MXPA05003677A

MXPA05003677A - Esquema de transmision de tasa adaptable para sistemas mimo.

Info

Publication number: MXPA05003677A
Application number: MXPA05003677A
Authority: MX
Inventors: Kadous Tamer
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2005-06-08
Also published as: BR0315308A; EP2317663B1; US20100119005A1; JP4965127B2; US20040076124A1; CA2500175C; WO2004036767A3; NZ538660A; KR101076255B1; CN101697509B; RU2530992C2; TW200419967A; IL167299A; ATE518316T1; KR20100082386A; JP2011147146A; BRPI0315308B1; AU2003277399B2; EP1570579A4; TWI323986B

Abstract

Un esquema de transmision de tasa adaptable para sistemas MIMO, el cual puede transmitir un numero variable de flujos de simbolos de datos, proporcionar diversidad de transmision para cada flujo de simbolos de datos, y utilizar completamente la potencia de transmision total del sistema y la potencia total de cada antena. En un metodo, al menos un flujo de simbolos de datos se recibe para la transmision proveniente de una pluralidad de antenas. Cada flujo de simbolos de datos se escala con un peso respectivo correspondiente a la cantidad de potencia de transmision asignada a ese flujo. El (los) flujo (s) de simbolos de datos escalados se multiplican con una matriz base de transmision para proporcionar una pluralidad de flujos de simbolos de transmision para la pluralidad de antenas. La matriz base de transmision (por ejemplo, una matriz de Walsh-Hadamard o una matriz DFT) se define de manera tal que cada flujo de simbolos de datos se transmite desde todas las antenas y cada flujo de simbolos de transmision se transmite a (o cerca de) la potencia total para la antena asociada.

Description

"ESQUEMA DE TRANSMISIÓN DE TASA ADAPTABLE PARA SISTEMAS MIMO " CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en términos generales a la comunicación de datos, y más específicamente a un esquema de transmisión de tasa adaptable para sistemas de comunicaciones de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Un sistema MIMO emplea múltiples antenas de transmisión (NT) y múltiples antenas de recepción {NR) para la transmisión de datos. Un canal MIMO formado por las NT antenas de transmisión y las NR antenas de recepción puede descomponerse en Ns canales independientes, donde Ns = min {NT, NR} . Cada uno de los Ns canales independientes corresponde a una dimensión. El sistema MIMO puede proporcionar un rendimiento mejorado (por ejemplo, un mayor rendimiento de proceso y transferencia y/o mayor conflabilidad) si se utilizan las dimensionalidades adicionales creadas por las múltiples antenas de transmisión y de recepción. En un sistema de comunicaciones inalámbrico, los datos a transmitirse se procesan típicamente (por ejemplo, se codifican y modulan) para proporcionar símbolos de datos. Para un sistema MIMO, pueden enviarse uno o múltiples flujos de símbolos de datos desde un transmisor hacia un receptor. Múltiples flujos de símbolos de datos pueden transmitirse en paralelo provenientes de múltiples antenas de transmisión utilizando multiplexión espacial, la cual explota las dimensionalidades adicionales del canal MIMO. Para alcanzar un rendimiento de proceso y transferencia alto, es deseable transmitir tantos flujos de símbolos de datos en paralelo como sea posible. Sin embargo, el número de flujos de símbolos de datos que pueden transmitirse y las tasas que pueden utilizarse para estos flujos son típicamente dependientes de la condición del canal. Actualmente se encuentran disponibles diversos esquemas de transmisión para multiplexión espacial, incluyendo (1) un esquema de "multiplexión de antenas" que transmite un flujo de símbolos de datos proveniente de cada antena y ( 2 ) un esquema de "multiplexión de eigenmodo" que transmite un flujo de símbolos de datos en cada canal independiente del canal MIMO. Alternativamente, puede transmitirse un solo flujo de símbolos de datos proveniente de múltiples antenas de transmisión que utilizan diversidad de transmisión para incrementar la conflabilidad de la transmisión de datos. La diversidad se alcanza mediante el uso de múltiples antenas de transmisión así como también múltiples antenas de recepción para proporcionar un número de trayectorias de propagación para el flujo de símbolos de datos. La diversidad de transmisión puede utilizarse si se desea mayor conf labilidad o si la condición de canal es tan pobre que es mejor utilizar toda la potencia de transmisión disponible para un flujo de símbolos de datos. Diversos esquemas de transmisión para la diversidad de transmisión se encuentran actualmente disponibles, incluyendo (1) un esquema de "diversidad de espacio-tiempo" descrito por S.M. Alamouti en un documento titulado "Una técnica sencilla de diversidad de transmisión para comunicaciones inalámbricas" (??? Simple Transmit Diversity Technique for ireless Communications") , IEEE JSAC, Octubre de 1998, y (2) un esquema de "diversidad de retraso" descrito por B. Raghotohaman et al. en un documento titulado "Rendimiento de diversidad de transmisión de lazo cerrado con retraso de retroaliment ación" ("Performance of Closed Loop Transmít Diversity with Feedback Delay") , Treinta y cuatro Conferencia Asilomar sobre Señales, Systems and Computers, 2000. Para alcanzar alto rendimiento, puede diseñarse un sistema MIMO para soportar uno o más esquemas de transmisión para la muí tiplexión espacial y uno o más esquemas de transmisión para la diversidad de transmisión. Para tal sistema MIMO, en un intervalo de transmisión determinado, puede seleccionarse un esquema de transmisión especifico para su uso dependiendo de la condición de canal y el resultado deseado (por ejemplo, alto rendimiento de proceso y transferencia o mayor conflabilidad) . Sin embargo, los esquemas de transmisión convencionales para la multiplexión espacial frecuentemente son bastante diferentes en diseño de los esquemas de transmisión convencionales para la diversidad de transmisión.

