BRPI0315535B1

BRPI0315535B1 - Sistema mimo com múltiplos modos de multiplexação espacial

Info

Publication number: BRPI0315535B1
Application number: BRPI0315535-8A
Authority: BR
Inventors: Jay Rodney Walton; John W. Ketchum; Mark Wallace; Steven J. Howard
Original assignee: Qualcomm Incorporated
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2019-09-17
Also published as: US20080267138A1; US20130235825A1; US20100119001A1; EP2267926B1; TW201025910A; RU2005115873A; TWI467956B; ATE425603T1; WO2004038984A2; CN102833049B; EP2278731A3; JP4860924B2; CN1717888B; AU2009200382B2; CN101917245A; AU2003287296B2; RU2477001C2; CA2501921A1; AU2003287296A1; KR100965347B1

Abstract

"sistema mimo com modos múlttplos de multiplexação espacial". um sistema mimo apóia múltiplos modos de multiplexação espacial para performance aperfeiçoada e maior flexibilidade. estes modos podem incluir (1) um modo de comando de usuário simples que transmite fluxos de dados múltiplos em canais espaciais ortogonais até um receptor simples, (2) um modo não-comandado de usuário simples que transmite fluxos de dados múltiplos de antenas múltiplas para um receptor simples sem processamento espacial no transmissor, (3) um modo comandado de multi-usuário que transmite fluxos de dados múltiplos simultaneamente a receptores múltiplos com processamento espacial em uma transmissor, e (4) um modo não-comandado de multi-usuário que transmite fluxos de dados múltiplos de antenas múltiplas (co-localizados e não co-localizadas), sem processamento espacial nos transmissores para receptores, tendo antenas múltiplas. para cada conjunto de terminais de usuário selecionados para transmissão de dados no link direto e/ou no link reverso, um modo de multiplexação espacial é escolhido para o conjunto de terminal de usuário entre os modos de multiplexação espacial suportados pelo sistema.

Description

SISTEMA MIMO COM MÚLTIPLOS MODOS DE MULTIPLEXAÇÃO ESPACIAL”

FUNDAMENTOS

I. CAMPO

A presente invenção refere-se, geralmente, a comunicações e, mais especificamente, a um sistema de comunicação por múltiplas-entradas e múltiplas-saídas (MIMO) com múltiplos modos de transmissão.

II. FUNDAMENTOS

Um sistema MIMO emprega múltiplas (Nt) antenas transmissoras e múltiplas (Nr) antenas receptoras para transmissão de dados, e é denotado como um sistema (Nt, Nr) . Um canal MIMO formado pelas Nt antenas transmissoras e Nr receptoras pode ser decomposto em Ns canais espaciais, onde Ns < mín {Nt, Nr.}. Os Ns canais espaciais podem ser utilizados para transmitir Ns fluxos de dados independentes para alcançar maior capacidade de transmissão total. Geralmente, o processamento espacial pode ou não ser realizado em um transmissor e é normalmente realizado em um receptor para transmissão e recuperação simultânea de múltiplos fluxos de dados.

Um sistema MIMO convencional tipicamente utiliza o esquema específico de transmissão para transmitir simultaneamente múltiplos fluxos de dados. Este esquema de transmissão pode ser selecionado com base em uma compensação de vários fatores, tais como a exigência de sistema, a quantidade de realimentação do receptor para o transmissor, as capacidades do transmissor e do receptor, e assim por diante. Os transmissor, receptor e sistema são, então, designados para suportar e operar de acordo com o sistema de transmissão selecionado. O esquema de transmissão tipicamente possui aspectos favoráveis bem como desfavoráveis, que podem impactar o desempenho do sistema.

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Existe, portanto, uma necessidade na técnica de um sistema MIMO que seja capaz de alcançar um desempenho aperfeiçoado.

SUMÁRIO

Um sistema MIMO que suporta múltiplos modos de multiplexação espacial para desempenho aperfeiçoado e maior flexibilidade é aqui descrito. A multiplexação espacial refere-se à transmissão de múltiplos fluxos de dados simultaneamente via múltiplos canais espaciais de um canal MIMO. Os múltiplos modos de multiplexação espacial podem incluir (1) um modo direcionado de único usuário que transmite múltiplos fluxos de dados em canais espaciais ortogonais para um único receptor, (2) um modo não direcionado de único usuário que transmite múltiplos fluxos de dados de múltiplas antenas para um único receptor sem processamento espacial em um transmissor, (3) um modo direcionado de multi-usuário que transmite múltiplos fluxos de dados simultaneamente para múltiplos receptores com processamento espacial em um transmissor, e (4) um modo não direcionado de multi-usuário que transmite múltiplos fluxos de dados a partir de múltiplas antenas (co-localizadas ou não co-localizadas) sem processamento espacial no(s) transmissor(es), para o(s) receptor(es) tendo múltiplas antenas.

Um conjunto de pelo menos um terminal de usuário é selecionado para transmissão de dados no downlink e/ou no uplink. Um modo de multiplexação espacial é selecionado para o conjunto de terminal de usuário dentre múltiplos modos de multiplexação espacial suportados pelo sistema. Múltiplas taxas são também selecionadas para que múltiplos fluxos de dados sejam transmitidos via múltiplos canais espaciais de um canal MIMO para o conjunto de terminal de usuário. O conjunto de terminal de usuário é programado

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3/61 para transmissão de dados no downlink e/ou no uplink com as taxas selecionadas e com o modo de multiplexação espacial selecionado. Posteriormente, múltiplos fluxos de dados são processados (isto é, codificados, intercalados e modulados) de acordo com as taxas selecionadas e adicionalmente processadas espacialmente de acordo com o modo de multiplexação espacial selecionado para transmissão via múltiplos canais espaciais.

Vários aspectos e modalidades da invenção são descritos abaixo com maiores detalhes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

	A	figura	1 mostra	um sistema MIMO de	acesso
múltiplo;
	A	figura 2	mostra uma estrutura de	quadro	e canal
para o sistema MIMO;
	A	figura	3 mostra	um ponto de	acesso	e dois

terminais de usuário no sistema MIMO;

A figura 4 mostra um processador de dados de transmissão (TX) no ponto de acesso;

A figura 5 mostra um processador espacial TX e moduladores no ponto de acesso;

A figura 6 mostra demoduladores e um processador espacial de recepção (RX) em um terminal de usuário de multi-antena;

A figura 7 mostra um processador de dados RX no terminal de usuário de multi-antena;

A figura 8 mostra um processador espacial RX e um processador de dados RX que implementam uma técnica de cancelamento sucessivo de interferência (SIC);

A figura 9 mostra as cadeias de transmissão/recepção no ponto de acesso e terminal de usuário;

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A figura 10 mostra um mecanismo de controle de taxa de malha fechada (closed loop);

A figura 11 mostra um controlador e um programador para programação de terminais de usuário;

A figura 12 mostra um processo para programação de terminais de usuário para transmissão de dados;

de dados no figura 13 mostra um processo para transmissão dowlink;

figura 14 mostra um processo para recepção de dados no uplink.

DESCRIÇÃO

DETALHADA significar ilustração.

palavra exemplar é aqui servir como um exemplo,

Qualquer modalidade aqui utilizada instância descrita para ou como exemplar não deve ser necessariamente interpretada como sendo preferida ou vantajosa em relação a outras modalidades.

Um sistema MIMO pode utilizar uma única portadora ou múltiplas portadoras para transmissão de dados. Múltiplas portadoras podem ser providas pela multiplexação por divisão ortogonal de freqüência (OFDM), outras técnicas de modulação multiportadora, ou algumas outras construções. OFDM efetivamente divide a largura de banda total do sistema em múltiplas (Nf) sub-bandas ortogonais, que também são comumente referidas como tons, faixas, portadoras e canais de freqüência. Com OFDM, cada sub-banda está associada a uma portadora respectiva que pode ser modulada por dados. A descrição seguinte é para um sistema MIMO que emprega o OFDM. Todavia, os conceitos aqui descritos são igualmente aplicáveis a um sistema MIMO de única portadora.

O sistema MIMO suporta múltiplos modos de multiplexação espacial para desempenho aperfeiçoado e maior

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5/61 flexibilidade. A tabela 1 relaciona os modos de multiplexação espacial suportados e sua breve descrição.

Tabela 1

MODO DE MULTIPLEXAÇÃO ESPACIAL	DESCRIÇÃO
Único usuário direcionado	Múltiplos fluxos de dados são transmitidos em canais espaciais ortogonais para um único receptor.
Único usuário não direcionado	Múltiplos fluxos de dados são transmitidos a partir de múltiplas antenas para um único receptor sem processamento espacial em um transmissor.
Multi-usuário direcionado	Múltiplos fluxos de dados são transmitidos simultaneamente (1) a partir de um único transmissor para múltiplos receptores ou (2) a partir de múltiplos transmissores para um único receptor, ambos com processamento espacial no(s) transmissor(es).
Multi-usuário não direcionado	Múltiplos fluxos de dados são transmitidos simultaneamente (1) a partir de múltiplos transmissores para um único receptor ou (2) a partir de um único transmissor para múltiplos receptores, ambos sem processamento espacial no(s) transmissor(es).

O sistema MIMO pode também suportar outros e/ou diferentes modos de multiplexação espacial, o que está dentro do escopo da presente invenção.

Cada modo de multiplexação espacial tem diferentes capacidades e exigências. Os modos de multiplexação espacial direcionados podem tipicamente 10 alcançar melhor desempenho, mas podem apenas ser utilizados se o transmissor tiver suficiente informação de estado de canal para ortogonalizar os canais espaciais via decomposição ou de alguma outra técnica, conforme abaixo descrito. Os modos de multiplexação espacial não 15 direcionados requerem muito pouca informação para transmitir simultaneamente múltiplos fluxos de dados, porém

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6/61 o desempenho pode não ser tão bom quanto ao dos modos de multiplexação espacial direcionados. Um modo de multiplexação espacial adequado pode ser selecionado para utilização, dependendo da informação de estado de canal disponível, das capacidades dos transmissor e receptor, exigências de sistema e assim por diante. Cada um destes modos de multiplexação espacial é descrito abaixo.

1. MODO DE MULTIPLEXAÇÃO ESPACIAL DIRECIONADO DE ÚNICO USUÁRIO.

Um canal MIMO de freqüência seletiva formado por

Nt antenas transmissoras e Nr antenas receptoras pode ser caracterizado por Nf matrizes resposta de canal freqüência de domínio H(k), para k = 1

... Nf cada qual de com dimensões Nr x Nt. A matriz resposta de canal para cada sub-banda pode ser expressa como:

, para i

Eq(1) onde a inserção

Nr, . Nt, e

Nf, é o acoplamento (isto é, ganho complexo) entre a antena transmissora j e antena receptora i para sub-banda k.

A matriz resposta de canal H(k) para cada sub-banda pode ser diagonalizada para obter Ns automodos para aquela sub-banda. Esta diagonalização pode ser alcançada realizando-se tanto uma decomposição de valor singular da matriz resposta de canal H(k) quanto decomposição de autovalor de uma matriz de correlação de H(k), que é R(k ) = H^H (k )H (k), onde ^H denota a transposta conjugada.

