PT2145400E

PT2145400E - Método e montagem para adaptar uma transmissão de múltiplas antenas

Info

Publication number: PT2145400E
Application number: PT87243200T
Authority: PT
Inventors: George Joengren
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-05-21
Also published as: JP2012231523A; ES2645226T3; JP5587367B2; EP2615785B1; KR20100016133A; US9077401B2; WO2008133582A2; DK2615785T3; PL2145400T3; EP2145400A4; US20130028343A1; US10609577B2; ES2407118T3; US10051492B2; EP2145400A2; EP3249869A1; US20180352450A1; WO2008133582A3; CN101675602B; CN101675602A

Description

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DESCRIÇÃO

"MÉTODO E MONTAGEM PARA ADAPTAR UMA TRANSMISSÃO DE MÚLTIPLAS ANTENAS"

DOMÍNIO TÉCNICO A presente invenção diz respeito a um método e uma montagem num primeiro nodo, e a um método e uma montagem num segundo nodo. Em particular, ela refere-se à adaptação de uma transmissão de múltiplas antenas, desde o primeiro nodo até ao segundo nodo, através de um canal sem fios.

TECNOLOGIA ANTECEDENTE A utilização de múltiplas antenas num transmissor e/ou num receptor de um nodo, num sistema de comunicações sem fios, pode reforçar de forma significativa a capacidade e a cobertura do sistema de comunicações sem fios. Tais sistemas de Entrada Múltipla Saida Múltipla ("Multiple Input Multiple Output - MIMO") exploram a dimensão espacial do canal de comunicação para melhorar o desempenho, por exemplo transmitindo em paralelo diversos sinais transportando informação, na chamada multiplexação espacial. Ao adaptar a transmissão às condições do canal num determinado momento, podem-se alcançar significativos ganhos adicionais. Uma forma de adaptação consiste no ajustamento de forma dinâmica, àquilo que o canal pode -2- ΡΕ2145400 suportar e de um Intervalo de Tempo de Transmissão ("Transmission Time Interval - TTI") para outro, do número de sinais transportando informação que são simultaneamente transmitidos. Isto é vulgarmente conhecido por adaptação do posicionamento de transmissão. A pré-codificação constitui uma outra forma de adaptação correlacionada, na qual são ajustadas as fases e amplitudes dos sinais atrás mencionados, para melhor se ajustarem às propriedades de canal nesse momento. A clássica formação de feixes é um caso especial de pré-codificação, no qual é ajustada a fase de um sinal transportando informação sobre cada antena transmissora, para que todos os sinais transmitidos sejam construtivamente adicionados no receptor. 0 uso de pré-codificação pode ser consultado no documento WO 2006/049417.

Os sinais formam um sinal vectorial valorizado e o ajustamento pode ser concebido como a multiplicação por uma matriz de pré-codificador. A matriz de pré-codificador é escolhida com base na informação acerca das propriedades do canal. Uma abordagem comum consiste em seleccionar a matriz de pré-codificador dentro de um conjunto finito e contável, um chamado livro de código. Tal pré-codificação baseada em livro de código constitui uma parte integrante da Norma de Evolução a Longo Prazo ("Long Term Evolution -LTE") , e irá também ser suportada em MIMO para Acesso de Pacote de Ligação Descendente de Alta Velocidade ("High Speed Downlink Packet Access - HSDPA"), em Acesso Múltiplo por Divisão de Código de Banda Larga ("Wideband Code -3- ΡΕ2145400

Division Muitiple Access - WCDMA"). 0 receptor - por exemplo, um equipamento de utilizador ("User Equipment -UE") - irá então normalmente avaliar todas as diferentes matrizes de pré-codificador no livro de código, e sinalizar para o transmissor (por exemplo, um Nó B) qual é o elemento preferido. 0 transmissor irá então usar a informação sinalizada, ao decidir qual a matriz de pré-codificador que irá aplicar. Uma vez que os índices do livro de código precisam de ser sinalizados, e o receptor precisa de seleccionar um apropriado elemento de livro de código, torna-se importante manter tão pequeno quanto possível o tamanho do livro de código. Mas, por outro lado, maiores livros de código garantem que seja possível encontrar uma entrada que coincida de forma mais aproximada com as condições de canal nesse momento. A pré-codificação baseada em livro de código pode ser vista como uma forma de quantificação de canal. Alternativamente, podem ser utilizados métodos que calculam a matriz de pré-codificador sem recorrer a quantificação. 0 objectivo fundamental da concepção do livro de código de pré-codificador passa por manter pequeno o tamanho do livro de código, conseguindo simultaneamente o mais alto desempenho possível. A concepção dos elementos no livro de código torna-se assim crucial, no intuito de se obter o desempenho pretendido. -4- ΡΕ2145400 A existência de diferentes configurações de rede de antenas influencia a forma como os elementos do livro de código deverão ser projectados. Muitas soluções existentes são projectadas tendo em mente o desvanecimento de canal não correlacionado espacialmente, e o local onde cada coeficiente de canal desvanece com a mesma potência média. No entanto, um tal modelo de canal não é suficientemente rigoroso quando é usada rede de antenas com polarização cruzada. Consequentemente, as concepções existentes não são adequadas para uma tal configuração - uma instalação de antenas que na prática é considerada como sendo importante.

Para perceber porque é que as concepções existentes - ajustadas para coeficientes de canal igualmente alimentados - não são eficazes para uma instalação de rede de antenas com polarização cruzada, considere-se um sistema MIMO 2x2, por questões de simplicidade, no qual tanto o emissor como o receptor usam redes com polarização cruzada, e em que as duas polarizações ortogonais estão alinhadas no lado da transmissão e da recepção, por exemplo num par de antenas horizontal e verticalmente polarizadas em ambos os lados da ligação. A matriz de canal de MIMO irá então ser diagonalmente pesada, o que significa que os elementos na diagonal têm, em média, substancialmente mais potência do que os elementos fora da diagonal, dado que as polarizações horizontal e vertical estão, em média, bastante bem separadas, mesmo depois de terem sido submetidas ao canal de rádio e terem alcançado o receptor. Para um tal canal, -5- ΡΕ2145400 um livro de código apropriado com dimensão minima contém os vectores de unidade e a matriz identidade. Isto garante que, quando for executada uma transmissão de fluxo único (transmissão de posicionamento único), toda a potência de transmissão pode ser alocada à antena com o canal forte, não sendo desperdiçada qualquer potência na outra antena, o que em termos médios não vai ser capaz de conduzir uma significativa potência para o receptor. A razão para esta última situação é devida à instalação de polarização cruzada, em conjugação com a selecção de transmissão de posicionamento, o que significa que a matriz de canal irá tipicamente apresentar apenas um elemento com uma potência substancialmente maior do que zero, e tal elemento irá situar-se na diagonal.

Toda a potência deverá portanto ser alocada à antena que corresponda ao atrás mencionado elemento de diagonal não nulo. No entanto, para uma concepção de pré-codificador que tenha por alvo um cenário com coeficientes de canal igualmente alimentados, este não será normalmente o caso. Isto é assegurado por uma estrutura de pré-codificador diagonal, ou estrutura de livro de código de pré-codificador. Para sistemas MIMO com mais do que duas antenas de transmissão (Tx), é adequada uma estrutura diagonal por blocos.

Como já foi mencionado, as redes com polarização cruzada, com polarização vertical e horizontal no transmissor, tendem a resultar em tubos de transmissão bem -6- ΡΕ2145400 separados, o que é um atractivo para a transmissão de MIMO de múltiplos fluxos. A vulgar utilização de redes com polarização cruzada a +45 graus ou - 45 graus não será assim tão atractiva, nesta perspectiva, uma vez que as transmissões a partir das duas diferentes polarizações se misturam, tanto na polarização vertical como na polarização horizontal. Isso aumenta potencialmente a interferência entre fluxos e, consequentemente, prejudica a performance de MIMO. Uma estrutura de pré-codificador diagonal por blocos não será portanto optimizada para o caso de polarização cruzada a +45 graus ou - 45 graus, que é uma instalação muito comum em implementações já existentes.

Outro problema com uma estrutura diagonal por blocos consiste em que ela conduz a problemas de desequilíbrio de potências entre os Amplificadores de Potência ("Power Amplifiers - PA's). Nem todos os PA's estarão a funcionar à potência máxima, a menos que haja utilização em comum ("pooling") dos PA's para que a potência possa ser partilhada entre os PA's. A utilização em comum dos PA' s pode contudo ser complicada e dispendiosa, sendo por vezes até impossível.