Consecuentemente, la complejidad del transmisor y el receptor en el sistema puede incrementarse enormemente si son requeridos para soportar múltiples (y diferentes) esquemas de transmisión para multiplexión espacial y diversidad de transmisión. Además, para alto rendimiento, es deseable utilizar completamente la potencia de transmisión total disponible para el sistema y la potencia total disponible para cada una de las Nx antenas de transmisión, independientemente del número de flujos de símbolos de datos que se transmiten. Por lo tanto, existe una necesidad en la materia de un esquema de transmisión que pueda soportar multiplexión espacial, proporcionar diversidad de transmisión, y utilizar completamente la potencia de transmisión disponible en los sistemas MIMO.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En la presente se proporciona un esquema de transmisión de tasa adaptable que soporta multiplexión espacial y que proporciona diversidad de transmisión para los sistemas MIMO. El esquema de transmisión de tasa adaptable tiene un cierto número de características deseables, incluyendo: (1) soportar la transmisión de un número variable de flujos de símbolos de datos, haciéndola consecuentemente adecuada para su uso en los sistemas de tasa adaptable, (2) proporcionar diversidad de transmisión para cada flujo de símbolos de datos, y (3) permitir que la potencia total disponible para cada antena de transmisión se utilice para la transmisión de datos independientemente del número de flujos de símbolos de datos que se transmiten, haciéndola consecuentemente eficaz en potencia. El esquema de transmisión de tasa adaptable es adecuado para sistemas MIMO de portadora individual y puede utilizarse también para sistemas de MIMO de portadora múltiple. En una modalidad, se proporciona un método para procesar datos para la transmisión en un sistema MIMO. De acuerdo con el método, se recibe al menos un flujo de símbolos de datos para la transmisión proveniente de una pluralidad de antenas de transmisión. Cada flujo de símbolos de datos se escala con un peso respectivo correspondiente a la cantidad de potencia de transmisión asignada a ese flujo de símbolos de datos. La cantidad total de potencia de transmisión asignada al menos a todos los flujos de símbolos de datos es menor que o igual a la potencia de transmisión total disponible para el sistema. El(los) flujo(s) de símbolos de dato (s) escalados se multiplican después con una matriz base de transmisión para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión, un flujo de símbolos de transmisión para cada antena de transmisión. La matriz base de transmisión se define de manera tal que (1) cada flujo de símbolos de datos se transmite proveniente de la pluralidad de antenas de transmisión y (2) cada flujo de símbolos de transmisión se transmite a (o cerca de) la potencia total disponible para la antena asociada. La matriz base de transmisión puede ser una matriz Wal sh-Hadamard, una matriz de transformada de Fourier discreta (DFT) , o alguna otra matri z . Se describen diversos aspectos y modalidades de la invención más detalladamente a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE IOS DIBUJOS Las características, naturaleza, y ventajas de la presente invención se volverán más aparentes a partir de la descripción detallada expuesta a continuación cuando se toman en conjunto con los dibujos en los cuales los caracteres de referencia similares se identifican correspondientemente a lo largo de la misma y donde: La Figura 1 muestra un diagrama de flujo de un proceso para transmitir ND flujos de símbolos de datos provenientes de NT antenas que utilizan el esquema de transmisión de tasa adaptable ; La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de un sistema transmisor y un sistema receptor en un sistema MIMO; La Figura 3 muestra el procesamiento espacial en los sistemas transmisor y receptor para el esquema de transmisión de tasa adaptable; y La Figura 4 muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial de transmisión (TX) dentro del sistema transmisor.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se describe en la presente un esquema de transmisión de tasa adaptable para sistemas MIMO. Para un sistema MIMO de portadora múltiple, el esquema de transmisión puede utilizarse para cada uno de los múltiples portadores disponibles para la transmisión de datos . Por claridad, a continuación se describe el esquema de transmisión de tasa adaptable para un sistema MIMO de portadora individual. Para un sistema MIMO de portadora individual, el canal MIMO formado por las NT antenas de transmisión y las NR antenas de recepción pueden descomponerse en Ns canales independientes, cuando Ns = min {NT, NR} . El número de canales independientes se determina por el número de eigenmodos para el canal MIMO, el cual a su vez es dependiente de una matriz de respuesta de canal H que describ.e la respuesta entre las NT antenas de transmisión y las NR antenas de recepción. Por simplicidad, la descripción a continuación mostrada supone que NT = NR y que la matriz de respuesta de canal H es de clasificación completa (es decir, Ns= NT < NR) . Con estas suposiciones, para cada periodo de símbolos, pueden transmitirse hasta NT símbolos en paralelo provenientes de las NT antenas de transmisión. El modelo para un sistema MIMO de portadora individual puede expresarse como: y= Hx+n; Ec ( 1 ) donde x_ es un vector de "datos" {iVrxl} con NT entradas para los símbolos de datos a transmitirse desde las NT antenas de transmisión; y es un vector de "recepción" {NR*1} con NR entradas para los símbolos recibidos mediante las NR antenas de recepción ; H. es la matriz de respuesta de canal {NR*NT} ; y n es un vector de ruido Gaussiano blanco aditivo (AWGN) . El vector de datos x_ se supone que es tal que E [ xxg] =1 , donde E es la operación esperada, "H" es la transpuesta conjugada, e I_ es la matriz identidad con unos a lo largo de la diagonal y ceros en el resto. Se supone que el vector n_ tiene una media de ceros y una matriz de covarianza de ??