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resposta	A decomposição de valor singular de canal H(k) para cada sub-banda	da matriz
pode	ser
expressa	como:
	H(k) = U(k)E(k)V^H (k),	Eq	(2)
onde	U_(k) é uma matriz unitária (Nr	X Nr)	de

autovetores esquerdos de H(k);

Σ (k) é uma matriz diagonal (Nr x Nt) de valores singulares de H(k); e

V (k) é uma	matriz	unitária (Nt	X Nt)	de
autovetores direitos de H.(k).
Uma matriz	unitária	M	é caracterizada	pela
propriedade MM =I,	onde I	é a	matriz identidade	. As
colunas de uma matriz	unitária	são	ortogonais	umas com as
outras.
A decomposição de	autovalor da	matriz	de
correlação de H.(k) para cada	sub-banda pode	ser expressa

como:

R(k) = H^H (k)H(k) = V(k)A(k)V^H (k) Eq(3) onde L(k) é uma matriz diagonal (Nt x Nt) de autovalores de R(k). Conforme mostrado nas equações (2) e (3), as colunas de V (k) são autovetores de R(k), bem como autovetores direitos de H(k).

A decomposição de valor singular e decomposição de autovalor são descritas por Gilbert Strang no livro intitulado Linear Algebra and Its Applications”, Segunda Edição, Academic Press 1980. Um modo de multiplexação espacial direcionado de único usuário pode ser implementado tanto com a decomposição de valor singular quanto com a decomposição de autovalor. Para maior clareza, a

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8/61 decomposição de valor singular é utilizada para a seguinte descrição.

Os autovetores direitos de H(k) são também referidos como vetores de direcionamento e podem ser utilizados para processamento espacial por um transmissor para transmitir dados nos Ns automodos de H(k). Os autovetores esquerdos de H(k) podem ser utilizados para processamento espacial por um receptor para recuperar os dados transmitidos nos Ns automodos. Os automodos podem ser vistos como canais espaciais ortogonais obtidos através de decomposição. A matriz diagonal E(k) contém valores reais não negativos ao longo da diagonal e zeros em outra parte. Estas inserções diagonais são referidas como valores singulares de H(k) e representam os ganhos de canal para os Ns automodos de H(k) . Os valores singulares de H(k), ^(k )σ2 ^(k) .. ;^{(k )}}' são também as raízes quadradas dos autovalores de R(k), {l(k)l₂ (k) ... l_N (k)}, onde S,(k) = pjfi . A decomposição de valor singular pode ser realizada independentemente na matriz resposta de canal H(k) para cada uma das Nf sub-bandas para determinar os Ns automodos para aquela sub-banda.

Para cada sub-banda, os valores singulares na matriz E(k) podem ser ordenados de maior para menor, e os autovetores nas matrizes V(k) e U(k) podem ser ordenados correspondentemente. Um automodo de banda larga pode ser definido como o conjunto de automodos da mesma ordem de todas as Nf sub-bandas após a ordenação (isto é, automodo m de banda larga inclui automodo m de todas as sub-bandas). De modo geral, todas ou menos do que Nf sub-bandas podem ser utilizadas para transmissão, com as sub-bandas não utilizadas sendo preenchidas com valores de sinal nulos.

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Por razões de simplicidade, a seguinte descrição pressupõe que todas as Nf sub-bandas estão sendo utilizadas para transmissão.

O modo de multiplexação espacial direcionado de único usuário (ou simplesmente o modo direcionado de único usuário”) transmite Ns fluxos de símbolos de dados nos Ns automodos do canal MIMO. Isto requer processamento espacial tanto pelo transmissor quanto pelo receptor.

O processamento espacial no transmissor para cada sub-banda do modo direcionado de único usuário pode ser expresso como:

x_su-_s ^(k) = V^(k)s^(k)^, Eq ⁽⁴⁾ onde s(k) é um vetor (Nt x 1) com Ns inserções diferentes de zero para Ns símbolos de dados a serem transmitidos nos Ns automodos para a sub-banda k; e x_su__s(k) é um vetor (Nt x 1) com Nt inserções para Nt símbolos de transmissão a serem enviados a partir das Nt antenas transmissoras para sub-banda k.

As Ns inserções de s(k) podem representar Ns fluxos de símbolos de dados e as inserções restantes de s(k), caso existam, são preenchidos com zeros.

Os símbolos recebidos obtidos pelo receptor para cada sub-banda podem ser expressos como:

r_su__s ^(k) = H_^(k)x_su__s ^{(k) +} n^(k) = H_^(k)v(k)s^(k) + n^{(k) E}q⁽⁵⁾ onde x_su__s(k) é um vetor (Nr x 1) com Nr inserções para

Nr símbolos recebidos, obtidos via as Nr antenas receptoras para sub-banda k; e n(k) é um vetor de ruído para sub-banda k.

O processamento espacial no receptor para recuperar o vetor de dados s(k) para cada sub-banda pode ser expresso como:

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10/61 = Σ \k)U\í)(H(k)y(£)S(k)+lO)) , = 8(^) + 5^(/:) , ou £»,-/*) =y^íf(OE^/^fr) θ L-Λ*)=5‘³(*&>.-/*)’

onde	Lu-s	é um	vetor	(Ντ X 1)	com	Ns	símbolos	de
dados	detectados	para sub-banda k;
	Lu-s	é um	vetor	(Ντ X 1)	com	N_s	símbolos	de
dados	recuperados	para	sub-banda k; e
	n_su-_s W	é um	vetor	de ruídos	pós-	-processado para

sub-banda k.

O vetor s__su__s (k) é uma estimativa não normalizada do vetor de dados s(k), e o vetor s_su__s (k) é uma estimativa normalizada de s(k). A multiplicação por Σ”'(*) ^na equação (6) considera os ganhos (possivelmente diferentes) dos Ns canais espaciais e normaliza a saída do processamento espacial de receptor, de maneira que os símbolos de dados recuperados com a magnitude apropriada sejam fornecidos para uma unidade de processamento subseqüente.

Para um modo direcionado de único usuário, a matriz E_su__s(k) de vetores de direcionamento utilizada pelo transmissor para cada sub-banda pode ser expressa como:

F_suJk) = V(k) Eq(7)

A matriz de filtro espacial utilizada pelo receptor para cada sub-banda pode ser expressa como:

M,PK) = U{k) Eq(8) modo direcionado de único usuário pode ser utilizado se o transmissor tiver informação de estado de

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11/61 canal tanto para a matriz resposta de canal H(k) quanto a matriz V(k) de autovetores direitos de H(k), para k = 1 ... Nf. O transmissor pode estimar H (k) ou V (k) para cada sub-banda com base em um piloto transmitido pelo receptor, conforme abaixo descrito, ou pode ser provido com esta informação pelo receptor via um canal de realimentação. O receptor pode tipicamente obter H (k) ou U_^H (k) para cada sub-banda com base em um piloto transmitido pelo transmissor. A equação (6) indica que os Ns fluxos de símbolos de dados s(k), distorcidos apenas por ruído de canal pós-processado n_su-s(k), podem ser obtidos para o modo direcionado de único usuário com o processamento espacial adequado tanto no transmissor como no receptor.

A relação sinal/ruído-e-interferência (SNR), para o modo direcionado de único usuário pode se expressa como:

l.u-.,. (k) = ^Pp '^í]/'¹ '' ^k , m = 1... N„ , Eq(9) σ ^Onde: ^Pm ^{(k )} é a potência de transmissão utilizada para o símbolo de dados transmitido na sub-banda k de automodo m de banda larga;

^{1 (k)} é o autovalor para sub-banda k do automodo m de banda larga, que é o m-ésimo elemento diagonal de L(k); e g_{su-s m}(k) é a SNR para sub-banda k do automodo m de banda larga.

2. MODO DE MULTIPLEXAÇÃO ESPACIAL NÃO DIRECIONADO DE ÚNICO USUÁRIO

O modo de multiplexação espacial não direcionado de único usuário (ou simplesmente o modo não direcionado de único usuário”) pode ser utilizado se o transmissor não possuir suficiente informação de estado de canal ou se o

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12/61 modo direcionado de único usuário não puder ser suportado por quaisquer razões. Um modo não direcionado de único usuário transmite Ns fluxos de símbolos de dados de Nt antenas transmissoras sem qualquer processamento espacial no transmissor.

Para um modo não direcionado de único usuário, a matriz K_ns (k) de vetores de direcionamento utilizada pelo transmissor para cada sub-banda pode ser expressa como:

K (k) = I Eq(10)

O processamento espacial no transmissor para cada sub-banda pode ser expresso como:

Xns ^(k) = S^(k) ^{, E}q⁽¹¹⁾ onde x_ns (k) é um vetor de símbolos de transmissão para o modo não direcionado de único usuário. Um canal espacial de banda larga” para este modo pode ser definido como canal espacial correspondente a uma dada antena transmissora (isto é, canal espacial m de banda larga para o modo não direcionado de único usuário inclui todas as sub-bandas das antenas transmissoras m).

Os símbolos recebidos obtidos pelo receptor para cada sub-banda, podem ser expressos como:

(k) = H(k)x_ns (k)+ n(k)s(k) + n(k) Eq(12)

O receptor pode recuperar o vetor de dados s(k) utilizando várias técnicas de processamento de receptor tais como uma inversão de matriz de correlação de canal (CCMI) (que é também comumente referida como uma técnica de zero forcing), uma técnica de mínimo erro quadrático médio (MMSE), um equalizador de realimentação de decisão (DFE), uma técnica de cancelamento sucessivo de interferência (SIC), e assim por diante.

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A. PROCESSAMENTO ESPACIAL CCMI

O receptor pode utilizar a técnica CCMI para separar os fluxos de símbolos de dados. Um receptor CCMI utiliza um filtro espacial tendo uma resposta de (k), para k = 1 ... Nf, que pode ser expressa como:

Mccm,(k)=1^(k)H(k)]· (k) = R(k)H^h (k) Eq(13)

O processamento espacial pelo receptor CCMI para

o modo não direcionado de único usuário pode	ser	expresso
como:
	^Sccmi ^(k) _ ^Mccmi ^(kYns ^{(k) ,}
	_ R^_1 (k)H (k)(H(k)s(k)+)n(k),		Eq (14)
	_ l^{(k )+} üccm, ^{(k ) ,}
Onde:	s_ccmi (k) é um vetor (Nt X 1) com Ns	símbolos de
dados	recuperados para sub-banda k; e
	üccm_t ^{(k )}_ ^Mccm ^(k M^{k ) é ruído filtrado}	CCMI	para a

sub-banda k.

Uma matriz de autocovariância φ (k) do ruído — ccmi ^v ' filtrado CCMI para cada sub-banda pode ser expressa como:

j_ccmi ^(k') _ ^E[íccml ^(k kLÁk^{)] ,} _ Mccm, (k j (k MHcmi(k ) _σ² R^_1 (k) , onde E[x] é valor esperado de x .

A última igualdade na equação pressupõe que o ruído n(k) seja ruído branco aditivo

Gaussiano (AWGN) com média zero, uma variância de σ² e uma matriz de autocovariância ^{de (k)}_ ^E[n^(kϊη^{11 (k)]} =σ² L .

— nn

Nesta hipótese, a SNR para o receptor CCMI pode ser expressa como:

₎ _ ^Pm ^(k) ^{lccmim (k)} _r (k)σ^{2 ,} mm . . Ns,

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14/61 onde P_m (k) é a potência de transmissão utilizada para os símbolos de dados transmitidos na sub-banda k do canal espacial m de banda larga;

r_mm (k) é o m-ésimo elemento diagonal de R(k) para a sub-banda k; e g_ccmim (k) é a SNR para a sub-banda k de canal espacial m de banda larga.