Em termos práticos, o grau de separação entre polarização horizontal e vertical poderá variar e, consequentemente, aumentar a interferência entre fluxos, se o esquema de MIMO depender unicamente da polarização para separar os fluxos. Isto também significa que poderá não ser desejável um pré-codificador diagonal puramente por blocos. -7- ΡΕ2145400

Uma mistura de elementos da diagonal por blocos e de outros elementos poderá ser de facto apropriada. Isso geralmente conduz a um problema de desequilíbrio de potência nos amplificadores e, por causa da mistura de elementos na diagonal por blocos e de elementos fora da diagonal por blocos, as técnicas existentes para utilização em comum dos PA's deixam de ser utilizáveis.

RESUMO 0 problema fulcral consiste em proporcionar um mecanismo para melhorar o desempenho de um canal sem fios, quando se utiliza pré-codificação.

De acordo com uma primeira vertente da presente invenção, o objectivo é conseguido por intermédio de um método, num primeiro nodo, para adaptação de uma transmissão de múltiplas antenas para um segundo nodo através de um canal sem fios. 0 canal sem fios dispõe de pelo menos três entradas e pelo menos uma saída. 0 primeiro nodo e o segundo nodo estão compreendidos num sistema de comunicações sem fios. 0 método compreende as seguintes etapas: (i) obtenção de pelo menos um fluxo de símbolos; e (ii) determinação de uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos. 0 método compreende as seguintes etapas adicionais: (iii) pré-codificação do - pelo menos um - fluxo de símbolos com a matriz de pré-codificação determinada; e (iv) transmissão - 8- ΡΕ2145400 para o segundo nodo do - pelo menos um - fluxo de símbolos pré-codifiçado, através de um canal sem fios.

De acordo com uma segunda vertente da presente invenção, o objectivo é conseguido por um método, num segundo nodo, para recepção de uma transmissão de múltiplas antenas proveniente de um primeiro nodo através de um canal sem fios. 0 canal sem fios dispõe de pelo menos três entradas e pelo menos uma saida. 0 primeiro nodo e o segundo nodo estão compreendidos num sistema de comunicações sem fios. 0 método compreende a etapa de recepção de uma transmissão correspondente a pelo menos um fluxo de símbolos, através de um canal sem fios, conduzido a partir do primeiro nodo. 0 - pelo menos um - fluxo de símbolos é pré-codifiçado por uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto, criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos.

De acordo com uma terceira vertente da presente invenção, o objectivo é conseguido por uma montagem, num primeiro nodo, para adaptar a transmissão de múltiplas antenas para um segundo nodo através de um canal sem fios. 0 canal sem fios dispõe de pelo menos três entradas e pelo menos uma saída. 0 primeiro nodo e o segundo nodo estão compreendidos num sistema de comunicações sem fios. A montagem no primeiro nodo compreende os seguintes componentes: (i) uma unidade de obtenção configurada para obter pelo menos um fluxo de símbolos; e (ii) uma unidade -9- ΡΕ2145400 de determinação configurada para determinar uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto criada por uma matriz diagonal de blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos. A montagem no primeiro nodo compreende ainda os seguintes componentes: (iii) uma unidade de pré-codificação configurada para pré-codificar o - pelo menos um - fluxo de símbolos com a matriz de pré-codificação determinada; e (iv) uma unidade de transmissão configurada para transmitir para o segundo nodo o - pelo menos um - fluxo de símbolos pré-codifiçado, através de um canal sem fios.

De acordo com uma quarta vertente da presente invenção, o objectivo é alcançado por uma montagem num segundo nodo, para recepção de uma transmissão de múltiplas antenas proveniente de um primeiro nodo através de um canal sem fios 0 canal sem fios dispõe de pelo menos três entradas e pelo menos uma saída. 0 primeiro nodo e o segundo nodo estão compreendidos num sistema de comunicações sem fios. A montagem no segundo nodo compreende uma unidade de recepção configurada para receber uma transmissão correspondente a pelo menos um fluxo de símbolos, conduzido a partir do primeiro nodo através de um canal sem fios. 0 - pelo menos um - fluxo de símbolos é pré-codifiçado por uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos. - 10- ΡΕ2145400 É utilizada uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto. A matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto é criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos. A utilização desta matriz apresentando uma estrutura de produto, para pré-codificação de um fluxo de símbolos aquando da sua transmissão através de uma ligação sem fios, ajuda a equilibrar os PA's. Isso implica que possa ser emitida mais potência para dentro do canal de propagação, donde resulta um melhorado desempenho do canal sem fios.

Isto é evidenciado pelo facto de um livro de código multiplicado pelas matrizes unitárias mencionadas produzir um novo livro de código, onde cada elemento em cada matriz/vector tem a mesma magnitude. De particular interesse é a utilização da chamada matriz unitária de diagonalização por blocos juntamente com as antenas polarizadas a +45 graus ou - 45 graus conjuntamente implementadas, com o que se atinge simultaneamente o equilíbrio de potências e a desejável rotação para transmissão polarizada, na direcção horizontal e na direcção vertical, mesmo no caso de uma mistura de elementos de pré-codificador na diagonal por blocos e de alguns fora da diagonal por blocos.

Uma vantagem da presente solução reside em que a utilização da matriz apresentando uma estrutura de produto - 11 - ΡΕ2145400 melhora o desempenho, por exemplo ao permitir mais elevados débitos de dados ou maior fiabilidade, em particular quando as polarizações não estão perfeitamente separadas [por exemplo, com moderada Discriminação Polar Cruzada ("Cross Polar Discrimination - XPD")], quando utilizada em conjugação com matrizes polarizadas a +45 graus ou - 45 graus. Fica também optimizada a utilização dos PA's, com o que se reduz o consumo de energia eléctrica bem como a dissipação de calor.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A invenção será descrita em maior detalhe fazendo referência aos desenhos anexos que ilustram modelos de realização exemplificativos para a invenção, e nos quais: A Figura 1 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra modelos de realização para um sistema de comunicações sem fios. A Figura 2 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra modelos de realização para um sistema de comunicações sem fios. A Figura 3 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra modelos de realização para um primeiro nodo. A Figura 4 é um fluxograma que ilustra modelos de realização para um método num primeiro nodo. - 12- ΡΕ2145400 A Figura 5 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra modelos de realização para uma montagem no primeiro nodo. A Figura 6 é um fluxograma que ilustra modelos de realização para um método num segundo nodo. A Figura 7 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra modelos de realização para uma montagem no segundo nodo.