=s2?, donde s2 es la varianza del ruido. En un sistema típico, existen restricciones en (1) la potencia de transmisión total, Ptotr que pueden utilizarse para todas las NT antenas de transmisión y (2) la potencia máxima o total, Pantr para cada antena de transmisión. Típicamente, la potencia por antena Pant s determina como Pant= Ptot/NT. Estas restricciones pueden imponerse por (1) la limitación del amplificador de potencia utilizado para accionar cada antena de transmisión, (2) requisitos reguladores, y (3) posiblemente otros factores . El modelo para un sistema MIMO con estas restricciones de potencia puede expresarse entonces como: donde: e s un factor de escalamiento que da cuenta de las restricciones de potencia total y por antena . En un esquema de transmisión de tasa convencional, se transmiten ND flujos de símbolos de datos concurrentemente desde las NT antenas de transmisión utilizando multiplexión de antenas, donde ND puede ser un entero desde 1 hasta NT (es decir, NT=ND=1) . Para este esquema de transmisión convencional, en cualquier periodo de símbolo determinado, se transmiten ND símbolos de datos simultáneamente provenientes de ND antenas, y no se utilizan las restantes [NT-ND) antenas. Si la potencia de transmisión total y la potencia por antena se restringen como se describió anteriormente, entonces este esquema de transmisión exhibirá una pérdida de potencia si se utilizan menos de NT antenas para la transmisión de datos, lo cual es el caso si ND<NT. Debido a la restricción de potencia por antena, más de la potencia de transmisión total tot no puede asignarse a las ND antenas utilizadas para la transmisión de datos cuando ND < NT. Además, si los ND flujos de símbolos de datos son flujos redundantes (es decir, iguales) , entonces existe riesgo de cancelación de estos flujos en el receptor. El número específico de flujos de símbolos de datos a transmitir puede ser dependiente de diversos factores tales como, por ejemplo, la condición de canal, la cantidad de datos a transmitir, etcétera. Como se observó anteriormente, diferentes canales independientes pueden experimentar diferentes condiciones de canal y alcanzar diferentes relaciones de ruido por señal (SNRs) . Para un canal MIMO de clasificación deficiente, la estrategia óptima es transmitir menos de NT flujos de símbolos de datos pero asignar más de la potencia de transmisión total Ptot a los flujos de símbolos de datos que alcanzan SNRs superiores. Sin embargo, para el esquema de transmisión de tasa adaptable descrito con anterioridad por el que cada flujo de símbolos de datos se transmite desde una antena, la asignación óptima de la potencia de transmisión total no puede alcanzarse debido a la restricción de potencia por antena. Como resultado, ocurrirá alguna pérdida en rendimiento. El esquema de transmisión de tasa adaptable descrito en la presente soporta multiplexión espacial, proporciona diversidad de transmisión, y tiene las siguientes características benéficas: • Soportar la transmisión de un número variable de flujos de símbolos de datos (desde uno hasta NT) utilizando el mismo procesamiento espacial de transmisión y recepción mientras mantiene clave . • Proporcionar un mejor rendimiento que el esquema de diversidad espacio-tiempo para un solo flujo de símbolos de datos mediante la transmisión proveniente de todas las NF antenas de transmisión. • Permitir que la potencia total Pant de cada una de las N? antenas de transmisión se utilice para transmisión de datos, independientemente del número de flujos de símbolos de datos que se transmiten, haciéndola consecuentemente eficaz en potencia sin pérdidas de potencia cuando se transmiten menos de NT flujos de símbolos de datos . • Permitir la asignación flexible de la potencia de transmisión total Ptot entre los flujos de símbolos de datos que se transmite . El esquema de transmisión de tasa adaptable y sus características benéficas se describen más detalladamente a continuación. El modelo general para un sistema MIMO de portadora individual y aplicable para el esquema de transmisión de tasa adaptable puede expresarse como: y_ = ???? + n = ReffAx + n = H_2 + n Ec(3) donde es una matriz base de transmisión { ?t ? NT] , la cual es una matriz uni t ari a ; ? es una matriz diagonal { NT * NT} ; Z es un vector de "transmisión" { ?t ? 1} con NT entradas para NT símbolos de transmisión enviados desde las NT antenas de transmisión; y tieff es una matriz de respuesta de canal "eficaz", la cual se define como H_efí = HM . Una matriz unitaria ü se caracteriza por la propiedad UHU==I_, lo cual indica que cada columna de la matriz unitaria es ortogonal a las demás columnas de la matriz, y cada hilera de la matriz unitaria también es ortogonal a las demás hileras. La matriz diagonal ? no contiene valores reales no negativos a lo largo de la diagonal y ceros en el resto. Estas entradas diagonales son indicativas de la cantidad de potencia de transmisión asignada a los ND flujos de símbolos de datos que se transmiten. Como se describió más detalladamente con anterioridad, la matriz diagonal ? puede utilizarse para asignar diferentes potencias de transmisión a los ND flujos de símbolos de datos mientras se conforman a la restricción de potencia de transmisión total de Ptot- La matriz base M. de transmisión permite que cada flujo de símbolos de datos se envíe desde NT antenas de transmisión y permite también que se utilice la potencia total Pant de cada antena de transmisión para la transmisión de datos . A partir de la ecuación (3), el vector de transmisión 2L puede expresarse como: X= Ax Ec ( 4 ) El símbolo de transmisión ILk para la k-ésima antena de transmisión (es decir, el k-ésimo elemento del vector de transmisión ZL) puede expresarse como: —k = ?Mk ' *V 'X>' PClra k<=K' E C ( 5 ) donde Mk/j es el elemento en la Jc-ésima hilera y la i-ésima columna de la matriz base de transmisión M; ??,] es el i-ésimo elemento diagonal de la matriz A_ x¿ es el i-ésimo elemento del vector de datos x_; k es el ?-ésimo elemento del vector de transmisión X. ; y K es el conjunto de todas las antenas de transmisión (es decir, K={1, 2, NT}) . La ecuación (3) representa el modelo general que convierte ambas ecuaciones (1) y (2) . Esto se logra definiendo apropiadamente la matriz M de base de transmisión y la matriz diagonal A. Por ejemplo, la ecuación (3) puede igualarse con la ecuación (2) al (1) definir la matriz M de base de transmisión como M = [m_i m2 ... mNr] , donde m± es un vector "índice" de {?t ? 1} para la i-ésima columna de M y se define con "1" en la i-ésima posición y x 0" en el resto, y (2) definir la matriz diagonal ? como A= ¦jPtol INTL . Sin embargo, pueden obtenerse otras características benéficas al definir la matriz base de transmisión M y la matriz diagonal ZV de alguna otra manera, como se describe a continuación.