Devido a estrutura de R(k), a técnica CCMI pode amplificar o ruído.

B.PROCESSAMENTO ESPACIAL MMSE

O receptor pode utilizar a técnica MMSE para suprimir diafonia (crosstalk) entre os fluxos de símbolos de dados e para maximizar as SNRs de fluxos de símbolos de dados recuperados. Um receptor MMSE utiliza um filtro espacial tendo uma resposta de M_mmse (k), para k=1... Nf, que é derivado de tal maneira que o erro médio quadrático entre o vetor de dados estimado a partir do filtro espacial e o vetor de dados s(k) seja minimizado. O critério MMSE pode ser expresso como:

J¹¹'¹!₎₎ ^{E (k} Yw ^(k )-Y-^{(k )H (M}mmse ^(k Y_ns ^{(k ) -} S^{(k ))}] ^Eq^{( 17)} (Mmmse ^{(k ))}

A solução para o problema de otimização proposta na equação (17) pode ser obtida de várias maneiras. Em um método exemplar, a matriz de filtro espacial MMSE M_mmse (k) para cada sub-banda pode ser expressa como:

(k) = '' (k)H(k)U“ (k)]^-1 , = H' (k['(k)''(k)+σ²/]^-1 . Eq(18)

A segunda igualdade na equação (18) pressupõe que o vetor de ruído n(k) seja AWGN com média zero e variância de σ².

O processamento espacial pelo receptor MMSE para o modo não direcionado de único usuário é constituído de

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15/61 duas etapas. Na primeira etapa, o receptor MMSE multiplica o vetor r_ns(k) com os Nr fluxos de símbolos recebidos com a

matriz de filtro	^esp^{acial MMSE} Mmmse ^(k)	para	obter	um vetor
— mmse ^{(k )}	para Ns fluxos de símbolos detectados,	como	segue:
	^S mmse ^{(k )}	= ^Mmmse ^(kYns ^{(k) ,}
		= ^Mmmse ^(k)(’^(k)i^(k) + n^{(k)) ,}			Eq(19)
		= Q^(k)i^(k)+ Ummse ^{(k) ,}
onde	mmse ^(k) = ^Mmmse ^(kM^{k) é o ruído}	filtrado	MMSE e

Q(k) = M_mmse(k)’(k). Os Ns fluxos dos símbolos detectados são estimativas não normalizadas dos Ns fluxos de símbolos de dados.

Na segunda etapa, o receptor MMSE multiplica o vetor s_mmse (k) com uma matriz de escalonamento Dpara obter um vetor s__mmse (k) para os Ns fluxos de símbolos de dados recuperados, como segue:

Lmse ^(k) = ^D mL ^{(k) S} mmse ^{(k) , E}q⁽²⁰⁾ onde D_mmse (k) é uma matriz diagonal cujos elementos diagonais são os elementos diagonais de Q(k), isto é, ^Dmmse ^(k) = ^diagl^Q(k)] · Os Ns fluxos de símbolos de dados recuperados são estimativas normalizadas dos Ns fluxos de símbolos de dados.

Utilizando a identidade inversa da matriz, a matriz Q(k) pode ser reescrita como:

Q(k) = H(k j(k)H(kjH’(k (k)H(k)+ í]^- , Eq(21) = ’’ (k)H(k)[’’ (k)H(k)+σ²í]^-1 .

A segunda igualdade na equação (21) pressupõe que o ruído seja AWGN com média zero e variância de s².

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16/61

A SNR para o receptor MMSE pode ser expressa como:

gmmsem ⁽k )= / P_m (k), m = 1 ... Ns, Eq(22) ^- Qmm ^{(k )} onde q_mm (k) é o m-ésimo elemento diagonal de Q(k) para sub-banda k; e g_mmsem (k) é a SNR para sub-banda k do canal espacial m de banda larga.

C. PROCESSAMENTO DE RECEPTOR DE CANCELAMENTO SUCESSIVO DE INTERFERÊNCIA

O receptor pode processar os Nr fluxos de símbolos recebidos, utilizando a técnica SIC para recuperar Ns fluxos de símbolos de dados. Para a técnica SIC, o receptor inicialmente realiza o processamento espacial dos Nr fluxos de símbolos recebidos (por exemplo, utilizando CCMI, MMSE ou alguma outra técnica) e obtém um fluxo de símbolos de dados recuperado. O receptor adicionalmente processa (por exemplo, demodula, deintercala e decodifica) este fluxo de símbolos de dados recuperado para obter um fluxo de dados decodificados. A seguir, o receptor estima a interferência que é causada por este fluxo em relação a outros Ns-1 fluxos de símbolos de dados e cancela a interferência estimada dos Nr fluxos de símbolos recebidos para obter Nr fluxos de símbolos modificados. O receptor, então, repete o mesmo processamento nos Nr fluxos de símbolos modificados para recuperar um outro fluxo de símbolos de dados.

Para um receptor SIC, os fluxos de símbolos de entrada (isto é, recebidos ou modificados) para o estágio l, onde l = 1 ... Ns, podem ser expressos como:

L_slc(k) = H(k)x_ns(k)+ n(k) = H(kY(k) + n(k), Eq(23)

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17/61 onde r_sic(k) é um vetor de Nr símbolos modificados para sub-banda k no estágio L, e r_sic(k) = L_m(k) para o primeiro estágio;

s (k) é um vetor de (Nt- L +1) símbolos de dados ainda não recuperados para sub-banda k no estágio L ; e

H ‘ (k) é uma matriz resposta de canal reduzida Nr x (Nt-L+1) para sub-banda k no estágio L .

A equação (23) pressupõe que fluxos de símbolos de dados recuperados nos ( L -1) estágios anteriores são cancelados. A dimensionalidade da matriz resposta de canal H(k) sucessivamente se reduz por uma coluna para cada estágio, à medida que o fluxo do símbolo de dados é recuperado e cancelado. Para o estágio L , a matriz resposta de canal reduzida H (k) é obtida por remoção de (L-1) colunas na matriz original H(k) correspondente aos ( L -1) fluxos de símbolos de dados previamente recuperados, ^{isto é} II ^(k) = [hj ^(k) j ^(k)... h ^(k)| ^, onde hj (k) é um vetor

Nr x 1 para a resposta de canal entre a antena transmissora j_n e as Nr antenas receptoras. Para o estágio L, os (L-1) fluxos de símbolos de dados recuperados nos estágios anteriores recebem índices de {j j₂ ... j_L_₁}, e os (Nt- L +1) fluxos de símbolos e dados ainda não recuperados recebem os ^{índices de {j}L jM ... ^jNr^}.

Para o estágio L , o receptor SIC deriva uma matriz de filtro espacial M. (k), para k = 1 ... Nf com base na matriz resposta de canal reduzida H (k) (ao invés da matriz original H(k)) utilizando uma técnica CCMI conforme mostrado na equação (13), a técnica MMSE conforme mostrada na equação (18) ou alguma outra técnica. A matriz

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18/61 (k) possui uma dimensionalidade de (Nt- L +1) x Nr. Como H' (k) é diferente a cada estágio, a matriz de filtro espacial M^e _sic (k) também é diferente para cada estágio.

O receptor SIC multiplica o vetor r_sic (k) para os Nr fluxos de símbolos modificados com a matriz de filtro espacial M^t _sic(k) para obter um vetor (k) para (Nt- L +1) fluxos de símbolos detectados como segue:

^(k) = ^MSic ^(k) L_slc ^{(k) ,} = Mie(k) (H(kY (k) + n (k)), Eq(24) = ^Qsic ^{(k) s (k) + n}slc^(k), ^onde n^e _slc^(k)=M_y^{(k) n (k)} é o ruído filtrado para sub-banda k do estágio L , n (k) é um vetor reduzido de n(k) e Q (k) = (k) H (k) . O receptor SIC seleciona, então, um dos fluxos de símbolos detectados para recuperação. Como apenas um fluxo de símbolos de dados é recuperado em cada estágio, o receptor SIC pode simplesmente derivar um vetor-linha de filtro espacial (1 x Nr), (k), para o fluxo de dados de símbolo {sj} a ser recuperado no estágio L . O vetor-linha (k) é uma linha da matriz M^e _sic(k). Neste caso, o processamento espacial para o estágio L para recuperar o fluxo de símbolos de dados |s'.} pode ser expresso como:

~_]t ^(k) = m]t ^(kYslc^(k) = q j ^{(ks (k}) + m_]t ^(k)n^{(k) E}q⁽²⁵⁾ onde 4 (k) é a linha de Q (k) correspondente ao fluxo de símbolos e dados |s'.}.

De qualquer maneira, o receptor escalona o fluxo de símbolos detectados } para obter um fluxo de símbolos

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19/61 de dados recuperado {s_jt} e adicionalmente processa (por exemplo, demodula, deintercala e decodifica) o fluxo {s_j} para obter um fluxo de dados decodificados }. O receptor também forma uma estimativa da interferência que este fluxo causa aos outros fluxos de símbolos de dados ainda não recuperados. Para estimar a interferência, o receptor reencodifica, intercala e mapeia por símbolos o fluxo de dados decodificados } da mesma maneira como realizado pelo transmissor e obtém um fluxo de símbolos remodulado }, que é uma estimativa do fluxo de símbolos de dados que acabou de ser recuperado. A seguir, vincula o fluxo de símbolos remodulado com cada um dos Nr elementos no vetor resposta de canal h_jt (k) para o fluxo }, para obter Nr componentes de preferência i__j( (k) causadas por este fluxo. Nr componentes de interferência são, depois, subtraídos dos Nr fluxos de símbolos modificados r^e _sic(k) para o estágio L para obter Nr fluxos de símbolos modificados r^es⁺ (k) para o próximo estágio L +1, isto é, rj (k) = r^esic (k) - i_j (k) . Os fluxos de símbolos modificados r^e _s ⁺ (k) representam os fluxos que teriam sido recebidos se os fluxos de símbolos de dados {sj} não tivessem sido transmitidos (isto é, pressupondo-se que o cancelamento de interferência foi efetivamente realizado).

O receptor SIC processa os Nr fluxos de símbolos recebidos em Ns estágios sucessivos. Para cada estágio, o receptor SIC (1) realiza processamento espacial tanto nos Nr fluxos de símbolos recebidos quanto nos Nr fluxos de símbolos modificados a partir do estágio precedente, para obter um fluxo de símbolos de dados recuperado, (2) decodifica este fluxo de símbolos de dados recuperado para

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20/61 obter um fluxo de dados decodificados correspondente, 3) estima e cancela a interferência causada por este fluxo e (4) obtém Nr fluxos de símbolos modificados para o próximo estágio. Se a interferência devido a cada fluxo de dados puder ser estimada com maior precisão e cancelada, então fluxos de dados posteriormente recuperados experimentam menor interferência e podem ser capazes de alcançar SNRs mais altas.

Para a técnica SIC, a SNR de cada fluxo de símbolos de dados recuperado depende (1) da técnica de processamento espacial (por exemplo, CCMI ou MMSE) utilizada para cada estágio, (2) do estágio específico em que o fluxo de símbolos de dados é recuperado e (3) da quantidade de interferência causada por fluxos de símbolos de dados recuperados em estágios posteriores. A SNR para o receptor SIC com CCMI pode ser expressa como:

_{g (k}) = ^Pm ^(k) t sic-ccmi,m\^ J L ri x 2 ’ r ^L (k)s mm \ z m = 1 ... N_S

Eq(26) onde m (k) é o m-ésimo elemento diagonal de para a sub-banda k, onde R^e (k) = [H (k)] H (k).