DESCRIÇÃO DETALHADA A invenção é definida como um método e uma montagem, respectivamente num primeiro nodo e num segundo nodo, os quais podem ser postos em prática nos modelos de realização adiante descritos. A Figura 1 ilustra um primeiro nodo 100 num sistema de comunicações sem fios 110. 0 sistema de comunicações sem fios 110 pode consistir num sistema celular, e/ou num sistema tal como: Evolução a Longo Prazo (LTE), Acesso Rádio Terrestre Universal Evoluído ("Evolved Universal Terrestrial Radio Access - E-UTRA"), Interoperabilidade Mundial para Acesso de Microondas ("Worldwide Interoperability for Microwave Access WiMAX") , Acesso Rádio Terrestre Universal ("Universal Terrestrial Radio Access - UTRA"), Acesso Múltiplo por Divisão de Código de Banda Larga (WCDMA), GSM, Banda Larga Ultra Móvel ("Ultra Mobile Wideband - UMB") , ou qualquer - 13 - ΡΕ2145400 outro sistema de comunicações sem fios usando tecnologias que realizam a adaptação entre diferentes formas de transmissão e usam múltiplas antenas. 0 primeiro nodo 100 está preparado para comunicar com um segundo nodo 120 no sistema de comunicações sem fios 110, através de um canal sem fios 130. Pode ser usado um filtro de MIMO linear e invariante no tempo para modelar a relação entrada-saida do canal sem fios, durante um período de transmissão suficientemente curto. Para transmissões de banda suficientemente estreita, pode ser usada uma única matriz para descrever o filtro. Uma tal descrição da matriz de canal também serve para modelação do canal sobre uma subportadora, (ou várias subportadoras, desde que elas abranjam uma largura de banda que seja pequena em comparação com a largura de banda de coerência do canal), num sistema de Multiplexagem por Divisão de Frequência Ortogonal ("Orthogonal Frequency Division Multiplexing -OFDM") como por exemplo a LTE. 0 primeiro nodo 100 pode consistir em qualquer tipo de estação de base, por exemplo um Nó B como acontece na LTE. 0 segundo nodo 120 pode consistir num equipamento de utilizador (UE), como por exemplo um telefone celular, um Assistente Digital Pessoal ("Personal Digital Assistant - PDA"), um computador portátil ("laptop"). Também pode verificar-se a situação inversa, em que o primeiro nodo 100 pode consistir num UE -como por exemplo um telemóvel, um Assistente Digital Pessoal (PDA) - e o segundo nodo 120 pode consistir em qualquer tipo de estação de base, por exemplo um Nó B. No exemplo da Figura 1, o primeiro nodo 100 é uma estação de - 14- ΡΕ2145400 base e o segundo nodo 120 é um equipamento de utilizador. Além disso, o primeiro nodo 100 e o segundo nodo 120 podem constituir dispositivos sem fios arbitrários, em comunicação uns com os outros e sem nenhuma ordenação hierárquica especifica. 0 primeiro nodo 100 utiliza um sistema de múltiplas antenas, isto é, utiliza várias antenas para a sua transmissão para o segundo nodo 120. 0 segundo nodo 120 também pode usar um sistema de múltiplas antenas para recepção da transmissão do primeiro nodo. Trata-se portanto de um sistema MIMO, em que as entradas para o canal correspondem às antenas de transmissão no primeiro nodo 100, e as saidas correspondem às antenas de recepção no segundo nodo 120. Pode igualmente ser considerado o processamento/filtragem de emissor e receptor, a ser incluído dentro do canal. Note-se que uma tal instalação de MIMO pode incluir o caso especial de apenas haver uma antena de recepção. A Figura 2 ilustra alguns modelos de realização, em que tanto o primeiro nodo 100 como o segundo nodo 120 estão a utilizar um sistema de múltiplas antenas que compreende quatro antenas. 0 primeiro nodo 100 obtém um sinal transportando informação 140, sendo representado por uma sequência de bits de informação, devendo esta informação ser comunicada ao segundo nodo 120 através do canal sem fios 130. A Figura 2 ilustra esquematicamente o primeiro nodo 100 como sendo o nodo de transmissão (Tx) e o segundo nodo 120 como sendo o nodo de recepção (Rx) , podendo o primeiro nodo 100 e o segundo nodo 120 usar um - 15- ΡΕ2145400 sistema de múltiplas antenas 150, resultando numa ligação MIMO. Neste exemplo, o primeiro nodo 100 compreende quatro antenas de transmissão 160 1, 2, 3 e 4, consistindo por exemplo numa estação de base com quatro antenas de transmissão, e o segundo nodo 120 compreende quatro antenas de recepção 170 1, 2, 3 e 4, consistindo por exemplo num equipamento de utilizador com quatro antenas de recepção.

No exemplo da Figura 2, o primeiro nodo 100 compreende uma unidade de codificação 162, uma unidade de pré-codificação posterior ("post precoding") 163 e quatro unidades de transmissão de rádio 164. A unidade de codificação 162 está preparada para receber o sinal transportando informação 140 a ser transmitido. A unidade de codificação 162 pode ainda estar preparada para eventualmente fazer: (i) a desmultiplexagem dos bits de informação numa ou mais sequências de bits de informação, (ii) a codificação destas sequências de bits de informação utilizando algum código de canal (por exemplo, o turbo código (classe de algoritmos de codificação), o código de Verificação de Paridade de Baixa Densidade ("Low-Density Parity-Check - LDPC"), o código convolucional), (iii) a modulação dos bits codificados para produzir simbolos, (iv) o mapeamento dos simbolos para uma sequência dos vectores de simbolos transportando informação e a pré-codificação dos vectores de simbolos condutores de informação e, por último, (v) o encaminhamento do resultado para uma eventual unidade de pré-codificação posterior 163. No mais simples dos casos, a unidade de pré-codificação posterior 163 - 16- ΡΕ2145400 poderá somente encaminhar o sinal pré-codifiçado (ou seja, a unidade de pré-codificação posterior 163 é transparente, e poderá portanto ser considerada como não existente), ou ela poderá processá-lo de alguma maneira, por exemplo executando filtragem digital na banda de base, antes de colocar na saida os sinais eventualmente processados para transmissão, utilizando as unidades de transmissão de rádio 164, recorrendo às respectivas antenas de transmissão 160 1, 2, 3 e 4 para transmissão para o segundo nodo 120 do sinal pré-codifiçado. Dever-se-á atender a que as funções básicas do transmissor são já bem conhecidas para uma pessoa especializada, e não serão aqui descritas em pormenor. Neste exemplo, o transmissor poderá suportar técnicas tais como: Acesso Múltiplo por Divisão Espacial ("Spatial-Division Multiple Access - SDMA"), pré-codificação de SDMA, MIMO, pré-codificação de MIMO, e/ou MIMO-SDMA.

No exemplo da Figura 2, o segundo nodo 120 compreende uma unidade de pré-processamento 171, uma unidade desmoduladora de descodificação 172, e quatro unidades de recepção de rádio 174. O segundo nodo 120 está preparado para receber o sinal pré-codifiçado proveniente do primeiro nodo 100. O sinal é recebido por intermédio das antenas de recepção 170 1, 2, 3 e 4, da unidade de pré-processamento 171 e das unidades de recepção de rádio 174. A unidade de pré-processamento 171 pode implementar diversas etapas de processamento; a titulo de exemplo, ela pode executar filtragem na banda de base, ou simplesmente - 17- ΡΕ2145400 encaminhar os sinais inalterados para a unidade desmoduladora de descodificação 172. Neste último caso, a unidade de pré-processamento 171 pode, alternativamente, ser considerada como não estando presente (ou seja transparente, correspondente a uma unidade de não pré-processamento) . A unidade desmoduladora de descodificação 172 pode estar preparada para receber o sinal codificado proveniente da unidade de pré-processamento 171. A unidade desmoduladora de descodificação 172 pode ainda estar preparada para desmodular o sinal codificado para bits de dados. Dever-se-á atender a que as funções básicas do receptor são bem conhecidas para uma pessoa especializada, e não serão descritas em pormenor neste documento.

Também deverá ser mencionado que tanto o receptor no segundo nodo 120 como o transmissor no primeiro nodo 100 poderão alterar o seu funcionamento de modo de operação, respectivamente para transmissor e receptor.

Pré-codificação

Como já foi indicado, a unidade de codificação 162 no primeiro nodo 100 pode ainda ser subdividida em duas partes, correspondentes a uma unidade de codificação e modulação 300 e a uma unidade de pré-codificação 310, como por exemplo um pré-codificador. Um exemplo de uma unidade de codificação e modulação 300 e de uma unidade de pré-codificação 310 está representado na Figura 3. A unidade de codificação e modulação 300 aceita como entrada bits de informação, e produz como saida uma sequência de vectores - 18- ΡΕ2145400 de símbolos transportando informação, isto é, um sinal transportando informação de vector valorizado. Os vectores de símbolos transportando informação podem ser vistos sob a forma de um ou vários fluxos de símbolos em paralelo, onde cada elemento de cada vector s irá portanto pertencer a um determinado fluxo de símbolos. Os diferentes fluxos de símbolos são vulgarmente referidos como camadas e, em qualquer dado momento, existirão r dessas diferentes camadas correspondentes a um posicionamento de transmissão de r. Nestas circunstâncias, o sinal a ser transmitido para o segundo nodo 120 através do canal sem fios 130 irá pelo menos compreender um fluxo de símbolos (ou camada) . Os r símbolos num particular vector s de símbolos transportando informação [rxl] são subsequentemente multiplicados por uma matriz de pré-codificação [ATfxr] identificada por w , onde NT indica o número de entradas (por exemplo, o número de antenas de transmissão, número de portas de antena, etc.) do canal de MIMO. A mencionada operação de pré-codificação encaminha a saída resultante para a unidade de pós-processamento 163. 0 primeiro nodo 100 determina uma matriz de pré-codificação apresentando uma determinada estrutura de produto, a qual irá ser adiante descrita de forma mais detalhada. Isso pode ser realizado por intermédio da escolha de uma matriz de pré-codificação que se vai ajustar com as características do canal, isto é, que coincida com uma matriz de canal de MIMO [NRxNT] identificada por Η. A matriz de pré-codificação w pode

Kr assim depender do valor do canal H. Os r símbolos condutores de informação em s são tipicamente números - 19- ΡΕ2145400 complexos. 0 suporte de adaptação de posicionamento permite que o número r de fluxos de símbolos simultaneamente transmitidos seja ajustado de acordo com as características de canal nesse momento. Após a pré-codificação, os sinais são conduzidos através do canal H e recebidos por uma rede de antenas com NR elementos. 0 receptor irá eventualmente processar os sinais por intermédio da unidade de pré-processamento 171. A recolha dos sinais num vector y [IVRxl], e considerando os sinais ao longo de uma largura de banda suficientemente estreita, quando comparada com a largura de banda de coerência do canal, vai conduzir ao modelo em que e é habitualmente modelado como um vector de ruído obtido enquanto realizações de algum processo aleatório, e onde a saída do canal irá assim corresponder à saída da unidade de pré-processamento 171 (podendo esta última ser transparente). Obviamente que este modelo também é válido para sistemas de OFDM (por exemplo, LTE, WiMax etc.), onde ele poderá ser normalmente aplicado sobre uma base de subportadora.