Para el siguiente análisis, considérese una matriz base M de transmisión arbitraria y una matriz diagonal arbitraria A con entradas diagonales no negativas. La potencia de transmisión para el vector x_ es igual a la suma del cuadrado de los elementos diagonales de A. La potencia de transmisión total para el vector x es igual a la suma del cuadrado de los elementos diagonales de A. La restricción de potencia de transmisión total puede entonces expresarse como: rastro (A2) <Ptot Ec(6) ? partir de la ecuación (5) , la potencia de transmisión para cada una de las NT antenas de transmisión puede expresarse como: donde denota el conjugado complejo. La restricción de potencia por antena puede entonces expresarse como: Ec ( 8 ) Dado que el rastro (?2) =Ptot como se muestra en la ecuación (6) , la restricción de potencia por antena en la ecuación (8) puede satisfacerse por cualquier matriz de clasificación completa M cuyos elementos satisfacen lo siguiente: La ecuación (9) indica que los elementos de una matriz válida M_ tienen una magnitud igual a 1/^NT. La ecuación (9) representa una condición suficiente (pero no una condición necesaria) necesaria para satisfacer la restricción de potencia por antena. La matriz M puede definirse de diversas maneras mientras satisface la restricción de potencia por antena. En una modalidad, la matriz se define como: donde W_ es una matriz de Wal sh-Hadamard . Como ilustración, para NT = 4, la matriz de Walsh-Hadamard puede expresarse como: Una matriz de Wal sh-Hadamard de tamaño grande W_2N«2N puede definirse como: En otra modalidad, la matriz define como : donde Q_ es una matriz de transformada de Fourier discreta (DFT) . Como ilustración, para NT = 4, la matriz DFT Qixi puede expresarse como: 1 Ec (1 ) e J En general, una matriz QHxN de DFT de ? puede definirse de manera tal que la {k,i)-ésima entrada, gNk,i se determina como: (k-W-l) , para * = {l.JV) e /={l...N}, Ec[15) donde k es la hilera índice e i es la columna índice para la matriz QN*N- La matriz M también puede definirse con otras diversas matrices, y esta se encuentra dentro del alcance de la invención. Utilizando una matriz base M apropiada de transmisión y una matriz diagonal apropiada ?, la restricción de potencia de transmisión total y la restricción de potencia por antena pueden ambas satisfacerse. En particular, la restricción de potencia de transmisión puede satisfacerse definiendo los elementos diagonales de ? de manera tal que se satisface la ecuación (6) . La restricción de potencia por antena puede satisfacerse entonces al definir los elementos de M de manera tal que se satisface la ecuación (9) . Cada elemento diagonal en ? es indicativo de la cantidad de potencia de transmisión a utilizar para un flujo de símbolos de datos asociados x¿ . Dado que no existe restricción sobre el valor de cualquier elemento diagonal individual de ?, excepto que ?2 i,¿=Ptot r la potencia de transmisión total puede asignarse a los ND flujos de símbolos de datos de diversas maneras mientras satisface aún las restricciones de potencia de transmisión total y de potencia por antena entre los ND flujos de símbolos de datos . El esquema de transmisión de tasa adaptable puede utilizarse para transmitir cualquier número de flujos de símbolos de datos (es decir, ND puede ser cualquier valor desde 1 hasta NT) . El transmisor realiza el p ocesamiento espacial mostrado por la ecuación (4) independientemente del número de flujos de símbolos de datos que se transmiten. El vector de datos x_ incluye ND entradas diferentes a cero para los ND flujos de símbolos de datos y NT - ND entradas de cero. Cada uno de los ND flujos de símbolos de datos se asocia con un elemento diagonal diferente a cero respectivo en la matriz ?. Cada uno de los ND flujos de símbolos de datos se procesa adi cionalment e utilizando una hilera respectiva de la matriz base de transmisión M para la transmisión por un canal espacial respectivo, el cual se define por una columna específica o eigenvector de la matriz de respuesta de canal eficaz H_eff. Puede mostra se que el e s quema de transmisión de tasa adaptable puede proporcionar un rendimiento mejorado sobre los esquemas convencionales de diversidad de transmisión. Por ejemplo, el esquema de diversidad espacio-tiempo descrito por S.M. Alamouti frecuentemente se utiliza para transmitir un solo flujo de símbolos de datos proveniente de un solo par de antenas de transmisión a fin de alcanzar diversidad de transmisión. Sin embargo, puede mostrarse que el esquema de transmisión de tasa adaptable puede proporcionar un rendimiento mejorado para la transmisión del flujo de símbolos de datos individual. La SNR, SNRra recibidas para el flujo de símbolos de datos transmitidos utilizando el esquema de transmisión de tasa adaptable con la mejor columna de Heí/ puede expresarse como: donde denota proporcionalidad; y I | hef-r, l I 2 es la norma 2 de heff, r que es la i-ésima columna o eigenvector de la matriz de respuesta de canal eficaz Heff- La ecuación (16) indica que la SNR del mejor flujo de símbolos de datos individual que utiliza el esquema de transmisión de tasa adaptable es proporcional a la norma 2 del mejor eigenvector de H_eff- Para obtener la SNR de la ecuación (16) , el receptor necesitaría enviar de regreso la información que indica la mejor columna de E_eff para su uso por el transmisor. Las SNR, SNRst recibidas para el flujo de símbolos de datos individual transmitidos utilizando el esquema