A SNR para o receptor SIC com MMSE pode ser expressa como:

^c-mmem (^k) ^Pm , m = ¹... ^N _s ^Eq(²⁷) ^{1 -} Qmm ^(k) onde q^f _mm(k) é o m—ésimo elemento diagonal de (k) para a sub-banda k, onde Q (k) é derivado conforme mostrado na — sic ^{v 7} equação (21), porém com base na matriz resposta de canal

reduzida H (k), ao invés da matriz original H(k) .	melhora
De uma	maneira geral, a	SNR
progressivamente	para fluxos de símbolos	de dados
recuperados em	estágios posteriores,	por	que a

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21/61 interferência de fluxos de símbolos de dados recuperados em estágios anteriores é cancelada. Isto permite, então, que sejam utilizadas taxas mais altas para fluxos de símbolos de dados recuperados posteriormente.

3. MODO DE MULTIPLEXAÇÃO ESPACIAL DIRECIONADO DE MULTIUSUÁRIO

O modo de multiplexação espacial direcionado de multi-usuário (ou simplesmente o modo direcionado de multi-usuário”) suporta transmissão de dados de um único transmissor para múltiplos receptores simultaneamente, com base em assinaturas espaciais” dos receptores. A assinatura espacial para um receptor é dada por um vetor resposta de canal (para cada sub-banda) entre Nt antenas transmissoras e cada antena receptora do lado do receptor. O transmissor pode obter essas assinaturas espaciais para os receptores conforme abaixo descrito. O transmissor poderá, então, (1) selecionar um conjunto de receptores para transmissão de dados simultânea e (2) derivar vetores de direcionamento para os fluxos de símbolos de dados a serem transmitidos para os receptores selecionados, de maneira que a diafonia de fluxos de transmissão seja adequadamente suprimida pelos receptores.

Os vetores de direcionamento para o modo direcionado de multi-usuário poderão ser derivados de várias maneiras. Dois esquemas exemplares são abaixo descritos. Por motivos de simplicidade, a seguinte descrição é para uma sub-banda e pressupõe que cada receptor esteja equipado com uma antena.

Em um esquema de inversão de canal, o transmissor obtém os vetores de direcionamento para múltiplos receptores, utilizando a inversão de canal. Inicialmente, o transmissor seleciona Nt receptores de única antena para transmissão simultânea. O transmissor obtém um vetor-linha

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22/61 de resposta de canal 1 x Nt, h_i (k), para cada receptor selecionado e forma uma matriz resposta de canal Nt x Nt, Η,.-. (k), com os Nt vetores de linha para os Nt receptores. O transmissor, então, utiliza a inversão de canal para obter uma matriz E_mu-S(k) de Nt vetores de direcionamento para os Nt receptores selecionados como segue:

^Fmu-s ^(k) = ^H .u-s ^(k) . ^Eq⁽²⁸⁾

O processamento espacial no transmissor para cada sub-banda para o modo direcionado de multi-usuário pode ser expresso como:

Xmu-s ^(k) = ^Fmu-s ^(k),^{(k). E}q⁽²⁹⁾ onde x_mu-s (k) é o vetor de símbolos de transmissão para o modo direcionado de multi-usuário.

Os símbolos recebidos nos Nt receptores selecionados para cada sub-banda podem ser expressos como:

Lmu-s ^(k) = ^Hmu-s ^(k )Xmu-s ^{(k ) +} ^^(k ) ^, = ^Hmu-s ^(k)^Fmu-s ^(k),^{(k) +} U_^{(k) , E}q⁽³⁰⁾ = ,(k) + i(k) + n(k), onde r_mu-s(k) é um vetor de símbolos recebido (Nt x 1) para a sub-banda k nos Nt receptores selecionados, e i(k) representa uma interferência de diafonia devido à estimativa imperfeita de E_mu-S (k) no transmissor. Cada receptor selecionado obteria apenas uma inserção do vetor r_mu-s (k) para cada antena receptora. Se o processamento espacial no transmissor for eficaz, então a potência em i(k) é reduzida, e cada fluxo de símbolos de dados recuperado experimenta pouca diafonia proveniente de (Nt - 1) além de fluxos de símbolos de dados enviados para outros receptores.

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O transmissor pode também transmitir um piloto direcionado para cada receptor selecionado, conforme abaixo descrito. Cada receptor processaria, então, seu piloto direcionado para estimar o ganho de canal e fase demodularia, de modo coerente, os símbolos recebidos partir de sua única antena com ganho de canal estimativas de fase para obter símbolos de dados recuperados.

As

SNRs alcançadas para o modo direcionado de multi-usuário são uma função da autocovariância da matriz resposta de ^canal Hmu__s ^(k).

SNRs mais altas podem ser alcançadas, selecionando-se terminais de usuário compatíveis.

Diferentes conjuntos e/ou combinações de terminais de usuário podem ser avaliados e conjunto/combinação das

SNRs mais altas pode ser selecionado para transmissão de dados.

Enquanto o esquema de inversão interessante em sua simplicidade, em geral, de canal é proverá um desempenho deficiente porque o pré-condicionamento dos fluxos de símbolos de dados com a matriz resposta de canal inversa na equação 29 força o transmissor a aplicar a maior parte da sua potência nos piores automodos do canal

MIMO.

Também em alguns canais, particularmente aqueles com grandes correlações entre os elementos de H_mu-s(k), a matriz resposta de canal é inferior a uma categoria plena, e não será possível calcular um inverso.

No esquema de pré-codificação, o transmissor pré codifica Nt fluxos de para Nt receptores símbolos de dados para serem enviados selecionados, de maneira que estes fluxos de símbolos de dados experimentam pouca diafonia nos receptores. O receptor poderá formar uma canal H_mu (k) para os Nt receptores matriz resposta de selecionados. O

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24/61 transmissor realiza, então, a fatoração QR em H _m. (k) de tal maneira que H_mu (k) = F_tri (k) Q (k), onde F_tri (k) é uma matriz triangular esquerda inferior e Q (k) é uma matriz unitária.

O transmissor realiza uma operação de précodificação no vetor de símbolos de dados para ser transmitida, s^(k) = |v ^{(k) (k)}... s_Nt ^(k)f ^, para obter um vetor de símbolos pré-codificado a⁽k⁾ = [a ⁽k⁾ a2 ⁽k⁾... αΝτ ⁽k ^)]t , como segue:

^aL ^(k) =

Tkk)

1-1 (k) - Σ Mk )a,(k) i=1 mod (M / 2), para L = 1 ... N_T

Eq(31) onde M é o número de níveis espaçados em intervalos de unidade, na fase ou dimensão de quadratura de uma constelação de sinal QAM quadrada; e f_t,(k) é o elemento de p_tri (k) na linha i e coluna j . A operação de módulo (mod) adiciona um número suficiente de múltiplos números inteiros de M ao argumento, de maneira que o resultado satisfaz a_L (k )e[- M/2, M/2]. Após esta operação de pré-codificação, os símbolos de transmissão são computados por processamento do vetor de símbolos pré-codificado a(k) com a matriz de direcionamento unitária Q (k) para gerar o vetor de símbolos de ^transmissão Xmu-pC^(k)=Q^Hmu^(k)a^(k) .

Um vetor de símbolos de recepção para o esquema de pré-codificação pode ser expresso como:

rmu-pc ^(k) = ^Hmu ^(k(kM^k) + ⁾ = ^Ftri ^(kM^k) + ). ^Eq⁽³²⁾

Pode ser mostrado que p_tri(k)a(k)mod(M/2) = s(k) . Assim sendo, o vetor de símbolos de dados pode ser estimado como sendo ^Smu-pc ^(k) = rmu-pc ^{(k) mod(M / 2)} . ^{Cada um dos N}T ^recep^tores selecionados apenas obtém um dos Nt elementos de r_mu-pc(k) e

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25/61 pode estimar os símbolos de dados a ele enviados por realizar mod(M/2) nos seus símbolos recebidos.

O transmissor pode, também, transmitir múltiplos fluxos de símbolos de dados para um receptor de multiantena no modo direcionado de multi-usuário. A matriz resposta de canal H_mu (k) incluiria, então, um vetor de uma linha para cada antena receptora no receptor de multiantena.

O modo direcionado de multi-usuário também suporta a transmissão de dados de múltiplos transmissores de multi-antena para um único receptor. Cada transmissor de multi-antena realiza o processamento espacial no seu fluxo de símbolos de dados para direcionar o fluxo em direção ao receptor. Cada transmissor também transmite um piloto direcionado para o receptor. Para o receptor, cada transmissor aparece como única transmissão. O receptor realiza o processamento espacial (por exemplo, CCMI, MMSE e assim por diante) para recuperar fluxos de símbolos de dados direcionados a partir de todos os transmissores.

4. MODO DE MULTIPLEXAÇÃO ESPACIAL NÃO DIRECIONADO DE MULTIUSUÁRIO

O modo de multiplexação espacial não direcionado de multi-usuário (ou simplesmente o modo não direcionado de multi-usuário”) suporta a transmissão de dados simultânea por (1) um único transmissor para múltiplos receptores (por exemplo, para downlink e (2) múltiplos transmissores para um único receptor (por exemplo, para uplink).

Para transmissão não direcionada de um único transmissor para múltiplos receptores, o transmissor transmite um fluxo de símbolos de dados de cada antena transmissora para um receptor que está recebendo. Um ou múltiplos fluxos de símbolos de dados podem ser

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26/61 transmitidos para cada receptor recipiente. Cada receptor recipiente inclui pelo menos Nt antenas receptoras que podem realizar processamento espacial para isolar e recuperar seus fluxos (s) de símbolos de dados. Cada receptor que deseja transmissões de dados estima a SNR para cada uma das Nt antenas transmissoras e envia as Nt estimativas de SNR para o transmissor. O transmissor seleciona um conjunto de receptores para transmissão de dados, com base nas estimativas de SNR de todos os receptores que desejam a transmissão de dados (por exemplo, para maximizar a capacidade de transmissão total.

Para transmissão não direcionada de múltiplos transmissores para um único receptor, os transmissores transmitem fluxos de símbolos de dados a partir de suas antenas (isto é, sem processamento espacial), de maneira que estes fluxos chegam aproximadamente com alinhamento temporal no receptor. O receptor pode estimar a matriz resposta de canal para todos os transmissores como se eles fossem um transmissor. O receptor pode recuperar múltiplos fluxos de símbolos de dados transmitidos por esses múltiplos transmissores, utilizando qualquer uma das técnicas acima descritas para o modo não direcionado de único usuário (por exemplo, técnicas CCMI, MMSE e SIC).

5.PROCESSAMENTO ESPACIAL

A tabela 2 resume o processamento espacial no transmissor e no receptor para os quatro modos de multiplexação espacial acima descritos. Para os modos não direcionados, as técnicas de processamento de receptor diferentes de CCMI e MMSE também podem ser utilizadas. A última coluna na tabela 2 indica se a técnica SIC pode ou não ser utilizada no receptor.