Matriz de canal, H

Fazendo de novo referência à Figura 2, o primeiro nodo 100 compreende um sistema de múltiplas antenas onde, em alguns modelos de realização, pelo menos uma antena emite ondas de rádio numa direcção de polarização -20- ΡΕ2145400 horizontal, e pelo menos uma outra antena emite energia na direcção de polarização ortogonal (isto é, vertical). Uma tal instalação de antenas duplamente polarizadas, ou com polarização cruzada, poderá então conter um grupo de antenas co-polarizadas, e um outro grupo de antenas co-polarizadas que estão ortogonalmente polarizadas em relação às do primeiro grupo. 0 termo "co-polarização" significa que as antenas estão a transmitir com a mesma polarização. Sob condições ideais de linha de vista, assumindo respostas ideais de antena e uma semelhante instalação de antenas duplamente polarizadas no lado da recepção, da instalação de antenas com polarização cruzada vai resultar uma matriz de canal diagonal por blocos, que será adiante explicada de forma mais detalhada. No exemplo da Figura 2, as duas primeiras antenas transmissoras 160, 1 e 2 estão polarizadas horizontalmente, e as outras duas, 3 e 4 estão polarizadas verticalmente. As antenas de recepção no segundo nodo 120 estão dispostas de forma semelhante. As antenas co-polarizadas na rede de transmissão podem ficar suficientemente afastadas entre si, de modo que entre os canais associados o desvanecimento fique mais ou menos não correlacionado com os elementos co-polarizados. Tal como mencionado atrás, o canal pode ser modelado usando uma matriz de canal. Sem perda de generalidade, ao reordenar de forma apropriada os elementos de antena de transmissão e de recepção, a matriz de canal H 4x4 resultante tenderá então a ter a estrutura diagonal por blocos de acordo com: ΡΕ2145400 -21 - *11 kl2: & 0 ' ** %2: 0 0 8 0 *38 . 0 0 &

Com uma tal matriz de canal efectivo diagonal por blocos, os sinais transmitidos pelas antenas 160 1 e 2 no primeiro nodo 100 não chegam às antenas de recepção 170 3 e 4 e, de forma correspondente, os sinais provenientes das antenas de transmissão 160 3 e 4 não chegam às antenas de recepção 170 1 e 2. Como ilustrado na Figura 2, para as duas primeiras antenas de transmissão 160, 1 e 2 que estão horizontalmente polarizadas: o coeficiente de canal de valor complexo hn representa o canal efectivo envolvendo o canal fisico entre a antena de transmissão 160 1 e a antena de recepção 170 1, o coeficiente de canal de valor complexo h12 representa o canal efectivo envolvendo o canal fisico entre a antena de transmissão 160 2 e a antena de recepção 170 1, o coeficiente de canal de valor complexo h2i representa o canal efectivo envolvendo o canal fisico entre a antena de transmissão 160 1 e a antena de recepção 170 2, e o coeficiente de canal de valor complexo h22 representa o canal efectivo envolvendo o canal fisico entre a antena de transmissão 160 2 e a antena de recepção 170 2. -22- ΡΕ2145400

Alem disso, conforme ilustrado na Figura 2, para as duas restantes antenas de transmissão 160, 3 e 4 que estão verticalmente polarizadas: o coeficiente de representa o canal efectivo a antena de transmissão 160 o coeficiente de representa o canal efectivo a antena de transmissão 160 o coeficiente de representa o canal efectivo a antena de transmissão 160 e canal de valor complexo h33 envolvendo o canal fisico entre 3 e a antena de recepção 170 3, canal de valor complexo Λ34 envolvendo o canal fisico entre 4 e a antena de recepção 170 3, canal de valor complexo Λ43 envolvendo o canal fisico entre 3 e a antena de recepção 170 4, o coeficiente de canal de valor complexo h44 representa o canal efectivo envolvendo o canal fisico entre a antena de transmissão 160 4 e a antena de recepção 170 4. 0 significado geral de uma matriz de canal diagonal por blocos é o de que ela tenderá a apresentar a seguinte estrutura: far-CSl m ΐ — 1¾½ ^ W· JF.. j'*: a* \ I Ç-KH 1 ,, Jte „ :> x c i: em que a matriz pode ser subdividida em ^ ^ '.ST 'í1 blocos fora da diagonal identificados por „ , com k=l, 2, ..., K + i = l, 2, ..., K, e H blocos na diagonal -23- ΡΕ2145400 com k = 1, 2, identifiçados por K, com tamanhos eventualmente variáveis. Note-se que o canal é definido de modo a ser diagonal por blocos, se ele puder ser reorganizado por intermédio de apropriadas trocas de linhas e colunas, de modo a obter uma forma tal como a anterior, de modo que as potências médias (sendo obtidas médias ao longo de periodos de tempo suficientemente prolongados, para que o desvanecimento rápido fique fora da média) dos coeficientes de canal nos blocos fora da diagonal ^ jái· A"» u sejam significativamente mais baixas do que as potências médias dos coeficientes de canal nos blocos da diagonal . Tal potência significativamente mais baixa irá por exemplo ocorrer se for utilizada no primeiro nodo 100 uma instalação de antenas com polarização cruzada, e for utilizada uma semelhante instalação de antenas com polarização cruzada no segundo nodo 120. A diferença na potência média entre coeficientes de canal dos blocos da diagonal e dos blocos fora da diagonal situa-se muitas vezes em cerca de 6 dB, ou é substancialmente mais elevada, dependendo do cenário de propagação. Mesmo que a instalação de antenas utilizada no segundo nodo 120 não esteja exactamente com polarização cruzada, as diferenças de potência poderão ser ainda significativas.

Matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto.

Na presente solução, o primeiro nodo 100 determina uma matriz de pré-codificação apresentando uma -24- ΡΕ2145400 certa estrutura de produto. A noção de estrutura de produto será apresentada mais tarde, e explicitamente definida após a discussão sobre pré-codificação e livros de código para pré-codificação. A matriz de pré-codificação determinada destina-se a ser usada na pré-codificação do - pelo menos um - fluxo de simbolos (isto é, uma ou mais camadas) a ser transmitido para um segundo nodo 120. A determinação pode ser realizada ao escolher a matriz de pré-codificação que corresponda às caracteristicas do canal que foi modelado utilizando a matriz de canal H. Se a instalação de antenas com polarização cruzada no primeiro nodo 100 estiver a utilizar antenas polarizadas horizontal e verticalmente, será adequada uma pré-codificação com estrutura de diagonal por blocos, desde que a utilização de um pré-codificador com estrutura de diagonal por blocos coincida com a estrutura de diagonal por blocos da matriz de canal de diagonal por blocos. No entanto, se a mencionada instalação de antenas estiver, em vez disso, a usar a polarização orientada, por exemplo a + 45 graus ou - 45 graus, então a matriz de canal deixará provavelmente de ser diagonal por blocos, como se tivessem sido utilizadas polarizações horizontal e vertical. A estrutura de produto de pré-codificador é neste caso benéfica, uma vez que ela envolve a decomposição do pré-codificador num produto de duas matrizes, uma unitária designada por matriz unitária de diagonalização por blocos, e uma matriz diagonal por blocos, em que esta última matriz é multiplicada à esquerda pela primeira. A matriz unitária de diagonalização por blocos determinada, a ser usada, permite que a instalação -25- ΡΕ2145400 de antenas com polarização cruzada a +45 graus ou - 45 graus seja transformada numa virtual instalação de antenas com polarização cruzada a 0/90 graus (isto é, polarizada horizontal e verticalmente) , a qual por sua vez vê um novo canal resultante que tem alguma tendência para ser diagonal por blocos. Desde que seja efectivamente obtido um canal virtual de diagonal por blocos, o pré-codificador de diagonal por blocos na estrutura de produto poderá agora ser utilizado para se ajustar com as suas caracteristicas. Basicamente, a matriz unitária serve para rodar as polarizações, de modo que os sinais transmitidos se alinhem com as direcções vertical e horizontal. Uma vantagem de uma tal estrutura de produto reside em que os pré-codificadores podem ser feitos de maneira a terem elementos em módulo constante, o que significa que, qualquer que seja o pré-codificador de estrutura de produto que for exactamente usado, será utilizada a mesma potência em todas as portas de antena. Isto vai então resolver o problema de ter de se lidar com diferentes potências de transmissão nos diferentes amplificadores de potência (PA's). Assim sendo, a estrutura de produto não só alinha a transmissão nas vantajosas polarizações horizontal e vertical, como também está ao mesmo tempo a oferecer utilização em comum das potências de PA entre estas duas polarizações.