de transmisión espacio- tiempo puede expresarse como: La ecuación (17) indica que la SNR del flujo de símbolos de datos individual que utiliza el esquema de transmisión espacio-tiempo es proporcional al promedio de las normas 2 de los NT eigenvectores de H_ei-í · Las ecuaciones (16) y (17) suponen ambas la transmisión a una tasa total (es decir, sin pérdida de tasa) . Sin embargo, dado que el esquema de transmisión espacio-tiempo utiliza solamente dos antenas para transmitir el flujo de símbolos de datos individual, si NT > 2 entonces habrá una pérdida de tasa . Es bien sabido que la siguiente expresión siempre es verdadera: y consecuentemente SNRrn > SNR st Ec (18b) Las ecuaciones (18a) y (18b) indican que el esquema de transmisión de tasa adaptable puede proporcionar el mismo o mejor rendimiento que el esquema de diversidad e spa ci o-tiempo . Además, el esquema de transmisión de tasa adaptable puede proporcionar mayor diversidad de transmisión dado que el flujo de símbolos de datos se transmite proveniente de todas las NT antenas. En cambio, el esquema de diversidad espacio-tiempo transmite el flujo de símbolos de datos individual proveniente de solamente un par de antenas de transmisión. La transmisión del flujo de símbolos de datos individual sobre múltiples pares de antenas puede ser posible para el esquema de diversidad espacio- tiempo pero puede dar como resultado en una pérdida de tasa o alguna otra penalización de rendimiento. Debe observarse también que el uso la matriz base M de transmisión por el esquema de transmisión de tasa adaptable permite la utilización tanto de la potencia de transmisión total Ptot como la potencia por antena Pant para la transmisión de datos, independientemente del número de flujo de símbolos de datos que se transmiten. Si no se utiliza la matriz base M de transmisión (es decir, si =_^) y se transmite un flujo de símbolos de datos individual desde la mejor antena individual utilizando mult iplexión de antenas, entonces la SNR recibida para este flujo de símbolos de datos puede expresarse como: Puede demostrarse también que la siguiente expre si ón también e s siempre verdadera : Ec (20) Consecuentemente, el esquema de transmisión de tasa adaptable ejecuta también el esquema de transmisión de multiplexión de antena. La Figura 1 muestra un diagrama de flujo de una modalidad de un proceso 100 para transmitir ND flujos de símbolos de datos provenientes de NT antenas que utilizan el esquema de transmisión de tasa adaptable. Como se observó con anterioridad, ND puede tener cualquier valor desde 1 hasta N (es decir, NT > ND >1) . Inicialmente , la potencia de transmisión total Ptot se asigna a los ND flujos de símbolos de datos (denotados por x_) (paso 112) . El número específico de flujos de símbolos de datos a transmitir y la cantidad de potencia para asignar a cada flujo de símbolos de datos pueden ambos determinarse con base en la condición de canal. Por ejemplo, puede utilizarse un procedimiento de "relleno de agua" para determinar el número de flujos de símbolos de datos a transmitir y la cantidad de potencia a utilizar para cada flujo de símbolos de datos de manera tal que se maximiza el rendimiento de proceso y transferencia general. El relleno de agua se describe detalladamente en la Solicitud de Patente de E.U. comúnmente asignada No. De Serie 10/056,275, titulada "Reasignación de exceso de potencia para sistemas de múltiple entrada, múltiple salida (MIMO) de información de estado de canal ( C S I ) completo" ( "Reallocation of Excess Power for Full Channe 1 -State Information ( C S I ) Multiple-Input , Multiple-Output (MIMO) Systems") , presentada el 23 de enero de 2002, y por Robert G. Gallager en "Teoría de la Información y Comunicación confiable" ("Information Theory and Reliable Communication" ) , John Wiley and Sons, 1968, ambas cuales se incorporan en la presente para referencia . La cantidad de potencia de transmisión asignada a cada flujo de símbolos de datos x¿ se denota por un peso respectivo ??,±. Los NT elementos diagonales de la matriz ? se encuentran compuestos de ND pesos para los ND flujos de símbolos de datos y (NT-ND) ceros. La cantidad total de potencia de transmisión asignada a los ND flujos de símbolos de datos es menor que o igual a la potencia de transmisión total del sistema (es decir, ??(<?? ) ¦ A continuación se selecciona una matriz M_ de base de transmisión para su uso (paso 114) . La matriz M .de base de transmisión puede definirse de manera tal que cada flujo de símbolos de datos se transmite desde todas las N antenas y se utiliza la potencia total de cada antena para la transmisión de datos. La matriz M de base de transmisión puede definirse como (1) la matriz W de Walsh-Hadamard descrita en las ecuaciones (10) a (12) , (2) la matriz de DFT descrita en las ecuaciones (13) a (15) , o (3) alguna otra matriz. Cada flujo de símbolos de datos x¿ se escala después con su peso asociado ? , en la matriz diagonal ? (paso 116) . Este escalamiento da como resultado cada flujo de símbolos de datos que se transmite con su potencia asignada. Los ND flujos de símbolos de datos escalados se multiplican después con la matriz base de transmisión M para obtener NT flujos de símbolos de transmisión (denotados por 2: ) para las NT antenas de transmisión (paso 118) . El escalamiento de los ND flujos de símbolos de datos con la matriz diagonal ? y la multiplicación con la matriz base M de transmisión se muestran en la ecuación (4) .