Tabela 2

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MODO DE MULTIPLEXAÇÃO ESPACIAL	TRANSMISSÃO F (k )	RECEPÇÃO M (k)	ESCALONA- MENTO	SIC
Direcionado de único usuário	V (k)	U^H (k)	Σ^-1(k)	Não
Não direcionado de único usuário	I_	M_ccmi (k) ^Mm_mse ^(k)	Dmmse ^{(k )}	Sim
Direcionado de multiusuário (único transmissor para múltiplos receptores)	h mL (k)	_	^_	Não
Multi-usuário não direcionado (múltiplos transmissores para único receptor)	I	^Mccmi ^(k) ^Mmmse ^(k)	-Dmmse ^{(k )}	Sim

Para maior simplicidade, o processamento espacial para o modo direcionado de multi-usuário a partir de múltiplos transmissores para único receptor, e o modo não direcionado de multi-usuário a partir de um único transmissor para 5 múltiplos receptores, não são mostrados na tabela 2.

Na seguinte descrição, um canal espacial de banda larga pode corresponder a (1) um automodo de banda larga para um modo de multiplexação espacial direcionado, (2) uma antena transmissora para um modo de multiplexação espacial 10 não direcionado, ou (3) uma combinação de um ou mais canais espaciais para uma ou mais sub-bandas. Um canal espacial de banda larga pode ser utilizado para transmitir um fluxo de dados independente.

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6. SISTEMA MIMO

A figura 1 mostra um sistema MIMO 100 de múltiplo acesso com vários pontos de acesso (APs) 110, provendo comunicação para um número de terminais de usuário (UTs) 120. Por razões de simplicidade, apenas dois pontos de acesso 110a e 110b são mostrados na figura 1. Um ponto de acesso é geralmente uma estação fixa que se comunica com os terminais de usuário, e pode também ser referida como uma estação base ou outra terminologia. Um terminal de usuário pode ser fixo ou móvel e pode ser referido como estação móvel, dispositivo sem fio ou qualquer outra terminologia. Um controlador de sistema 130 se acopla a, e provê coordenação e controle para pontos de acesso 110.

O sistema MIMO 100 pode ser um sistema duplex por divisão de tempo (TDD) ou um sistema duplex por divisão de freqüência (FDD). O dowlink e o uplink (1) compartilham a mesma banda de freqüência para um sistema TDD e (2) utilizam diferentes bandas de freqüência para o sistema FDD. A seguinte descrição pressupõe que o sistema MIMO 100 seja um sistema TDD.

O sistema MIMO 100 utiliza um conjunto de canais de transporte para transmitir diferentes tipos de dados. Os canais de transporte podem ser implementados de várias maneiras.

A figura 2 mostra um quadro exemplar e uma estrutura de canal 200 que podem ser utilizados para um sistema MIMO 100. A transmissão de dados ocorre em quadros TDD. Cada quadro TDD estende uma duração de tempo predeterminada (por exemplo, 2 ms) sendo dividido em uma fase de downlink e uma fase de uplink. Cada fase é adicionalmente dividida em múltiplos segmentos 210, 220, 230, 240 e 250 para múltiplos canais de transporte.

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Na fase de downlink, um canal de broadcast (BCH) porta um piloto de orientação 214, um piloto MIMO 216, e uma mensagem BCH 218. O piloto de orientação é utilizado para aquisição de temporização e freqüência. O piloto MIMO é utilizado para estimação de canal. A mensagem BCH porta parâmetros de sistema para os terminais de usuário. Um canal de controle direto (FCCH) porta informação de programação para atribuições de recursos de downlink e uplink e outras sinalizações para os terminais de usuários. Um canal direto (FCH) porta unidades de dados de protocolo FCH (PDUs) no downlink. Uma PDU FCH 232a inclui um piloto 234a e um pacote de dados 236a, e uma PDU FCH 232b inclui apenas um pacote de dados 236b. Na fase de uplink, um canal reverso (RCH) porta PDUs de RCH no uplink. Uma PDU RCH 242a inclui apenas um pacote de dados 246a, e uma PDU RCH 242b inclui um piloto 244b e um pacote de dados 246b. Um canal de acesso aleatório (RACH) é utilizado pelos terminais de usuário para ganhar acesso ao sistema e para enviar mensagens curtas no uplink. Uma PDU RACH 252 enviada no RACH inclui um piloto 254 e uma mensagem 256.

A figura 3 mostra um diagrama de bloco do ponto de acesso 110x e dois terminais de usuário 120x e 120y no sistema MIMO 100. O ponto de acesso 110x é um dos pontos de acesso da figura 1, e é equipado com múltiplas (N_ap) antenas 324a até 324ap. O terminal de usuário 120x é equipado com uma única antena 352x e o terminal de usuário 120y é equipado com múltiplas (N_ut) antenas 352a até 352ut.

No downlink, no ponto de aceso 110x, um processador de dados TX 310 recebe dados de tráfego para um ou mais terminais de usuário a partir de uma fonte de dados 308, dados de controle a partir de um controlador 330, e possivelmente outros dados de um programador 334. Os vários tipos de dados podem ser enviados em diferentes canais de transporte. O processador de dados TX 310 processa (por exemplo, encodifica, intercala e mapea por símbolos) nos

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30/61 diferentes tipos de dados, com base em um ou mais esquemas de codificação e modulação para obter N_s fluxos de símbolos de dados. Conforme aqui utilizado, um símbolo de dados'' refere-se a um símbolo de modulação para dados, e um símbolo piloto'' refere-se a um símbolo de modulação para piloto. Um processador espacial TX 320 recebe os N_s fluxos de símbolos de dados do processador de dados TX 310, realiza processamento espacial nos símbolos de dados com as matrizes (k), para k = 1 ... N_F, multiplexa em símbolos piloto, e provê N_ap fluxos de símbolos de transmissão para as N_ap antenas. As matrizes F_ap(k) são derivadas de acordo com o modo de multiplexação espacial selecionado para ser utilizado. O processamento através do processador de dados TX 310 e processador espacial TX 320 é descrito abaixo.

Cada modulador (MOD) 322 recebe e processa um respectivo fluxo de símbolos de transmissão para obter um fluxo de símbolos OFDM, e adicionalmente condiciona (por exemplo, amplifica, filtra e converte ascendente em freqüência) o fluxo de símbolos OFDM para gerar um sinal de downlink. N_ap moduladores 322a até 322ap provêem N_ap sinais de downlink para transmissão a partir de N_ap antenas 324a até 324ap, respectivamente, para os terminais de usuário.

Em cada terminal de usuário 120, uma ou múltiplas antenas 352 recebem os Nap sinais de downlink e cada antena provê um sinal recebido para um demodulador respectivo (DEMOD) 354. Cada demodulador 354 realiza processamento complementar ao realizado pelo modulador 322 e provê um fluxo de símbolos recebido. Para o terminal de usuário de única antena 120x, um processador espacial RX 360x realiza a demodulação coerente do fluxo de símbolos recebido de um único demodulador 354x e provê um fluxo de símbolos de dados recuperado. Para o terminal de usuário de multiantena 120y, o processador espacial RX 360y realiza processamento espacial em N_ut fluxos de símbolos recebidos a partir de N_ut demoduladores 354 com matrizes de filtros espaciais M_ut (k), para k = 1 ... N_F, e provê N_ut fluxos de

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31/61 símbolos de dados recuperados. De qualquer maneira, cada fluxo de símbolos de dados recuperado {/,_;} é uma estimativa de um fluxo de símbolos de dados {s_m} transmitido pelo ponto de acesso 110x para aquele terminal de usuário 120. Um processador de dados RX 370 recebe e demultiplexa os símbolos de dados recuperados para os canais de transporte adequados. Os símbolos de dados recuperados para cada canal de transporte são depois processados (por exemplo, demapeados, deintercalados e decodificados) para obter dados decodificados para aquele canal de transporte. Os dados decodificados para cada canal de transporte podem incluir dados de tráfegos recuperados, dados de controle, e assim por diante, os quais podem ser providos para um depósito de dados 372 para armazenamento e/ou para um controlador 380 para processamento adicional.

Em cada terminal de usuário 120, um estimador de canal 378 estima a resposta de canal de downlink e provê estimativas de canal que podem incluir estimativas de ganho de canal, estimativas de SNR e assim por diante. O controlador 380 recebe as estimativas de canal, deriva os vetores e/ou coeficientes utilizados para processamento espacial nos percursos de transmissão e de recepção, e determina uma taxa adequada para cada fluxo de símbolos de dados no downlink. Por exemplo, o controlador 380y para um terminal de usuário de multi-antena 120y pode derivar as matrizes de filtro espacial M_ut (k) para o downlink e as matrizes F__ut (k) dos vetores de direcionamento para uplink, com base nas matrizes resposta de canal de downlink (k), para k = 1 ... Nf. O controlador 380 pode também receber o status de cada pacote/quadro recebido no downlink e reunir informações de realimentação para o ponto de acesso 110x. A informação de realimentação e dados de uplink são

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32/61 processados por um processador de dados TX 390, espacialmente processados por um processador espacial TX 392 (se estiver presente no terminal de usuário 120) , multiplexado com símbolos piloto, condicionados por um ou mais moduladores 354, e transmitidos via uma ou mais antenas 352 até o ponto de acesso 110x.

No ponto de acesso 110x, os sinais de uplink transmitidos são recebidos por antenas 324, demodulados por demoduladores 322 e processados por um processador espacial RX 340 e um processador de dados RX 342 de uma maneira complementar a que foi realizada nos terminais de usuário 120. A informação de realimentação recuperada é provida para o controlador 330 e o programador 334. O programador 334 poderá utilizar a informação de realimentação para realizar várias funções, tais como (1) programar um conjunto de terminais de usuário para transmissão de dados

no downlink	e	uplink,	e	(2) atribuir os	recursos
disponíveis	de	downlink	e	de uplink aos	terminais
programados.
Os	controladores	330	e 380 controlam	a operação
das várias unidades de processamento no ponto	de acesso

110x e no terminal de usuário 120, respectivamente. Por exemplo, o controlador 380 poderá determinar as mais altas taxas suportadas pelos canais espaciais no downlink para o terminal de usuário 120. O controlador 330 poderá selecionar taxas, tamanho da carga útil, e tamanho do símbolo OFDM para cada canal espacial de cada terminal de usuário programado.

O processamento no ponto de acesso 110x e terminais de usuário 120x e 120y para o uplink poderão ser os mesmos ou diferentes a partir do processamento para downlink. Para maior clareza, o processamento para downlink está descrito detalhadamente abaixo.

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A figura 4 mostra um diagrama de bloco de uma modalidade de um processador de dados TX 310 no ponto de acesso 110x. Para esta modalidade, o processador de dados TX 310 inclui um conjunto de encodificador 412, intercalador de canal 414 uma unidade de mapeamento por símbolos 416 para cada um dos Ns fluxos de dados. Para cada fluxo de dados {d_m}, onde m = 1 ... Ns, um encodificador

412 recebe e codifica o fluxo de dados, com base em um esquema de codificação selecionado para aquele fluxo e provê bits de código. O esquema de codificação poderá incluir CRC, convolucional, turbo, verificação de paridade de baixa densidade (LDPC), bloco e outro tipo de codificação ou uma combinação dos mesmos. Um intercalador de canal 414 intercala (isto é, reordena), os bits de código, com base em um esquema de intercalação. Uma unidade de mapeamento de símbolo 416 mapeia os bits intercalados, com base em um esquema de modulação selecionado para aquele fluxo, e provê um fluxo de símbolos de dados {s_m}. A unidade 416 agrupa cada conjunto de bits intercalados B para formar um valor binário B-bit, onde B > 1, e adicionalmente mapeia cada valor binário B-bit para um símbolo de dados específico, com base no esquema de modulação selecionado (por exemplo, QPSK, M-PSK, ou M-QAM, onde M = 2^B). A codificação e modulação para cada fluxo de dados são realizados de acordo com controles de codificação e modulação fornecidos pelo controlador 330.