Livro de código Fazendo de realização o código 180. 0 primeiro referência à Figura 2, em alguns modelos primeiro nodo 100 compreende um livro de nodo 100 pode realizar a -26- ΡΕ2145400 determinação da matriz de pré-codificação apresentando uma certa estrutura de produto, pela selecçao da matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto a partir do livro de código 180 compreendido no primeiro nodo 100.

Em alguns modelos de realização, o segundo nodo 120 compreende um livro de código 190 como representado na Figura 2. 0 segundo nodo 120 pode seleccionar uma matriz de pré-codificação a partir de, por exemplo, o livro de código 190, e recomendar ao primeiro nodo a utilização da matriz de pré-codificação seleccionada. Isto pode ser realizado pela comunicação para o primeiro nodo 100 da matriz de pré-codificação recomendada. 0 primeiro nodo 100 poderá então decidir utilizar a matriz de pré-codificação recomendada, ou explorar de qualquer outra forma a informação de canal proporcionada.

Os livros de código 180, 190 compreendem matrizes de pré-codificação, onde cada matriz de pré-codificação pode corresponder a diferentes modos de transmissão múltipla, ou a formas de processamento espacial como por exemplo: pré-codificação dependente de canal, pré-codificação de MIMO, SDMA, SDMA com pré-codificação, MIMO-SDMA, etc. Tal informação pode ser pré-definida. Os livros de código 180, 190 podem ainda compreender, para além de matrizes/vectores de pré-codificador, muitos outros parâmetros, tais como: posicionamentos de transmissão, opções de modulação, tamanhos de bloco de transporte, potências e/ou códigos para canais, etc. Em alguns modelos -27- ΡΕ2145400 de realização, os livros de código 180, 190 compreendem um pré-codificador onde o posicionamento de transmissão é implicitamente dado pelo tamanho da matriz de pré-codificador. Os livros de código 180, 190 são apropriados para uma instalação de antenas no primeiro nodo tendo polarizações que não são necessariamente de 0/90 graus, pelo facto de os livros de código 180, 190 compreenderem uma ou mais matrizes de pré-codificação apresentando a referida estrutura de produto. Os livros de código 180, 190 podem ainda compreender matrizes de pré-codificação apresentando uma estrutura não referente ao produto. No entanto, de acordo com o presente método, o primeiro nodo 100 ou segundo nodo 120 são livres de seleccionar uma matriz de pré-codificação apresentando a referida estrutura de produto, a partir do livro de código. Os livros de códigos 180 e 190 podem ser conhecidos a priori, tanto pelo primeiro nodo 100 como pelo segundo nodo 120. Além disso, o transmissor no primeiro nodo 100 pode, por exemplo, notificar o receptor no segundo nodo 120 quanto à natureza do seu livro de código 180. Uma apropriada estrutura de livro de código irá também apresentar uma estrutura de produto, no sentido de que um número significativo de elementos do pré-codificador utiliza a estrutura de produto. Como indicado anteriormente, os elementos de pré-codificador apresentando uma estrutura de produto podem ser escritos da seguinte forma: -28- ΡΕ2145400 onde V é uma matriz unitária de diagonalização por blocos [NT x NT] e é uma matriz diagonal por blocos [JVTx r] . A caracteristica de diagonal por blocos de ^ diz respeito à colocação de zeros nas matrizes de pré- codificador. Uma matriz de pré-codificador de diagonal por blocos j» _ ^ pode, em geral, ser escrita sob a forma:

« ΐ ; * ,,K \ v 'V ; * L onde, como se pode ver, apenas os Mk x Lk blocos , com k=l, 2, ..., K, de tamanhos possivelmente variáveis na diagonal (no dominio de bloco) podem conter elementos não nulos. Uma matriz de pré-codificador é considerada diagonal por blocos se as suas colunas e linhas puderem ser trocadas de modo a alcançar a forma anterior. 0 caso da posição 2 na Tabela 1 mostra um exemplo onde as matrizes de pré-codificador têm a seguinte estrutura: iXli

Note-se também que um bloco pode ser de tamanho 1 x 1. Assim sendo, a matriz identidade também pode ser considerada como tendo uma estrutura de diagonal por blocos. -29- ΡΕ2145400

Um exemplo de uma matriz unitária de diagonalização por blocos é dado por fi I 1 8 ' |l I I 1 ji & i Q le i i -i a qual - assumindo uma rede de antenas de Tx iVT = 4 , onde as duas primeiras antenas têm uma direcção de polarização de + 45 graus e as duas últimas têm uma direcção de polarização de - 45 graus - vai rodar as polarizações de + 45 graus ou de - 45 graus, de modo a alinhar com a direcção horizontal e vertical.

Combinada com os elementos φ da diagonal por blocos no conjunto mostrado na Tabela 1, a transmissão pode ser vista como proveniente de um livro de código de diagonal por blocos aplicado a uma instalação de antenas dispondo de antenas polarizadas vertical e horizontalmente.

Ao multiplicar a matriz unitária de diagonalização por blocos V pelas matrizes ^ na Tabela 1, é obtido o livro de código de elementos de pré-codificador na Tabela 2. Como se pode ver, todos os elementos escalares em cada matriz de pré-codificador têm o mesmo valor absoluto, o que implica uma concepção equilibrada pelo facto de, independentemente de qual seja o elemento de pré-codificador escolhido, os sinais correspondentes às várias portas de antena/antenas de transmissão têm todos a mesma potência. Nestas -30- ΡΕ2145400 circunstâncias, os PA' s poderão ser plenamente utilizados, na perspectiva da operação de pré-codificação.

Tabela 2: Exemplo de livro de código de matrizes de pré-codificação W apresentando estrutura de produto.

Tabela 1: Exemplo de um conjunto de matrizes de diagonal por blocos ^ especialmente bem adequadas para dois pares de antenas com polarização cruzada espacialmente separados (pequena distância) em modo SU-MIMO.

Posição de Tx Livro de código por posição Tabela 1 1 n 1 1 «sfs%2k& ## & > § i V. 1 i ιϋ $ Φ 1. j.Jf — §:; i *2', 2 I I I ® ! Φ * $ «κρ(0ϊ&· / 4¾ ,fc· = 0: 0 livro de código na Tabela 2 irá funcionar bem desde que as duas polarizações estejam bem separadas, ou seja, desde que a Discriminação Polar Cruzada (XPD) seja suficientemente elevada. No intuito de melhorar o desempenho em cenários com XPD média, será vantajoso permitir a variação do sinal dos pesos para as duas -31 - ΡΕ2145400 polarizações, como exemplificado pelo conjunto de matrizes para gp. na Tabela 3, na Tabela 4 e na Tabela 5. Isso ajuda a evitar que as duas polarizações se anulem mutuamente. 0 problema reside então em, mesmo com a multiplicação pela anterior matriz V, ser-se conduzido a desequilíbrios de potência entre os PA's. Por outras palavras, nem todos os elementos em cada multiplicação de matriz de pré-codificador/vector têm a mesma magnitude. Neste caso, uma melhor opção pode passar por uma multiplicação por Γ«φ0^/4} 9 m&—pÍ /4} 0 0 «sp$sr / 9 — saspÇ—jsrjj /41 Q L β βϊφ^|ϊΤ/4^ 8 '4).

Isto garante que todos os elementos têm a mesma amplitude, e possibilita assim a completa utilização de todos os PA's, oferecendo ainda a vantagem de transformar polarizações de + 45 graus ou - 45 graus em polarizações vertical e horizontal, as quais proporcionam uma melhor separação dos fluxos em modo de múltiplos fluxos.