Cada flujo de símbolos de datos 2Lk se procesa adicionalment e y se transmite, después desde una antena asociada (paso 120) . La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de una modalidad de un sistema transmisor 210 y un sistema receptor 250 en un sistema MIMO 200. En un sistema transmisor 210, los datos para ND flujos se proporcionan por una fuente 212 de datos y se codifican y modulan por un procesador 214 de datos de transmisión para proporcionar símbolos de modulación, los cuales son también referidos como símbolos de datos . La tasa de datos, codificación y modulación para cada flujo pueden determinarse por controles proporcionados por un controlador 230· Los símbolos de datos se escalan adi cionalment e con la matriz diagonal A y se procesan e spacialmente con la base de transmisión M por un procesador espacial 220 de TX para proporcionar símbolos de transmisión. Los símbolo de piloto, los cuales pueden utilizarse para cálculo de canal, se multiplexan con los símbolos de transmisión. Un flujo de símbolos de transmisión multipl exados y piloto se le proporciona a, y se procesan por, cada transmisor (TMTR) 222 para proporcionar una señal modulada - de RF correspondiente. Las NT señales moduladas provenientes de los transmisores 222a a 222t se transmiten después desde las NT antenas 224a a 224t. En el sistema receptor 250, las NT señales transmitidas se reciben por las NR antenas 252a a 252r. Cada receptor (RCVR) 254 procesa una señal recibida proveniente de una antena asociada 252 para proporcionar un flujo de símbolos recibido correspondiente. ün procesador espacial 260 de recepción (RX) procesa después los NR flujos de símbolos recibidos provenientes de los NR receptores 254a a 254r a fin de proporcionar los ND flujos de símbolos "recuperados", los cuales son cálculos de los ND flujos de símbolos de datos transmitidos por el sistema transmisor. Los ND flujos de símbolos recibidos se procesan adicionalmente por un procesador 270 de datos de RX para obtener datos decodificados , el cual es un cálculo de los datos transmitidos por el sistema transmisor. El procesador espacial 260 de -RX puede derivar también un cálculo de la respuesta de canal entre las NT antenas de transmisión y las NR antenas de recepción (por ejemplo, con base en los símbolos piloto) . El cálculo de canal se describe detalladamente en la Solicitud de Patente de E.U. provisional No. De Serie 60/438,601, titulada "Esquemas de transmisión piloto para sistemas de comunicaciones inalámbricos de portadora múltiple" ("Pilot Transmi s si on Schemes for Wireless Multi-Carrier Communi cati on Systems") , presentada el 7 de Enero de 2003, asignada al cesionario de la presente solicitud e incorporada en la presente para referencia. El cálculo de respuesta de canal H_ puede utilizarse para realizar el p ocesamiento o ecualización espacial en el receptor. El procesador espacial 260 RX puede calcular además las SNRs de los flujos de símbolos recuperados y/o lo símbolos piloto recibidos. El controlador 280 recibe el cálculo de respuesta de canal ß_ y las SNRs recibidas y proporciona retroaliment ación respecto al canal MIMO y/o los flujos. Por ejemplo, la retroalimentación puede indicar el número de flujos de símbolos de datos a transmitir, cuáles canales espaciales o eigenvect ores a utilizar para la transmisión de datos, y la SNR recibida o tasa para cada flujo. La retr oalimen ación se procesa por un procesador 288 de datos X, se procesa además por un procesador espacial 290 de TX, acondicionada por los transmisores 254a a 254r, y se envía de regreso al sistema transmisor 210. En el sistema transmisor 210, las señales moduladas transmitidas provenientes del sistema receptor 250 se reciben por las antenas 224 , se acondicionan por los receptores 222a a 222t, se demodulan por un procesador espacial 240 de R , y se procesan por un procesador 242 de datos RX para recuperar la retroalimentación enviada por el sistema receptor. La retroalimentación se le proporciona después al controlador 230 y puede utilizarse para (1) determinar el número de flujos de símbolos de datos a transmitir, y (2) determinar la tasa y esquema de codificación y modulación a utilizar para cada flujo de símbolos de datos, y (3) generar diversos controles para el procesador 214 de datos TX y el procesador espacial 220 de T .

Los controladores 230 y 280 dirigen la operación en los sistemas transmisor y receptor, respectivamente. Las unidades 232 y 282 de memoria proporcionan almacenamiento para códigos y datos de programa utilizados por los controladores 230 y 280, respectivamente. La Figura 3 muestra un diagrama de bloques del procesamiento espacial en los sistemas transmisor y receptor para el esquema de transmisión de tasa adaptable. Dentro del procesador espacial 220 de TX en el sistema transmisor 210, el vector de datos x_ se multiplica primeramente con la matriz diagonal ? por una unidad 310 y después se multiplica con la matriz base M de transmisión por una unidad 312 a fin de obtener el vector de transmisión 2. El vector se procesa después por un transmisor 314 y se transmite por el canal MIMO al sistema receptor 250. La unidad 312 realiza el procesamiento espacial para el sistema transmi so . En el sistema receptor 250, las señales transmitidas se procesan por un receptor 354 para obtener el vector de recepción y. Dentro del procesador espacial 260 de RX, el vector de recepción y_ se multiplica primeramente con una matriz ÉLHeff por una unidad 356. Puede obtenerse una matriz JÍHeff de cálculo de respuesta de canal eficaz como &M, y la matriz ÉL eff es la transpuesta conjugada de ÉLHeff- La matriz ÉiHef£ es referida también como la matriz de filtro acoplado para el esquema de transmisión de tasa adaptable. El vector resultante proveniente de la unidad 356 se escala adicionalmente por una matriz diagonal inversa ?-1 por una unidad 358 a fin de obtener el vector 2L , el cual es un cálculo del vector de datos x_. Las unidades 356 y 358 realizan el procesamiento espacial (es decir, filtración acoplada) para el sistema receptor. La Figura 4 muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial 220x de TX, el cual es una modalidad de un procesador espacial 220 de TX en la Figura 2. El procesador espacial 220x de TX incluye un cierto número de procesadores espaciales de flujo de símbolos de datos 410a a 410t, un procesador para cada uno de los ND flujos de símbolos de datos a transmitirse. Cada procesador 410 recibe un flujo de símbolo de datos asignados x¿, el peso Aj,i para el flujo asignado, y un vector correspondiente m, proveniente de la matriz base M de transmisión. Dentro de cada procesador 410, los símbolos de datos en el flujo asignado x¿ se escalan primeramente con el peso A , por un multiplicador 412. Los símbolos de datos escalados se multiplican también por NT multiplicadores 414a a 414t con NT elementos Mlr a MNT,j, respectivamente, provenientes del vector . . Cada flujo de símbolos de datos x± se transmite consecuentemente desde todas las N? antenas y se representa por un vector x i , el cual puede expresarse como: Los símbolos de salida provenientes de los multiplicadores 414a a 414t se le proporcionan después a NT sumadores 420a a 420t, respectivamente, un sumador para cada antena de transmisión. Cada sumador 420 recibe los símbolos de salida para su antena asignada, los cuales provienen de ND multiplicadores 414 dentro de los ND procesadores 410 asignados para procesar los ND flujos de símbolos de datos.

