRU es un punto de acceso (AP) de una red de área local inalámbrica (WLAN) , en donde las etapas (b) a (e) se realizan con respecto a una comunicación inalámbrica MIMO con el AP.

4. Método según la reivindicación 1, en donde la primera WTRU es una estación base y la segunda WTRU es una WTRU móvil, en donde las etapas (b) a (e) se realizan con respecto a una comunicación inalámbrica MIMO entre la estación base y la WTRU móvil.

5. Método según la reivindicación 1, en donde la primera WTRU es un punto de acceso (AP) de una red de área local inalámbrica (WLAN) y la segunda WTRU es una WTRU móvil, en donde las etapas (b) a (e) se realizan con respecto a una combinación inalámbrica MIMO de WLAN entre el AP y la WTRU móvil.

6. Método según la reivindicación 1, en donde las etapas (b) a (e) se realizan con respecto a una comunicación inalámbrica entre la primera WTRU y la segunda WTRU en una red ad hoc.

7. Método según la reivindicación 1, en donde las etapas (b) a (e) se repiten periódicamente para seleccionar una nueva combinación deseada de haces, con base en las mediciones de la métrica de la calidad actualizadas .

8. Método según la reivindicación 1, que comprende además monitorizar una métrica de la calidad mientras se conduce la comunicación inalámbrica MIMO utilizando la combinación deseada seleccionada de haces y repitiendo las etapas (b) a (e) para seleccionar una combinación deseada actualizada de haces, cuando la métrica de la calidad monitoreada cambia por una cantidad de umbral predeterminada .

9. Método según la reivindicación 1, en donde la medición de una métrica de la calidad incluye medir una o varias métricas del grupo de métricas que incluyen estimación del canal, una proporción de señal a ruido e interferencia (SNIR), un indicador de la potencia de Señal recibida (RSSI), un rendimiento de datos a corto plazo, una proporción de error de paquete, una proporción de datos y un modo de operación de la WTRU.

10. Método según la reivindicación 1, en donde la WTRU utiliza un modo de operación de multiplexión espacial, la métrica de la calidad medida es una proporción de señal a ruido e interferencia (SNIR) y la primera WTRU utiliza una SNIR de una corriente de datos más débil como un criterio de selección de haz para la etapa (e) .

11. Método según la reivindicación 1, en donde la WTRU utiliza un modo de operación de multiplexión espacial, la métrica de la calidad es un valor singular de una matriz de canal y la WTRU utiliza un valor singular mínimo de una matriz de canal como criterio de selección de haz para la etapa (e) .

12. Método según la reivindicación 1, en donde la WTRU utiliza un modo de operación de diversidad de transmisión, la medición de una métrica de la calidad incluye medir una proporción combinada de señal a ruido e interferencia (SNIR) en cada una de las combinaciones de haces, y la WTRU utiliza la SNIR combinada como el criterio de selección de haz para etapa (e) .

13. Método según la reivindicación 1, en donde la WTRU utiliza un modo de operación de diversidad de transmisión, la medición de una métrica de la calidad incluye calcular una norma de Frobenius de una matriz de canal, y la WTRU utiliza la norma de Frobenius de una matriz de canal como criterio de selección de haz para la etapa (e) .

14. Método según la reivindicación 1, en donde se selecciona un subgrupo de combinaciones de haces y se selecciona una nueva combinación de haces deseada entre el subgrupo de comunicaciones de haces para un periodo de tiempo predeterminado.

15. Método de comunicación inalámbrica en un sistema de comunicación inalámbrico de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) que comprende: (a) proporcionar una primera unidad transmisora/receptora inalámbrica (WTRU) que tiene una pluralidad de antenas; (b) la primera WTRU realiza la formación de haz de frecuencia de radio (RF) para generar una pluralidad de haces; (c) la primera WTRU mide una métrica de la calidad sobre cada uno de los haces; y (d) la primera WTRU selecciona un subgrupo de los haces en conexión con una combinación inalámbrica MIMO con una segunda WTRU con base en la métrica de la calidad.

16. Unidad transmisora/receptora inalámbrica (WTRU) configurada para comunicación inalámbrica de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) , la WTRU comprende: una pluralidad de antenas configuradas para generar una pluralidad de combinaciones de haces, al menos una antena está configurada para generar múltiples haces; un componente para controlar la selección de haz de antena, configurado para controlar las antenas con el fin de producir combinaciones seleccionadas de haces; un transceptor configurado para procesar datos para la transmisión y recepción a través de las antenas, el transceptor incluye una unidad para medición de la métrica de la calidad configurada para medir una métrica de la calidad de señales de comunicación inalámbrica MIMO; y un selector de haz acoplado al componente para controlar la selección de haz de antena y el transceptor y configurado para seleccionar una combinación deseada de haces para la transmisión y recepción MIMO con base en las mediciones de la métrica de la calidad.