Os livros de código e as anteriores matrizes unitárias podem ser facilmente generalizados para outros tamanhos de matrizes de transmissão (isto é, para um número de antenas diferente de quatro), sendo também possível multiplicar à direita os elementos de pré-codificador por alguma matriz ou matrizes eventualmente unitárias, e também por multiplicações à esquerda por adicionais matrizes. Isto -32- ΡΕ2145400 inclui a troca de linhas e/ou colunas dos elementos de pré-codificador. Estes livros de código também podem consistir em subconjuntos de livros de código maiores. Em conjugação com isto, deve referir-se que existem muitas maneiras equivalentes de expressar a anterior estrutura de produto, em particular para a matriz unitária de diagonalização por blocos V. Por exemplo, outras formas equivalentes para expressar a primeira V exemplificada seriam: li 0-1 0 ‘ 10 1 0 -1 |l 0 1 0

Lo 1 8 1 ou F-l β i 0' j β -i 0 i | i β 1 G L ^ i Q i.

Em termos gerais, o conceito de uma matriz unitária de diagonalização por blocos é definido para representar uma matriz unitária (unitária até um factor de escala) de tal forma que, para uma particular instalação de antenas com polarização cruzada, ela vá criar uma virtual instalação de antenas com polarização cruzada que simule a transmissão a partir de uma instalação de antenas com polarização cruzada, com antenas polarizadas vertical e horizontalmente, a qual simultaneamente assegura que, em conjunto com as matrizes de diagonal por blocos na -33- ΡΕ2145400 estrutura do produto, todos os elementos escalares das matrizes de pré-codificador de estrutura de produto dai resultantes terão o mesmo valor absoluto. Nestas circunstâncias, a matriz unitária de diagonalização por blocos faz rodar as polarizações na maneira referida, assegurando que a utilização dos PA's é equilibrada. Além disso, o conceito de uma matriz unitária de diagonalização por blocos de 45 graus é definido para representar uma matriz unitária de diagonalização por blocos que faz rodar as direcções de polarização de 45 graus. -34- ΡΕ2145400

Tabela 3: Estrutura exemplificativa de conjunto de matrizes ^ especialmente bem adequadas para dois pares de antenas com polarização cruzada espacialmente separados (pequena distância) em modo SU-MIMO. Note-se que, por simplicidade de notação, foi intencionalmente deixada de fora a escala das matrizes que lhes permite manter constante a potência de transmissão total, independentemente da matriz de pré-codificação seleccionada.

-35- ΡΕ2145400

Tabela 4: Estrutura exemplificativa de conjunto de matrizes ^ especialmente bem adequadas para dois pares de antenas com polarização cruzada espacialmente separados (grande distância) em modo SU-MIMO. Note-se que, por simplicidade de notação, foi intencionalmente deixada de fora a escala das matrizes que lhes permite manter constante a potência de transmissão total, independentemente da matriz de pré-codificação seleccionada.

ΡΕ2145400 -36- (continuação)

-37- ΡΕ2145400

Tabela 5: Estrutura exemplificativa de conjunto de matrizes ^ especialmente bem adequadas para dois pares de antenas com polarização cruzada espacialmente separados (grande distância) em modo SU-MIMO. Note-se que, por simplicidade de notação, foi intencionalmente deixada de fora a escala das matrizes que lhes permite manter constante a potência de transmissão total, independentemente da matriz de pré-codificação seleccionada.

De acordo com alguns modelos de realização, serão agora descritas etapas do método no primeiro nodo 100 para -38- ΡΕ2145400 adaptação de uma transmissão de múltiplas antenas para o segundo nodo 120 através de um canal sem fios 130, fazendo referência a um fluxograma ilustrado na Figura 4. 0 canal sem fios 130 dispõe de pelo menos três entradas e pelo menos uma saída. 0 primeiro nodo 100 e o segundo nodo 120 estão compreendidos no sistema de comunicações sem fios 110. 0 método compreende as seguintes etapas: 401. 0 primeiro nodo obtém pelo menos um fluxo de símbolos. 0 fluxo de símbolos está destinado a ser transmitido para o segundo nodo 120 através do canal sem fios. 402. Esta etapa é opcional. Em alguns modelos de realização, o primeiro nodo 100 recebe informação de canal a partir do segundo nodo 120. Em termos gerais, a informação de canal constitui uma quantidade que está estatisticamente relacionada com o canal sem fios. Exemplos de informação de canal incluem as estimativas de canal, as estimativas de canal quantificadas, recomendações de pré-codificador, etc. Em particular, a informação de canal recebida pode compreender uma matriz de pré-codificação que é recomendada pelo segundo nodo 120 para ser usada pelo primeiro nodo 100 para a etapa de pré-codificação. Em alguns modelos de realização em que a referida informação de canal compreende uma estimativa de canal, esta estimativa de canal poderá ser utilizada pelo primeiro nodo 100 para determinação de uma matriz de pré-codificador adequada para a transmissão. -39- ΡΕ2145400 403. Nesta etapa, o primeiro nodo 100 determina uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos.

Em alguns modelos de realização, a matriz unitária de diagonalização por blocos consiste numa matriz unitária de diagonalização por blocos de 45 graus.

Em alguns modelos de realização, o primeiro nodo 100 terá recebido informação de canal a partir do segundo nodo 120, na etapa opcional 402. Nestes modelos de realização, esta etapa para determinação da matriz de pré-codificação é realizada com base na informação de canal recebida a partir do segundo nodo 120.

Esta etapa para determinação da matriz de pré-codificação também pode ser realizada ao basear a determinação em medições efectuadas numa ligação inversa, ou seja, medições no primeiro nodo 100 de sinais recebidos provenientes de transmissões a partir do segundo nodo 120, e/ou exploração de propriedades de reciprocidade do canal. Por reciprocidade do canal entende-se que o canal, ou certas propriedades do canal, é semelhante na ligação directa (do primeiro nodo 100 para o segundo nodo 120) e na ligação inversa (do segundo nodo 120 para primeiro nodo 100) . As medições numa ligação inversa podem compreender uma estimativa de canal. -40- ΡΕ2145400

Em alguns modelos de realização, o primeiro nodo 100 compreende um livro de código de pré-codificação 180 compreendendo elementos de pré-codificação, em que pelo menos metade dos elementos de pré-codificação, no livro de código de pré-codificação 180, apresenta a referida estrutura de produto. Neste caso, esta etapa pode ser realizada através da selecção da matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto proveniente do livro de código 180. A matriz unitária de diagonalização por blocos pode, por exemplo, ser equivalente a: n & 1 ©' mp Cl «Sp |o i 0 1 δ Θ3φ 0w/ 4) li o; -1 0 exp 0s / 4} O —exp Lo i 0 -1 L s § —·β*ρ {—jk / 4}, 404. O primeiro nodo 100 pré-codifica o - pelo menos um - fluxo de símbolos com a matriz de pré- codificação determinada. 405. 0 primeiro nodo 100 irá então transmitir para o segundo nodo 120 o - pelo menos um - fluxo de símbolos pré-codifiçado, através de um canal sem fios 130. Em alguns modelos de realização, a transmissão do - pelo menos um - fluxo de símbolos pré-codifiçado é conduzida, no -41 - ΡΕ2145400 primeiro nodo 100, usando um sistema de múltiplas antenas com uma instalação de antenas com polarização cruzada.

Para executar as etapas do método atrás mencionadas, o primeiro nodo 100 compreende uma montagem 500 ilustrada na Figura 5. Como foi atrás mencionado, o primeiro nodo 100 e o segundo nodo 120 estão compreendidos no sistema de comunicações sem fios 110. A montagem de primeiro nodo está preparada para adaptar uma transmissão de múltiplas antenas para um segundo nodo 120, através de um canal sem fios. O canal sem fios 130 dispõe de pelo menos três entradas e pelo menos uma saída. Como foi atrás mencionado, o primeiro nodo 100 e o segundo nodo 120 estão compreendidos no sistema de comunicações sem fios 110. A montagem de primeiro nodo 500 compreende uma unidade de obtenção 510 configurada para obter, pelo menos, um fluxo de simbolos. A montagem de primeiro nodo 500 compreende ainda uma unidade de determinação 520 configurada para determinar uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto, criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos. Em alguns modelos de realização, a matriz unitária de diagonalização por blocos consiste numa matriz unitária de diagonalização por blocos de 45 graus. -42- ΡΕ2145400 A unidade de determinação 520 pode ainda ser configurada para determinar a matriz de pré-codificação, ao basear a determinação em medições numa ligação inversa, e/ou explorando as propriedades de reciprocidade do canal. A matriz unitária de diagonalização por blocos pode ser equivalente a: n © 1 ©’ 0m/4) 0 «8 P Ç-jirs/4) 0 i δ 0 «p <3P*/ n |i 0: -1 0 ffitt jssp φτ/4) 0 —@35 p {-$r/"4> e L0 1 © -1 L O t Mp φ®/ 4) § 4). A montagem de primeiro nodo 500 compreende ainda uma unidade de pré-codificação 530 configurada para pré-codificar o - pelo menos um - fluxo de símbolos com a matriz de pré-codificação determinada. A montagem de primeiro nodo 500 compreende ainda uma unidade de transmissão 540 configurada para transmitir para o segundo nodo 120 o - pelo menos um - fluxo de símbolos, através de um canal sem fios 130.