Cada sumador 420 suma después los símbolos de salida y proporciona los símbolos de transmisión para su antena asignada. La sumatoria realizada por cada sumador 420 puede expresarse como: donde -k,¿ es el J-ésimo elemento en el vector i para el i-ésimo flujo de símbolos de datos; y £ je es el flujo de símbolo de transmisión para la .fc-ésima antena de transmi s i ón . Los símbolos de transmisión provenientes de cada sumador 420 se le proporcionan a un multiplexador 430 respectivo y se inult iplexan con símbolos piloto para proporcionar un flujo de transmisión multiplexado y símbolos piloto para la antena asociada . El esquema de transmisión de tasa adaptable descrito en la presente puede utilizarse para sistemas MIMO de portadora individual así como también sistemas MIMO de portadora múltiple. Para un sistema MIMO de portadora múltiple, cada una de las portadoras múltiples disponibles para la transmisión de datos puede visualizarse como un sistema MIMO de portadora individual. La potencia de transmisión total Ptot Y la potencia por antena Pa n t pueden dividirse igualmente (o posiblemente desigualmente) entre NF portadoras de manera tal que Pt ot_c ax= Ptot/Wf Y Pa n t_c ar= Pa n t / NF . El esquema de transmisión de . tasa adaptable pude aplicarse después a cada una de las NF portadoras con la restricción de potencia total por portadora de Pto t_ca r y la restricción de potencia por antena /portadora de Pan t_ ca r - El esquema de transmisión de tasa adaptable descrito en la presente puede implementars e por diversos medios en los sistemas transmisor y receptor. Por ejemplo, el procesamiento para el esquema de transmisión de tasa adaptable puede implementarse en hardware, software, o una combinación de los mismos. Para una implementación en hardware, los elementos utilizados para realizar el procesamiento en los sistemas transmisor y receptor pueden implementarse dentro de uno o más circuitos integrados de aplicación especifica (ASICs), procesadores de señal digital (DSPs), dispositivos de procesamiento de señal digital (DSPDs), dispositivos lógico programables (PLDs), arreglos de compuerta de campo programable (FPGAs), procesadores, cont roladore s , micro-cont roladores , microprocesadores, otras unidades electrónicas diseñadas para realizar la funciones descritas en la presente, o una combinación de los mismos. Para una implementación en software, el procesamiento para el esquema de transmisión de tasa adaptable puede imple entarse con módulos (por ejemplo, procedimientos, funciones, etcétera) que realizan las funciones descritas en la presente. Los códigos de software pueden almacenarse en una unidad de memoria (por ejemplo, las unidades 232 y 282 de memoria en la Figura 2) y se ejecutan por un procesador (por ejemplo, los controladores 230 y 280) . Cada unidad de memoria puede implementarse dentro del procesador o externa al procesador, en cuyo caso puede acoplarse comunicativamente con el procesador mediante diversos medios como es sabido en la materia. La descripción anterior de las modalidades descritas se proporciona para permitirle a cualquier experto en la materia realizar o utilizar la presente invención. Diversas modificaciones a estas modalidades serán aparentes para aquellos expertos en la materia, y los principios genéricos definidos en la presente pueden aplicarse a otras modalidades sin aislarse del espíritu o alcance de la invención. Consecuentemente, la presente invención no pretende limitarse a las modalidades mostradas en la presente sino que pretende abarcar el más amplio alcance consistente con los principios y características novedosos descritos en la presente.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la invención como antecedente, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones.
REIVINDICACIONES 1. Un método para procesar datos para la transmisión en un sistema de comunicaciones de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) , caracterizado porque comprende: recibir al menos un flujo de símbolos de datos para la transmisión proveniente de una pluralidad de antenas; escalar cada uno de los al menos un flujo de símbolos de datos con un peso respectivo correspondiente a una cantidad de potencia de transmisión asignada al flujo de símbolos de datos, donde la cantidad total de potencia de transmisión asignada al menos a un flujo de símbolos de datos es menor que o igual a la potencia de transmisión total disponible para el sistema; y procesar al menos un flujo de símbolos de datos con una matriz base de transmisión para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión, un flujo de símbolos de transmisión para cada una de la pluralidad de antenas, donde la matriz base de transmisión se define de manera tal que cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos se transmite desde la pluralidad de antenas y cada flujo de símbolos de datos se transmite en o cerca de la potencia total disponible para la antena asociada. 2. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque la matriz base de transmisión es una matriz de Walsh-Hadamard .
3. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque la matriz base de transmisión es una matriz de transformada de Fourier discreta (DFT) .
4. El método según la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende: asignar la potencia de transmisión total al menos a un flujo de símbolos de datos, y donde el peso para cada flujo de símbolos de datos se determina con base en la cantidad de potencia de transmisión asignada al flujo de símbolos de datos.
5. El método según la reivindicación 4, caracteriz do porque la cantidad de potencia de transmisión asignada a cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos se determina con base en la condición de canal.
6. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque un flujo de símbolos de datos individual se transmite desde la pluralidad de antenas en o cerca de la potencia total disponible para cada una de la pluralidad de antenas.
7. El método según la reivindicación 6, caracterizado porque el flujo de símbolos de datos individual se transmite por un canal espacial asociado con una calidad más alta de señal recibida.
8. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque NT flujos de símbolos de datos se transmiten provenientes de NT antenas en o cerca de la potencia total disponible para cada una de las NT antenas, donde NT es un entero mayor que uno.
9. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque se transmiten ND flujos de símbolos de datos provenientes de NT antenas en o cerca de la potencia total disponible para cada una de las NT antenas, donde ?? es un entero mayor que uno y ND es un entero menor que o igual a NT.
10. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque se transmite un número variable de flujos de símbolos de datos con base en la condición de canal.
11. El' método según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos se asocia con una tasa particular determinada con base en parte en una calidad de señal recibida para el flujo de símbolo de datos .
12. El método según la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende: multiplexar símbolos piloto en cada una de las pluralidades de flujos de símbolos de da t o s .