17. WTRU según la reivindicación 16, en donde las antenas son antenas parásitas conmutadas (SPA) .

18. WTRU según la reivindicación 16, en donde las antenas son antenas de arreglo de fase.

19. WTRU según la reivindicación 16, en donde cada una de las antenas comprende múltiples antenas omnidireccionales .

20. WTRU según la reivindicación 16, en donde las antenas están configuradas para asegurar que se minimice el traslape de los haces generados por las antenas .

21. WTRU según la reivindicación 16, en donde el selector de haz está configurado para seleccionar periódicamente una combinación deseada y actualizada de haces con base en las mediciones de la métrica de la calidad, actualizadas.

22. WTRU según la reivindicación 16, en donde el transceptor está configurado para monitorizar una métrica de la calidad durante la comunicación inalámbrica MIMO y el selector de haz está configurado para disparar la selección de una nueva combinación deseada de haces, cuando la métrica de la calidad monitoreada cambia por una cantidad de umbral predeterminado.

23. WTRU según la reivindicación 16, en donde la unidad para medición de la métrica de la calidad está configurada para medir una o varias métricas de la calidad de un grupo de métricas de la calidad que incluyen estimación de canal, una proporción de señal a ruido e interferencia (SNIR) , un indicador de potencia de señal recibida (RSSI), un rendimiento de datos a corto plazo, una proporción de error de paquete, una proporción de datos y un modo de operación de la WTRU.

24. WTRU según la reivindicación 16, en donde la WTRU está configurada para utilizar un modo de operación de multiplexión espacial, la unidad para medición de la métrica de la calidad está configurada para medir una proporción de señal a ruido e interferencia (SNIR) y el selector de haz está configurado para utilizar una SNIR de una corriente de datos más débil como un criterio de selección de haz.

25. WTRU según la reivindicación 16, en donde la WTRU está configurada para utilizar un modo de operación de multiplexión espacial, la unidad para medición de la métrica de la calidad está configurada para medir un valor singular de una matriz de canal, y el selector de haz está configurado para utilizar un valor singular • mínimo de una matriz de canal como un criterio de selección de haz.

26. WTRU según la reivindicación 16, en donde la WTRU está configurada para utilizar un modo de operación de diversidad de transmisión, la unidad para medición de la métrica de la calidad está configurada para medir una proporción combinada de señal a ruido e interferencia (SNIR) de cada una de las combinaciones de haces, y el selector de haz está configurado para utilizar la SNIR combinada como criterio de selección de haz.

27. WTRU según la reivindicación 16, en donde la WTRU está configurada para utilizar un modo de operación de diversidad de transmisión, la unidad para medición de la métrica de la calidad está configurada para medir una norma de Frobenius de una matriz de canal, y el selector de haz está configurado para utilizar la norma de Frobenius de una matriz de canal como criterio de selección de haz.

28. WTRU según la reivindicación 16, en donde el selector de haz está configurado para seleccionar un subgrupo de combinaciones de haces y seleccionar una nueva combinación deseada de haces entre el subgrupo de combinaciones de haces para un periodo de tiempo predeterminado.

29. WTRU según la reivindicación 16, en donde la WTRU está configurada como una estación base de una red inalámbrica .

30. WTRU según la reivindicación 16, en donde la WTRU está configurada como un punto de acceso (AP) de una red de área local inalámbrica (WLAN) .

31. WTRU según la reivindicación 16, en donde la WTRU es una WTRU móvil.

32. WTRU según la reivindicación 16, en donde la WTRU está configurada para conducir comunicación inalámbrica entre varias WTRU en una red ad hoc.

33. Unidad transmisora/receptora inalámbrica (WTRU) configurada para comunicación inalámbrica de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) , la WTRU comprende: una pluralidad de antenas; un formador de haz de frecuencia de radio (RF) configurado para realizar una formación de haz de RF, para generar una pluralidad de haces; un componente para el control de la selección de haz, configurado para seleccionar un subgrupo de haces entre los haces generados; un transceptor configurado para procesar datos para la transmisión y recepción a través de las antenas, el transceptor incluye una unidad para medición de la métrica de la calidad, configurada para medir una métrica de la calidad sobre cada uno de los haces; y un selector de haz acoplado al componente para el control de la selección de haz y el transceptor y configurado para seleccionar un subgrupo de los haces para la transmisión y recepción MIMO con base en las mediciones de la métrica de la calidad.