Em alguns modelos de realização, a montagem de primeiro nodo 500 compreende um livro de código de pré-codificação 180. 0 livro de código de pré-codificação 180 pode compreender elementos de pré-codificação, em que pelo menos metade dos elementos de pré-codificação no livro de código de pré-codificação 180 apresenta a mencionada estrutura de produto. Neste caso, a unidade de determinação -43- ΡΕ2145400 520 pode ser configurada para seleccionar a matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto proveniente do livro de código de pré-codificação 180.

Em alguns modelos de realização, a montagem de primeiro nodo 500 compreende uma unidade de recepção 550 configurada para receber informação de canal a partir do segundo nodo 120. Neste caso, a unidade de determinação 520 pode ser configurada para determinar a matriz de pré-codificação com base na informação de canal recebida a partir do segundo nodo 120. A informação de canal pode compreender uma matriz de pré-codificação que é recomendada pelo segundo nodo 120 para ser usada pelo primeiro nodo 100 para a pré-codificação .

Em alguns modelos de realização, a informação de canal compreende uma estimativa de canal. A montagem de primeiro nodo 500 pode ainda compreender um sistema de múltiplas antenas com uma instalação de antenas com polarização cruzada. Neste caso, a unidade de transmissão 540 pode ser configurada para transmitir o - pelo menos um - fluxo de símbolos pré-codificado no primeiro nodo 100, utilizando tais múltiplas antenas. -44- ΡΕ2145400

De acordo com alguns modelos de realização, serão agora descritas etapas do método no segundo nodo 100 para recepção de uma transmissão de múltiplas antenas a partir de um primeiro nodo 100, através de um canal sem fios 130, fazendo referência a um fluxograma ilustrado na Figura 6. 0 canal sem fios 130 dispõe de pelo menos três entradas e pelo menos uma sarda. Como foi atrás mencionado, o primeiro nodo 100 e o segundo nodo 120 estão compreendidos num sistema de comunicações sem fios 110. 0 método compreende as seguintes etapas: 601. Esta é uma etapa opcional. O segundo nodo selecciona uma matriz de pré-codificação a ser recomendada para que seja usada pelo primeiro nodo 100 para pré-codificação de uma transmissão. Um livro de código de pré-codificação 180, 190 pode estar compreendido no segundo nodo 120. Nesse caso, a matriz de pré-codificação recomendada pode ser seleccionada a partir do referido livro de código de pré-codificação 180, 190. 602. Esta é uma etapa opcional. O segundo nodo 120 comunica informação de canal para o primeiro nodo 100. A informação de canal pode ser utilizada pelo primeiro nodo 100 como base para determinação de uma matriz de pré-codificação, com a qual deverá ser pré-codifiçada uma transmissão correspondente a, pelo menos, um fluxo de simbolos. -45- ΡΕ2145400

Se a etapa opcional 601 for realizada, a referida informação de canal comunicada poderá ser representada pela matriz de pré-codificação recomendada. 603. O segundo nodo 100 recebe uma transmissão correspondente a pelo menos um fluxo de simbolos, através de um canal sem fios 130, comunicada a partir do primeiro nodo 100. 0 - pelo menos um - fluxo de simbolos é pré-codificado com uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto, criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos. Em alguns modelos de realização, a matriz unitária de diagonalização por blocos consiste numa matriz unitária de diagonalização por blocos de 45 graus. A matriz de pré-codificação pode estar compreendida num livro de código de pré-codificação 180, 190 de tamanho finito, em que pelo menos metade dos elementos de pré-codificação no livro de código de pré-codificação apresenta a mencionada estrutura de produto. A matriz unitária de diagonalização por blocos pode ser equivalente a: ΓΊ SI©| s i o; i li e -i © le % © —i fs:p / %f· 0 s;·je&pQte/ê)

Si < ν'* 0 £ / »Hf/ -46- ΡΕ2145400

Em alguns modelos de realização, a recepção da referida transmissão do - pelo menos um - fluxo de simbolos pré-codifiçado é realizada pela utilização de um sistema de múltiplas antenas, com uma instalação de antenas com polarização cruzada.

Para executar as atrás mencionadas etapas do método, o segundo nodo 120 compreende uma montagem 700 ilustrada na Figura 7. Como foi anteriormente mencionado, o segundo nodo 120 está preparado para receber a transmissão de múltiplas antenas a partir de um primeiro nodo 100, através de um canal sem fios 130. O canal sem fios dispõe de pelo menos três entradas e pelo menos uma saida. O primeiro nodo 100 e o segundo nodo 120 estão compreendidos num sistema de comunicações sem fios 110. A montagem de segundo nodo 700 compreende uma unidade de recepção 710 configurada para receber uma transmissão correspondente a, pelo menos, um fluxo de simbolos, através de um canal sem fios 130 conduzido a partir do primeiro nodo 100. 0 - pelo menos um - fluxo de simbolos é pré-codifiçado com uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto, criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos. Em alguns modelos de realização, a matriz unitária de diagonalização por blocos consiste numa matriz unitária de diagonalização por blocos de 45 graus. A matriz de pré-codificação pode estar compreendida num livro de código de -47- ΡΕ2145400 pré-codif icação 180, 190 de tamanho finito, em que pelo menos metade dos elementos de pré-codificação no livro de código de pré-codificação apresenta a mencionada estrutura de produto. 0 livro de código de pré-codificação 180, 190 pode estar compreendido no primeiro nodo 100 ou no segundo nodo 120. A matriz unitária de diagonalização de blocos pode, por exemplo, ser equivalente a: 8Φ ysr/

Lo i o -i

Em alguns modelos de realização, a montagem de segundo nodo 700 compreende ainda uma unidade de comunicação 720 configurada para comunicar informação de canal para o primeiro nodo 100. A informação de canal pode ser utilizada pelo primeiro nodo 100 como base para determinação da matriz de pré-codificação, com a qual o -pelo menos um - fluxo de símbolos recebido irá ser pré-codifiçado.

Em alguns modelos de realização, a informação do canal preparada para ser comunicada compreende uma estimativa de canal. A montagem de segundo nodo 700 pode ainda compreender uma unidade de selecção 730 configurada para -48- ΡΕ2145400 seleccionar a matriz de pré-codificação a ser recomendada para que seja usada pelo primeiro nodo 100 para pré-codificação da mencionada transmissão. A informação de canal, preparada para ser comunicada para o primeiro nodo 100 pela unidade de comunicação 720, pode ser representada pela matriz de pré-codificação recomendada e seleccionada.

Em alguns modelos de realização, o livro de código de pré-codificação 190 estará compreendido no segundo nodo 120. Nesse caso, a matriz de pré-codificação recomendada pode ser seleccionada a partir do referido livro de código de pré-codificação 180, 190.

Em alguns modelos de realização, a montagem de segundo nodo 700 compreende ainda um sistema de múltiplas antenas com uma instalação de antenas com polarização cruzada. Nesse caso, a unidade de recepção 710 pode ainda ser configurada para receber tal transmissão do - pelo menos um - fluxo de símbolos pré-codifiçado, ao utilizar o referido sistema de múltiplas antenas.

Alguns dos modelos de realização do presente método podem ser descritos como um método para melhorar o desempenho num ambiente de comunicações sem fios, compreendendo as seguintes etapas: (i) modificação de um esquema de pré-codificação através da multiplicação de certas matrizes unitárias por um ou diversos elementos - -49- ΡΕ2145400 podendo ser elementos de pré-codificador do livro de código, um sinal transmitido, ou partes dos mesmos - antes ou depois de possíveis pilotos; e (ii) extensão de um livro de código da diagonal por blocos com elementos da diagonal que não sejam blocos.

Podem ser adicionados elementos da diagonal que não sejam blocos ao livro de código da diagonal por blocos, para melhorar o desempenho quando a discriminação polar cruzada não for infinita.

Todos os elementos no dito livro de código podem ser multiplicados por uma matriz unitária para transformar uma matriz de antenas com polarização cruzada a + 45 graus ou - 45 graus numa virtual matriz polarizada vertical e horizontalmente.

Em alguns modelos de realização, é escolhida a mesma matriz unitária de forma a equilibrar a potência entre os amplificadores de potência.