A figura 5 mostra um diagrama de bloco de uma modalidade de um processador espacial TX 320 e moduladores 322a até 322ap no ponto de acesso 110x. Para esta modalidade, o processador espacial TX 320 inclui Ns demultiplexadores (Demux) 510a até 510s, Nf processadores espaciais de sub-banda TX 520a até 520f e Nap

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34/61 multiplexadores (Mux) 530a até 530ap. Cada demultiplexador 510 recebe um respectivo fluxo de símbolos de dados {s_m} do processador espacial TX 320, demultiplexa o fluxo em um Nf sub-fluxo de símbolos de dados para as Nf sub-bandas, e provê os Nf sub-fluxos aos Nf processadores espaciais 520a até 520f. Cada processador espacial 520 recebe Ns subfluxos de símbolos de dados para a sua sub-banda de Ns demultiplexadores 510a até 510s, realiza o processamento espacial de transmissor nesses sub-fluxos, e provê Nap subfluxos de símbolos de transmissão para Nap antenas de ponto de acesso. Cada processador espacial 520 multiplica um vetor de dados s_dn (k) com uma matriz F_ap (k) para obter um vetor de transmissão x_dn(k) . A matriz F_ap(k) é igual (1) uma matriz V_dn(k) ou autovetores direitos de H_dn(k) para o modo direcionado de único usuário, (2) a matriz F _mu (k) para o modo direcionado de multi-usuário ou (3) a matriz identidade I para o modo não direcionado de único usuário.

Cada multiplexador 530 recebe Nf sub-fluxos de símbolos de transmissão para sua antena transmissora a partir de Nf processadores espaciais 520a até 520f, multiplexa estes sub-fluxos e símbolos piloto e provê um fluxo de símbolos de transmissão {x_y} até a sua antena transmissora. Os símbolos piloto podem ser multiplexados em freqüência (isto é, em algumas sub-bandas) no tempo (isto é, em alguns períodos de símbolos) e/ou em espaço de código (isto é, com um código ortogonal). Nap multiplexadores 530a até 530ap provêem Nap fluxos de símbolos de transmissão {x_y} para j =1 ... Nap, para Nap antenas 324a até 324ap.

Para a modalidade mostrada na figura 5, cada modulador 322 inclui uma unidade de transformada rápida inversa de Fourier 542, um gerador de prefixo cíclico 544 e

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35/61 uma unidade de RF TX 546. A unidade IFFT 542 e o gerador de prefixo cíclico 544 compõe um modulador OFDM. Cada modulador 322 recebe um fluxo de símbolos de transmissão respectivo {x_y} do processador espacial TX 320 e agrupa cada conjunto de Nf símbolos de transmissão para as Nf subbandas. Unidades IFFT 542 transformam cada conjunto de Nf símbolos de transmissão para o domínio do tempo utilizando uma Nf transformada rápida inversa de Fourier de ponto, e provê um correspondente símbolo transformado que contém Nf chips. O gerador de prefixo cíclico 544 repete uma parte de cada símbolo transformado para obter um símbolo OFDM correspondente que contém Nf + Ncp chips. A parte repetida (isto é, o prefixo cíclico) assegura que o símbolo OFDM retenha as suas propriedades ortogonais na presença de um espalhamento de retardo de multi-percurso causado por desvanecimento seletivo em freqüência. A unidade de RF TX 546 recebe e condiciona o fluxo de símbolos OFDM do gerador 544 para gerar um sinal modulado de downlink. Nap sinais modulados de downlink são transmitidos de Nap antenas 324a até 324ap, respectivamente.

A figura 6 mostra um diagrama de bloco de uma modalidade de demoduladores 354a até 354ut e um processador espacial RX 360y para terminal de usuário de multi-antena 120y. No terminal de usuário 120y, Nut antenas 352a até 352ut recebem os Nap sinais modulados transmitidos pelo ponto de acesso 110x e provêem Nut sinais recebidos para Nut demoduladores 354a para 354ut respectivamente. Cada demodulador 354 inclui uma unidade de RF RX 612, uma unidade de remoção de prefixo cíclico 614 e uma unidade de transformada rápida de Fourier (FFT) 616. As unidades 614 e 616 formam um demodulador OFDM. Dentro de cada demodulador 354, a unidade de RF RX 612 recebe, condiciona e digitaliza um respectivo sinal recebido e provê um fluxo de chips. A

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36/61 unidade de remoção de prefixo cíclico 614 remove o prefixo cíclico em cada símbolo OFDM recebido para obter um símbolo transformado recebido. A unidade FFT 616 depois transforma cada símbolo transformado recebido para o domínio de freqüência com uma Nf transformada rápida de Fourier de ponto para obter Nf símbolos recebidos para as Nf subbandas. A unidade FFT 616 provê um fluxo de símbolos recebido até o processador espacial RX 360y e símbolos piloto recebidos para o estimador de canal 378y.

Para a modalidade mostrada na figura 6, o processador espacial RX 360y inclui Nut demultiplexadores 630a até 630ut para as Nut antenas no terminal de usuário 120y, Nf processadores espaciais de sub-banda RX 640a até 640f e unidades de escalonamento 642a até 642f para as Nf sub-bandas, e Ns multiplexadores 650a até 650s para os Ns fluxos de dados. O processador espacial RX 360y obtém Nut fluxos de símbolos recebidos {ri}, para i = 1 ... Nut, dos demoduladores 354a até 354ut. Cada demultiplexador 630 recebe um respectivo fluxo de símbolos recebido {ri}, demultiplexa o fluxo em Nf sub-fluxos de símbolos recebidos para Nf sub-banda, e provê os Nf sub-fluxos para os Nf processadores espaciais 640a até 640f. Cada processador espacial 640 obtém Nut sub-fluxos de símbolos recebidos para sua sub-banda a partir de Nut demultiplexadores 630a para 630ut, realiza o processamento espacial de receptor nesses sub-fluxos, e provê Ns sub-fluxos de símbolos detectados para a sua sub-banda. Cada processador espacial 640 multiplica um vetor recebido r_dn (k) com uma matriz M_ut (k) para obter um vetor de símbolos detectado S_dn(k) . A matriz M _ut (k) é igual a (1) uma matriz U_d (k) de autovetores esquerdos de H _n (k) para um modo direcionado de único

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37/61 usuário ou (2) a matriz M_ccmi (k) , M_mmse (k), ou alguma outra matriz para o modo não direcionado de único usuário.

Cada unidade de escalonamento 642 recebe Ns subfluxos de símbolos detectados para sua sub-banda, e escalona estes sub-fluxos, e provê Ns sub-fluxos de símbolos de dados recuperados para sua sub-banda. Cada unidade de escalonamento 642 realiza o escalonamento de sinal de vetor de símbolos detectado ~ (k) com uma matriz diagonal ^^(k) e encaminha o vetor de símbolos de dados recuperado s_dn(k) . Cada multiplexador 650 recebe e multiplexa Nf sub-fluxos de símbolos de dados recuperados para o seu fluxo de dados a partir de Nf unidades de escalonamento 642a até 642f e provê um fluxo de símbolos de dados recuperado. Os Ns multiplexadores 650a até 650s provêem Ns fluxos de símbolos de dados recuperados {s_m}, para m = 1 ... Ns.

A figura 7 mostra um diagrama de bloco de uma modalidade de um processador de dados RX 370y no terminal de usuário 120y. O processador de dados 370y inclui um conjunto de unidade de demapeamento por símbolos 712, dispositivo de deintercalação de canal 714, e decodificador 716 para cada um dos Ns fluxos de dados. Para cada fluxo, de símbolos de dados recuperados {s_m} onde m = 1 ... Ns, uma unidade de demapeamento por símbolos 712 demodula os símbolos de dados recuperados de acordo com o esquema de modulação utilizado para aquele fluxo e provê dados demodulados. Um deintercalador de canal 714 deintercala os dados demodulados de uma maneira complementar à intercalação realizada naquele fluxo pelo ponto de acesso 110x. Um decodificador 716 então, decodifica os dados deintercalados de uma maneira complementar a encodificação

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38/61 realizada pelo ponto de acesso 110x naquele fluxo. Por exemplo, um decodificador Turbo ou um decodificador Viterbi podem ser utilizados para o decodificador 716, se for realizada codificação Turbo ou convolucional respectivamente, no ponto de acesso 110x. O decodificador 716 provê um pacote decodificado para cada pacote de dados recebidos. O decodificador 716 também verifica cada pacote decodificado para determinar se o pacote está codificado, corretamente, ou de forma errada, e provê o status do pacote decodificado. A demodulação e decodificação para cada fluxo de símbolos de dados recuperado é realizada de acordo com controles de demodulação e decodificação fornecidos pelo controlador 380y.

A figura 8 mostra um diagrama de bloco de um processador espacial RX 360z e um processador de dados RX 370z que implementam a técnica SIC. O processador espacial RX 360z e o processador de dados RX 3 70z implementam Ns estágios de processamento de receptor sucessivo (isto é, em cascata) para Ns fluxos de símbolos de dados. Cada um dos estágios de 1 a Ns-1 inclui um processador espacial 810, uma unidade de cancelador de interferência 820, um processador de fluxo de dados RX 830, e um processador de fluxo de dados TX 840. O último estágio inclui apenas um processador espacial 810s e um processador de fluxo de dados RX 830s. Cada processador de fluxo de dados RX 830 inclui uma unidade de demapeamento por símbolos 712, um deintercalador de canal 714, e um decodificador 716, conforme mostrado na figura 7. Cada processador de fluxo de dados TX 840 inclui um encodificador 412, um intercalador de canal 414, e uma unidade de mapeamento de símbolo 416, conforme mostrado na figura 4.

Para o estágio 1, o processador espacial 810a realiza o processamento espacial de recepção nos Nut fluxos

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39/61 de símbolos recebidos e provê um fluxo de símbolos de dados recuperado {_A}, onde o subscrito j1 indica a antena de ponto de acesso utilizada para transmitir o fluxo de símbolos de dados }. O processador de fluxo de dados RX 830a demodula, deintercala e decodifica o fluxo de símbolos de dados recuperado {_Λ} e provê um fluxo de dados decodificados correspondentes }. O processador de fluxo de dados TX 840a encodifica, intercala e modula o fluxo de dados decodificados } da mesma maneira realizada pelo ponto de acesso 110x para aquele fluxo e provê um fluxo de símbolos remodulado }. O cancelador de interferência 820a realiza o processamento espacial no fluxo de símbolos remodulado } da mesma maneira (se existir) realizada pelo ponto de acesso 110x e também processa o resultado com a matriz resposta de canal H (k) para obter Nut componentes de interferência devido ao fluxo de símbolos de dados }. Os Nut componentes de interferência são subtraídos dos Nut fluxos de símbolos recebidos para obter Nut fluxo de símbolos modificados, que são fornecidos para o estágio 2.

Cada um dos estágios 2 até Ns-1 realiza o mesmo processamento como o estágio 1, embora nos Nut fluxos de símbolos modificados do estágio precedente, ao invés dos Nut fluxos de símbolos recebidos. O último estágio realiza processamento espacial e a decodificação nos Nut fluxos de símbolos modificados do Ns-1 estágio e não realiza estimação de interferência e cancelamento.