13. Un método para procesar símbolos para la transmisión en un sistema de comunicaciones de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) de portadora individual, caracterizado porque comprende: recibir al menos un flujo de símbolos de datos para la transmisión proveniente de una pluralidad de antenas; asignar la potencia de transmisión total disponible para el sistema al menos a un flujo de símbolos de datos, en el que la cantidad total de potencia de transmisión asignada al menos a un flujo de símbolos de datos es menor que o igual a la potencia de transmisión total; escalar cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos con un peso respectivo correspondiente a una cantidad de potencia de transmisión asignada al flujo de símbolos de datos; y procesar al menos un flujo de símbolos de datos escalados con una matriz base de transmisión para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión, un flujo de símbolos de transmisión para cada pluralidad de antenas, donde la matriz base de transmisión se define de manera tal que cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos se transmite desde la pluralidad de antenas y cada flujo de símbolo de transmisión se transmite en o cerca de la potencia total disponible para la antena asociada .
14. Un método para procesar símbolos recibidos en un sistema de comunicaciones de múltiple entrada múltiple salida (MIMO), caracterizado porque comprende: obtener una pluralidad de flujos de símbolos recibidos para una pluralidad de antenas de recepción, donde la pluralidad de flujos de símbolos recibidos comprenden al menos un flujo de símbolos de datos que se han procesado con una matriz base de transmisión a fin de formar una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión para una pluralidad de antenas de transmisión, donde la matriz base de transmisión se define dé manera tal que cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos se transmite desde la pluralidad de antenas de transmisión y cada flujo de símbolos de transmisión se transmite en o cerca de la potencia total disponible para la antena de transmisión asociada; y procesar la pluralidad de flujos de símbolos recibidos para recuperar al menos un flujo de símbolos de datos.
15. El método según la reivindicación 14, caracterizado el procesamiento porque incluye ecualizar la pluralidad de flujos de símbolos recibidos para obtener un cálculo de al menos un flujo de símbolo de datos, y decodificar el cálculo de al menos un flujo de símbolos de datos.
16. El método según la reivindicación 15, caracterizado porque la ecualización se realiza con base en una matriz de filtro acoplado que comprended la matriz base de transmi sión .
17. El método según la reivindicación 14, caracterizado además porque comprende: calcular una calidad de señal recibida para cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos; y determinar una tasa para cada uno de al menos un flujo de símbolo de datos con base en la calidad de señal recibida calculada.
18. Un aparato transmisor en un sistema de comunicaciones de múltiple entrada múltiple salida (MIMO), caracterizado porque comprende: medios para recibir al menos un flujo de símbolos de datos para la transmisión proveniente de una pluralidad de antenas; medios para escalar cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos con un peso respectivo correspondiente a una cantidad de potencia de transmisión asignada al flujo de símbolos de datos, donde la cantidad total de potencia de transmisión asignada al menos a un flujo de símbolos de datos es menor que o igual a la potencia de transmisión total disponible para el sistema; y medios para procesar al menos un flujo de símbolos · de datos con una matriz base de transmisión para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión, un flujo de símbolos de datos para cada una de las pluralidades de antenas, donde la matriz base de transmisión se define de manera tal que cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos se transmite desde la pluralidad de antenas y cada flujo de símbolos de datos se transmite en o cerca de la potencia total disponible para la antena asociada .
19. El aparato transmisor según la reivindicación 18, caracterizado porque la matriz base de transmisión es una matriz de Walsh-Hadamard o una matriz de transformada de Fourier discreta (DFT) .
20. Una unidad transmisora en un sistema de comunicaciones de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) , caracterizado porque comprende : un procesador de datos de transmisión (TX) operativo para procesar datos a fin de proporcionar al menos un flujo de símbolos de datos para la transmisión proveniente de una pluralidad de antenas; y un procesador espacial de TX operativo para escalar cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos con un peso respectivo correspondiente a una cantidad de potencia de transmisión asignada al flujo de símbolos de datos, y para procesar al menos un flujo de símbolos de datos con . una matriz base de transmisión para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión, un flujo de símbolos de transmisión para cada una de las pluralidades de antenas, donde la matriz base de transmisión se define de manera tal que cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos se transmite desde la pluralidad de antenas y cada flujo de símbolos de transmisión se transmite en o cerca de la potencia total disponible para la antena asociada.
21. La unidad transmisora según la reivindicación 20, caracterizada porque comprende además: una pluralidad de transmisores asociados con la pluralidad de antenas, cada transmisor operativo para procesar un flujo de símbolos de transmisión respectivo para la transmisión proveniente de la antena asociada .
22. Un aparato receptor en un sistema de comunicaciones de múltiple entrada múltiple salida (MIMO), caracterizado porque comprende: un procesador espacial de recepción (RX) operativo para procesar una pluralidad de flujos de símbolos recibidos a fin de proporcionar un cálculo de al menos un flujo de símbolos de datos, donde al menos un flujo de símbolos de datos se procesa con una matriz base de transmisión para formar una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión para una pluralidad de antenas de transmisión, y donde la matriz base de transmisión se define de manera tal que cada uno de al menos un flujo de símbolos de datos se transmite desde la pluralidad de antenas de transmisión y cada flujo de símbolos de transmisión se transmite en o cerca de la potencia total disponible para la antena de transmisión asociada; y un procesador de datos de RX operativo para procesar el cálculo de al menos un flujo de símbolos de datos para proporcionar datos decodif icados . RESUMEN Un esquema de transmisión de tasa adaptable para sistemas MIMO, el cual puede transmitir un número variable de flujos de símbolos de datos, proporcionar diversidad de transmisión para cada flujo de símbolos de datos, y utilizar completamente la potencia de transmisión total del sistema y la potencia total de cada antena. En un método, al menos un flujo de símbolos de datos se recibe para la transmisión proveniente de una pluralidad de antenas. Cada flujo de símbolos de datos se escala con un peso respectivo correspondiente a la cantidad de potencia de transmisión asignada a ese flujo. El(los) flujo(s) de símbolos de datos escalados se multiplican con una matriz base de transmisión para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos de transmisión para la pluralidad de antenas. La matriz base de transmisión (por ejemplo, una matriz de Walsh-Hadamard o una matriz DFT) se define de manera tal que cada flujo de símbolos de datos se transmite desde todas las antenas y cada flujo de símbolos de transmisión se transmite a (o cerca de) la potencia total para la antena asociada .