Alguns modelos de realização do presente método podem ser descritos como um dispositivo de comunicação sem fios, que compreende um processador configurado para seleccionar um modo de transmissão, de entre uma multiplicidade de modos de transmissão, a partir de um livro de código, e uma memória acoplada ao processador. 0 processador está ainda configurado para modificar um esquema de pré-codificação na referida memória, através da -50- ΡΕ2145400 multiplicação de certas matrizes unitárias por um ou diversos elementos - podendo ser elementos de pré-codificador do livro de código, um sinal transmitido, ou partes dos mesmos - antes ou depois de possíveis pilotos, e da extensão de um livro de código da diagonal por blocos com elementos da diagonal que não sejam blocos.

Alguns modelos de realização do presente método podem ser descritos como um meio legível por computador, incluindo instruções nele armazenadas que compreendem: (i) instruções para processamento e modificação de um esquema de pré-codificação, através da multiplicação de certas matrizes unitárias por um ou diversos elementos - podendo ser elementos de pré-codificador do livro de código, um sinal transmitido, ou partes dos mesmos - antes ou depois de possíveis pilotos; e (ii) extensão de um livro de código da diagonal por blocos com elementos da diagonal que não sejam blocos. 0 presente mecanismo para adaptação de uma transmissão de múltiplas antenas, transmitida a partir de um primeiro nodo através de um canal sem fios e sendo recebida por um segundo nodo 120, pode ser implementado por intermédio de um ou mais processadores, como por exemplo o processador 560 na montagem de primeiro nodo 500 ilustrada na Figura 5, ou o processador 740 na montagem de segundo nodo 700 ilustrada na Figura 7, juntamente com um código de programação de computador para execução das funções da presente solução. 0 código de programação atrás mencionado -51 - ΡΕ2145400 também pode ser proporcionado como um produto de programação de computador, por exemplo sob a forma de um código de programação de computador transportando suportes de dados para execução das funções da presente solução, quando estiver a ser carregado no primeiro nodo 100 ou no segundo nodo 120. Um tal suporte pode assumir a forma de um disco CD-ROM. É no entanto realizável com outros suportes de dados, como por exemplo uma memória externa ("memory stick"). 0 código de programação de computador pode ainda ser disponibilizado sob a forma de um puro código de programação num servidor, e descarregado por comando à distância para o primeiro nodo 100 ou para o segundo nodo 120.

Quando se utiliza o verbo "compreender" ou as suas conjugações, isso deve ser interpretado com carácter não limitativo, ou seja, querendo significar "consistir em, pelo menos". A presente invenção não se encontra limitada aos modelos de realização anteriormente descritos. Poderão ser utilizadas diversas alternativas, modificações e aplicações equivalentes. Nestas circunstâncias, os modelos de realização atrás mencionados não deverão ser considerados como limitativos do âmbito da invenção, o qual é definido pelas reivindicações anexas.

Lisboa, 13 de Maio de 2013

Claims

ΡΕ2145400 - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Um método num primeiro nodo (100), para adaptar uma transmissão de múltiplas antenas para um segundo nodo (120) através de um canal sem fios (130) , dispondo o canal sem fios (130) de pelo menos três entradas e pelo menos uma saida, e estando o primeiro nodo (100) e o segundo nodo (120) compreendidos num sistema de comunicações sem fios (110); o método compreende as seguintes etapas: obtenção (401) de pelo menos um fluxo de símbolos, determinação (403) de uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto, em que a estrutura de produto é criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos, pré-codificação (404) do - pelo menos um - fluxo de símbolos com a matriz de pré-codificação determinada, e transmissão (405) para o segundo nodo (120) do -pelo menos um - fluxo de símbolos pré-codifiçado através de um canal sem fios (130). 2. 0 método de acordo com a reivindicação 1, em que a referida matriz unitária de diagonalização por blocos consiste numa matriz unitária de diagonalização por blocos de 45 graus. -2- ΡΕ2145400 3. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, em que a etapa para determinação (403) de uma matriz de pré-codificação é realizada através da selecção da matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto, em que a estrutura de produto é criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos, a partir de um livro de código de pré-codificação (180, 190) compreendendo elementos de pré-codificação, em que pelo menos metade dos elementos de pré-codificação no livro de código de pré-codificação (180, 190) apresenta a referida estrutura de produto.
4. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a matriz unitária de diagonalização por blocos é equivalente a [10 1 0] |0 1 β 1 |i o -i o Ls 1 8 -tj 5. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a matriz unitária de diagonalização por blocos é equivalente a 0s'/ 4$ & β 0 0 βϊφ «Φ Qm/ 4} 0 * 0 '0 0 -3- ΡΕ2145400 6. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, compreendendo a seguinte etapa adicional: recepção (402) de informação de canal a partir do segundo nodo (120), e em que a etapa para determinação (403) da matriz de pré-codificação é realizada com base na informação de canal recebida a partir do segundo nodo (120) .
7. Um método num segundo nodo (120), para recepção de uma transmissão de múltiplas antenas proveniente de um primeiro nodo (100) através de um canal sem fios (130), dispondo o canal sem fios (130) de pelo menos três entradas e pelo menos uma saida, e estando o primeiro nodo (100) e o segundo nodo (120) compreendidos num sistema de comunicações sem fios (110); o método compreende as seguintes etapas: recepção (603) de uma transmissão correspondente a, pelo menos, um fluxo de símbolos, através de um canal sem fios (130) conduzido a partir do primeiro nodo (100), em que o - pelo menos um - fluxo de símbolos é pré-codificado por uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto, criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos; e desmodulação do - pelo menos um - fluxo de símbolos. -4- ΡΕ2145400 8. 0 método de acordo com a reivindicação 7, em que a referida matriz unitária de diagonalização por blocos consiste numa matriz unitária de diagonalização por blocos de 45 graus. 9. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, em que a referida matriz de pré-codificação está compreendida num livro de código de pré-codificação com tamanho finito, em que pelo menos metade dos elementos de pré-codificação no livro de código da pré-codificação apresenta a referida estrutura de produto. 10. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, em que a matriz unitária de diagonalização por blocos é equivalente a [lei B ' |β 1 β 1 |i Q -1 CF 1# i s -i. 11. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, em que a matriz unitária de diagonalização por blocos é equivalente a 8 */<&) α S 0 «φ- Crjk/4J? r/ 4} 8 e o; φ M X 1 -5- ΡΕ2145400 12. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, compreendendo ainda a seguinte etapa: comunicação (602) de informação de canal para o primeiro nodo (100), sendo esta informação de canal utilizada pelo primeiro nodo (100) como base para determinação da matriz de pré-codificação, com a qual é pré-codifiçado o - pelo menos um - fluxo de símbolos recebido.
13. Uma montagem (500) num primeiro nodo (100), para adaptar uma transmissão de múltiplas antenas para um segundo nodo (120) através de um canal sem fios (130) , dispondo o canal sem fios (130) de pelo menos três entradas e pelo menos uma saída, e estando o primeiro nodo (100) e o segundo nodo (120) compreendidos num sistema de comunicações sem fios (110) ; a montagem de primeiro nodo compreende os seguintes componentes: uma unidade de obtenção (510) configurada para obter pelo menos um fluxo de símbolos, uma unidade de determinação (520) configurada para determinar uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto, em que tal estrutura de produto é criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos, uma unidade de pré-codificação (530) configurada para pré-codificar o - pelo menos um - fluxo de símbolos com a matriz de pré-codificação determinada, e -6- ΡΕ2145400 uma unidade de transmissão (540) configurada para transmitir para o segundo nodo (120) o - pelo menos um -fluxo de símbolos pré-codifiçado, através de um canal sem fios.
14. Uma montagem (700) num segundo nodo (120), para recepção de uma transmissão de múltiplas antenas a partir de um primeiro nodo (100) através de um canal sem fios (130), dispondo o canal sem fios (130) de pelo menos três entradas e pelo menos uma saída, e estando o primeiro nodo (100) e o segundo nodo (120) compreendidos num sistema de comunicações sem fios (110); a montagem (700) de segundo nodo compreende os seguintes componentes: uma unidade de recepção (710) configurada para receber uma transmissão correspondente a, pelo menos, um fluxo de símbolos, através de um canal sem fios conduzido a partir do primeiro nodo (100), em que o - pelo menos um -fluxo de símbolos é pré-codif içado por uma matriz de pré-codificação apresentando uma estrutura de produto, criada por uma matriz diagonal por blocos que é multiplicada à esquerda por uma matriz unitária de diagonalização por blocos; e uma unidade desmoduladora de descodificação (172) configurada para desmodular o - pelo menos um - fluxo de símbolos. Lisboa, 13 de Maio de 2013