Os processadores espaciais 810a até 810s podem, cada qual, implementar a CCMI, MMSE ou alguma outra técnica de processamento de receptor. Cada processador espacial 810 multiplica um vetor de símbolos de entrada (recebido ou

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40/61 modificado) r^t _dn (k) com uma matriz M_ut (k) para obter um vetor de símbolo detectado s_dn(k), seleciona e escalona um dos fluxos de símbolos detectados e provê o fluxo de símbolos escalonado como fluxo de símbolos de dados recuperado para aquele estágio. A matriz M_ut (k) é derivada, com base em uma matriz resposta de canal reduzida (k) para o estágio.

As unidades de processamento no ponto de acesso 110x de um terminal de usuário 120y para o uplink podem ser implementadas conforme acima descrito para o downlink. O processador de dados TX 390y e o processador espacial TX 392y podem ser implementados com o processador de dados TX 310 na figura 4 e com o processador espacial TX 320 na figura 5, respectivamente. O processador espacial RX 340 pode ser implementado com o processador espacial RX 360y ou 360z, e o processador de dados RX 342 pode ser implementado com o processador de dados 370y ou 370z.

Para o terminal de usuário de única antena 120x, o processador espacial RX 360x realiza a demodulação coerente de um fluxo de símbolos recebido com estimativas de canal para obter um fluxo de símbolos de dados recuperado.

A. ESTIMAÇÃO DE CANAL

A resposta de canal do downlink e do uplink pode ser estimada de várias maneiras, tais como com um piloto MIMO ou piloto direcionado. Para o sistema MIMO TDD, determinadas técnicas podem ser utilizadas para simplificar a estimação de canal.

Para o downlink, o ponto de acesso 110x pode transmitir um piloto MIMO para os terminais de usuário 120. O piloto MIMO compreende Nap transmissões piloto a partir de Nap antenas de ponto de acesso, com a transmissão de piloto de cada antena sendo coberta com uma seqüência

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41/61 ortogonal diferente (por exemplo, uma seqüência Walsh). Cobertura é um processo, de acordo com o qual um dado símbolo de modulação (ou um conjunto de símbolos de modulação L com o mesmo valor) a ser transmitido é multiplicado por todos os tipos de chips de uma seqüência ortogonal de chip L para obter símbolos cobertos L que depois são transmitidos. A cobertura alcançaa ortogonalidade entre as Nap transmissões piloto enviadas a partir de Nap antenas de ponto de acesso e permite queos terminais de usuário possam distinguir a transmissãode piloto de cada antena.

Em cada terminal de usuário 120, o estimador de canal 378 realiza descobertura” dos símbolos piloto recebidos para cada antena terminal de usuário i com as mesmas Nap seqüências ortogonais utilizadas pelo ponto de acesso 110x para as Nap antenas para obter estimativas de ganho de canal complexo entre a antena de terminal de usuário i e cada uma dentre as Nap antenas de ponto de acesso. A descobertura é complementar a cobertura, e é um processo onde símbolos (piloto) recebidos são multiplicados pelos chips L da seqüência ortogonal de chip L para obter símbolos descobertos L, que são depois acumulados para obter uma estimativa do símbolo (piloto) transmitido. O estimador de canal 378 realiza o mesmo processamento de piloto para cada sub-banda utilizada para transmissão de piloto. Se símbolos piloto são transmitidos em apenas um sub-conjunto das Nf sub-bandas, então o estimador de canal 378 pode realizar a interpolação nas estimativas de resposta de canal para sub-bandas com transmissão de piloto para obter estimativas de resposta de canal para sub-bandas sem transmissão de piloto. Para o terminal de usuário de única antena 120x, o estimador de canal 378x provê vetores

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42/61 resposta de canal de downlink estimado h_dn (k) para k = 1 ... Nf, para a única antena 352. Para o terminal de usuário de multi-antena 120y, o estimador de canal 378y realiza o mesmo processamento de piloto para todas as Nut antenas 352a até 352ut, e provê matrizes resposta de canal de downlink estimadas íf_dn (k) para k = 1 ... Nf. Cada terminal de usuário 120 pode também estimar a variância de ruído para o downlink com base nos símbolos piloto recebidos e provê a estimativa de ruído de downlink, s_dn .

Para o uplink, o terminal de usuário de multiantena 120y pode transmitir um piloto MIMO que pode ser utilizado pelo ponto de acesso 110x para estimar a resposta de canal de uplink 77 _up (k) para o terminal de usuário 12 0y. O terminal de usuário de única antena 120x pode transmitir um piloto a partir de sua única antena. Terminais de usuário de única antena 120 podem transmitir pilotos ortogonais simultaneamente no uplink onde a ortogonalidade pode ser alcançada no tempo e/ou freqüência. A ortogonalidade do tempo pode ser obtida fazendo com que cada terminal de usuário cubra o seu piloto de uplink com uma seqüência ortogonal diferente atribuída ao terminal de usuário. A ortogonalidade de freqüência pode ser obtida fazendo com que cada terminal de usuário transmita o seu piloto de uplink em um conjunto de sub-bandas diferente. As transmissões de piloto de uplink simultâneas a partir de múltiplos terminais de usuário deveriam ser aproximadamente alinhadas em tempo no ponto de acesso 120x (por exemplo, alinhadas em tempo dentro do prefixo cíclico).

Para um sistema MIMO TDD, existe normalmente, um alto grau de correlação entre a resposta de canal para o downlink e o uplink, visto que estes links compartilham a

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43/61 mesma banda de freqüência. Contudo, as respostas das cadeias de transmissão/recepção do ponto de acesso tipicamente não são as mesmas como as respostas das cadeias de transmissão/recepção no terminal de usuário. Se as diferenças forem determinadas e verificadas via calibragem, então as respostas de canal de downlink e uplink total podem, supostamente, ser recíprocas (isto é, transpostas) umas com as outras.

A figura 9 mostra as cadeias de transmissão/recepção no ponto de acesso 110x e o terminal de usuário 120y. No ponto de acesso 110x, o percurso de transmissão é modelado por uma matriz Nap x Nap, T_ap(k) , e o percurso de recepção é modulado por uma matriz Nap x Nap, R(k) . No terminal de usuário 12 0y o percurso de recepção é modelado por uma matriz Nut x Nut, R_ut(k) , e o percurso de transmissão é modulado por uma matriz Nut x Nut, T_ut(k) . Os vetores de símbolos recebidos para o downlink e uplink para cada sub-banda podem ser expressos como:

Lí,^(k ) = ^Ru,^{(k (k} K^(k h ^(k) ^, e ^Eq⁽³³⁾

Lup (k )= Rap (k H (k )Tu,(k )xup (k), onde ^T indica uma transposta. A equação (34) pressupõe que os downlink e uplink são uma transposta de um para o outro. As respostas efetivas de canal de downlink e ^up^link Hedn ^{(k) e} Heup^(k), para cada sub-banda, incluem as respostas das cadeias de transmissão de recepção, podendo ser expressas como:

= RuÁ^k&K(k) e H„p(^k)= R ' ' (k)Tu,(^k) Eq(34)

As respostas efetivas de canal de downlink e uplink não são recíprocas (isto é, H_edn(k) ZH_eup(k)) se as respostas das

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44/61 cadeias de transmissão/recepção de downlink e uplink não forem iguais umas com as outras.

O ponto de acesso 110x e o terminal de usuário 120y podem realizar a calibragem para obter matrizes de correção K_ap(k) e K_ut(k) para cada sub-banda, que podem ser expressas como:

K_ap(k) = T~_ap(k}R_ap(k) e K_ut(k) = T~_u}(k)R_ut(k) . Eq(35)

As matrizes de correção podem ser obtidas por uma transmissão de piloto MIMO tanto no downlink como no uplink e derivando as matrizes de correção, utilizando critério MMSE ou algumas outras técnicas. As matrizes de correção K_ap (k) e K_ut (k) são aplicadas no ponto de acesso 110x e no terminal de usuário 120y, respectivamente, conforme mostrado na figura 9. As respostas de canal de downlink e uplink calibradas H_cdn (k) e Hcup (k) são, então, recíprocas e podem ser expressas como:

Hcup (k) = Hup (k)K_ut (k) = (H_dn (k)Kap (k))^T = H^T _cdn (k) . Eq(36)

A decomposição em valores singulares das matrizes resposta de canal de downlink e uplink calibradas H_cup(k) e H_cdn(k), para cada sub-banda, podem ser expressas como:

^Hcup ^(k) = ^Uap^(k)Y^(k)VHt ^{(k) , e E}q⁽³⁷⁾

H_cdn (k) = V (k )Z(k )UHp (k)

Conforme mostrado no conjunto de equações (38), as matrizes * * __ut (k) e U_ap (k) dos autovetores esquerdo e direito de H_cdn (k) são o conjugado complexo das matrizes __ut (k) e U_ap (k) dos autovetores direito e esquerdo de H_cup(k) . A matriz Uap (k) pode ser utilizada pelo ponto de acesso 110x para ambos os processamentos espaciais de transmissão e de recepção. A

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45/61 matriz V_ut (k) pode ser utilizada pelo terminal de usuário 120y para ambos os processamentos espacial de transmissão e de recepção.

Em virtude da natureza recíproca do canal MIMO para o sistema MIMO TDD, e depois de ter sido realizada a calibragem para levar em conta as diferenças nas cadeias de transmissão/recepção, a decomposição de valor singular apenas precisa ser realizada tanto pelo terminal de usuário 120y quanto pelo ponto de acesso 110x. Se for realizada pelo terminal de usuário 120y, então as matrizes V_ut(k) , para k = 1 ... Nf, são utilizadas para o processamento espacial no terminal de usuário e a matriz U_ap (k) para k = 1 ... Nf, pode ser provida para o ponto de acesso em forma direta (por exemplo, enviando inserções das matrizes U_ap(k) ) ou em uma forma indireta (através de um piloto direcionado). Efetivamente, o terminal de usuário 120y somente pode obter l__cdn(k) , que é uma estimativa de H_cdn(k) , e somente pode derivar V__ut(k) , E(k) e U_ap(k) , que são estimativas de V_ut(k) , E(k) e U_ap(k) , respectivamente. Para maior simplicidade, a descrição presente presume estimativas de canal sem erros.

Um piloto direcionado de uplink, enviado pelo terminal de usuário 120y, pode ser expresso como:

Xupm ^(k ) = ^Kut ^(k }v_ut,_m ^(k M^k ) ^{, E}q⁽³⁸⁾ onde v_{up m}(k) é a m-ésima coluna de V_{ut m}(k) e p(k) é o símbolo piloto. O piloto direcionado de uplink, recebido no ponto de acesso 110x, pode ser expresso como:

kup,m ^(k)= uap,m ^(kSm ^{(k) +} Uup ^(k) . ^Eq⁽³⁹⁾

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A equação (40) indica que o ponto de acesso 110x pode obter a matriz U_ap(k), um vetor de cada vez, com base no piloto direcionado de uplink a partir do terminal de usuário 120y.

Um processo complementar pode também ser realizado, onde o terminal de usuário 120y transmite um piloto MIMO no uplink, e o ponto de acesso 110x realiza uma decomposição de valor singular e transmite um piloto direcionado no downlink. A estimativa de canal para o downlink e o uplink pode também ser realizada de outras maneiras.

Em cada terminal de usuário 120, o estimador de canal 378 pode estimar a resposta do canal de downlink (por exemplo, com base em um piloto MIMO ou em um piloto direcionado enviado pelo ponto de acesso 110x) e provê estimativas de canal de downlink para o controlador 380. Para o terminal de usuário de única antena 120x, o controlador 380x pode derivar os ganhos complexos de canal utilizados para demodulação coerente. Para o terminal de usuário de multi-antena 120y, o controlador 380y pode derivar a matriz M_ut(k), utilizada para receber processamento espacial e a matriz F_ut (k) transmissão de processamento espacial, utilizada para com base nas estimativas de canal de downlink. No ponto de acesso 110x, o estimador de canal 328 pode estimar a resposta de canal de uplink (por exemplo, com base em um piloto direcionado ou em um piloto MIMO enviado pelo terminal de usuário 120) e prover estimativas de canal de uplink para o controlador 380. O controlador 380 pode derivar a matriz F _ap(k), utilizada para transmitir o processamento espacial e a matriz M_ap (k) utilizada para receber processamento espacial, com base nas estimativas de canal de uplink.

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A figura 9 mostra o processamento espacial no ponto de acesso 110x e no terminal de usuário 120y para o downlink e uplink para uma sub-banda k. Para o downlink, dentro do processador espacial TX 320 no ponto de acesso 110x, o vetor de dados s_dn (k) é primeiramente multiplicado pela matriz F _ap (k) por uma unidade 910, sendo adicionalmente multiplicado pela matriz de correção K_ap(k) por uma unidade 912, para obter o vetor de transmissão x_dn(k). O vetor x_dn(k) é processado por uma cadeia de transmissão 914 dentro de moduladores 322, sendo transmitido através do canal MIMO para o terminal de usuário 120y. As unidades 910 e 912 realizam o processamento espacial de transmissão para o downlink e podem ser implementadas no processador espacial de sub-banda TX 520 na figura 5.

No terminal de usuário 120y, os sinais de downlink são processados por uma cadeia de recepção 954 dentro de demoduladores 354 para obter o vetor de recepção r_dn (k). Dentro do processador espacial Rx 360y, o vetor de recepção r_dn (k) é primeiramente multiplicado pela matriz M_ut (k) por uma unidade 956, sendo adicionalmente escalonado com a matriz diagonal inversa D-^Çk) por uma unidade 958 para obter um vetor s_dn(k) , que é uma estimativa do vetor de dados s_dn(k) . As unidades 956 e 958 realizam o processamento espacial para o downlink e podem ser implementadas dentro do processador espacial de sub-banda RX 640 na figura 6.

Para o uplink, dentro do processador espacial TX 392y no terminal de usuário 120y, o vetor de dados s_up (k) é primeiramente multiplicado pela matriz F_ut (k) por uma unidade 960 e multiplicado adicionalmente pela matriz de correção K_ut (k) por uma unidade 962, para obter o vetor de

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48/61 transmissão x_up(k) . O vetor x_up(k) é processado por uma cadeia de transmissão 964 dentro dos moduladores 354, e transmitido através do canal MIMO para o ponto de acesso 110x. As unidades 960 e 962 realizam o processamento espacial de transmissão para o uplink.

No ponto de acesso 110x, os sinais de uplink são processados por uma cadeia de recepção 924 dentro de demoduladores 322 para obter o vetor de recepção r_up (k). Dentro do processador espacial RX 340, o vetor de recepção r_up (k) é primeiramente multiplicado pela matriz M_ap (k) por uma unidade 926, sendo adicionalmente escalonado com a matriz diagonal inversa D->(k) por uma unidade 928 para obter o vetor s(k), que é uma estimativa do vetor de dados s_up(k) . As unidades 926 e 928 realizam o processamento espacial de recepção para o uplink.

B. PROCESSAMENTO ESPACIAL PARA SISTEMA MIMO TDD

A tabela 3 resume o processamento de transmissão de piloto e espacial exemplar, realizado pelo ponto de acesso e os terminais de usuário para transmissão de dados no downlink e uplink para vários modos de multiplexação espacial no sistema MIMO TDD. Para o modo direcionado de único usuário, o ponto de acesso transmite um piloto MIMO para permitir que o terminal de usuário possa estimar a resposta de canal de downlink. O terminal de usuário transmite um piloto direcionado para permitir que o ponto de acesso estime a resposta de canal de uplink. O ponto de acesso realiza o processamento espacial de transmissão e recepção com U_ap(k). O terminal de usuário realiza o processamento espacial de transmissão de recepção com

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Para o modo não direcionado de único usuário, para transmissão de dados de downlink, o ponto de acesso transmite um piloto MIMO a partir de todas as antenas e um fluxo de símbolos de dados a partir de cada antena. O terminal de 5 usuário estima a resposta de canal de downlink com o piloto MIMO e realiza o processamento espacial de recepção utilizando as estimativas de canal de downlink. O processamento complementar ocorre para transmissão de dados de uplink.

Tabela 3

MODO DE MULTIPLEXAÇÃO ESPACIAL	TRANSMISSÃO DE DADOS DE DOWNLINK	TRANSMISSÃO DE DADOS DE UPLINK
Único usuário direcionado	AP transmite piloto MIMO UT Transmite piloto direcionado AP transmite dados com U_ap (k) UT recebe dados com V_ut (k)	AP transmite piloto MIMO UT Transmite piloto direcionado UT transmite dados com V., (k) AP recebe dados com U_ap (k)
Único usuário não direcionado	AP transmite piloto MIMO AP transmite dados a partir de cada antena UT utiliza CCMI,MMSE, etc.	UT transmite piloto MIMO UT transmite dados a partir de cada antena AP utiliza CCMI, MMSE, etc.
Multi-usuário direcionado	UTs transmitem piloto ortogonal AP transmite dados direcionados AP transmite piloto direcionado UTs recebem com piloto direcionado	AP transmite piloto MIMO UTs transmitem piloto direcionado UTs transmitem dados direcionados AP utiliza CCMI, MMSE, etc.
Multi-usuário não direcionado	AP transmite piloto MIMO UTs enviam taxa para cada antena AP AP transmite dados a partir de cada antena UTs utilizam CCMI, MMSE, etc.	UTs transmitem piloto ortogonal AP seleciona UTs compatível UTs transmitem dados a partir de cada antena AP utiliza CCMI, MMSE, etc.

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Para o modo direcionado de multi-usuário, para transmissão de dados de downlink para terminais de usuário de única antena e/ou de multi-antena, os terminais de usuário transmitem pilotos ortogonais no uplink para permitir que o ponto de acesso estime a resposta de canal de downlink. Um terminal de usuário de única antena transmite um piloto não direcionado, e um terminal de usuário de multi-antena transmite um piloto direcionado. O ponto de acesso deriva vetores de direcionamento de downlink, com base nos pilotos de uplink ortogonais, e utiliza os vetores de direcionamento para transmitir pilotos direcionados e fluxos de símbolos de dados direcionados para os terminais de usuário selecionados. Cada terminal de usuário utiliza o piloto direcionado para receber o fluxo de símbolos de dados direcionado enviado para o terminal de usuário. Para a transmissão de dados de uplink a partir de terminais de usuário de multi-antenas, o ponto de acesso transmite um piloto MIMO. Cada terminal de usuário de multi-antena transmite um piloto direcionado e um fluxo de símbolos de dados direcionado no uplink. O ponto de acesso realiza processamento espacial de recepção (por exemplo, CCMI, MMSE, e assim por diante) para recuperar os fluxos de símbolos de dados.

Para o modo não direcionado de multi-usuário, para transmissão de dados de downlink para terminais de usuário de multi-antena, o ponto de acesso transmite um piloto MIMO no downlink. Cada terminal de usuário determina e retorna a taxa que pode receber a partir de cada antena de ponto de acesso. O ponto de acesso seleciona um conjunto de terminais de usuário e transmite os fluxos de símbolos de dados para os terminais de usuário selecionados a partir da antenas de ponto de acesso. Cada terminal de usuário de multi-antena realiza o processamento espacial de recepção

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51/61 (por exemplo, CCMI, MMSE, e assim por diante) para recuperar o seu fluxo de símbolos de dados. Para transmissão de dados de uplink a partir de terminas de usuários de única antena e/ou multi-antena, os terminais de usuário transmitem pilotos ortogonais (não direcionados) no uplink. O ponto de acesso estima a resposta de canal de uplink com base nos pilotos de uplink e seleciona um conjunto de terminais de usuário compatível. Cada terminal de usuário selecionado transmite um fluxo de símbolos de dados a partir da antena de terminal de usuário. O ponto de acesso realiza o processamento espacial de receptor (por exemplo, CCMI, MMSE e assim por diante) para recuperar os fluxos de símbolos de dados.

C. SELEÇÃO DE TAXA

Cada fluxo de dados para os downlink e uplink é transmitido em um canal espacial m de banda larga, utilizando um dos modos de multiplexação espacial. Cada fluxo de dados também é transmitido a uma taxa que é selecionada de tal maneira que o nível alvo de desempenho (por exemplo, 1 por cento de taxa de erro de pacote (PER)) possa ser alcançado para aquele fluxo. A taxa para cada fluxo de dados pode ser determinada, com base na SNR alcançada no receptor para aquele fluxo (isto é, a SNR recebida), onde a SNR depende do processamento espacial realizado no transmissor e receptor, conforme acima descrito.

Em um esquema de seleção de taxa exemplar, a determinação da taxa para canal espacial m de banda larga, uma estimativa de SNR, (k), (por exemplo, em unidades de dB) para cada sub-banda k do canal espacial de banda larga é primeiramente obtida conforme acima descrito. Uma SNR média /média, é então computada para o canal espacial m de banda larga como segue:

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N_r

Ymédia,m =~ ΣΥm ^{(k) ,} Eq(⁴⁰) ^NF k=1

A variância da estimativa de SNR sY é também computada Ym como segue:

N_F ^SY_m ⁼Tt 7 Σ ⁽Ym ^(k) - Ymédia,m Ϋ ^{. E}q⁽⁴¹⁾ ^N F ¹ k=1

Um fator de recuo g_bom, é determinado, com base em uma função F (g_{média m}, sg ) da média de SNR e da variância de SNR. Por exemplo, a função F ( g_média,_m, sg_m ) = K&ag pode ser utilizada, onde Kb é um fator de escalonamento e pode ser selecionado, com base em uma ou mais características do sistema MIMO, como a intercalação, tamanho do pacote e/ou esquema de codificação utilizada para o fluxo de dados. O fator de recuo de SNR é responsável pela variância na SNRs pelo canal espacial de banda larga. Uma SNR operativa γ_ορm, para o canal espacial m de banda larga será computada em seguida como segue.

^gop, m

m

Eq(42)

A taxa para o fluxo de dados é então determinada, com base na SNR operativa. Por exemplo, a tabela de consulta (LUT) pode armazenar um conjunto de taxas suportadas pelo sistema MIMO e suas SNRs necessárias. A SNR necessária para cada taxa pode ser determinada por simulação computadorizada, mediação empírica e assim por diante, com base em uma présuposição de um canal AWGN. A taxa mais alta na tabela de consulta com uma SNR exigida que é igual ou inferior à SNR operativa, é selecionada como a taxa para o fluxo de dados enviado no canal espacial m de banda larga.

Vários outros esquemas de seleção de taxa também podem ser utilizados.

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D. CONTROLE DE TAXA DE MALHA FECHADA

O controle da taxa da malha fechada pode ser utilizado para cada um dos fluxos de dados transmitidos em múltiplos canais espaciais de banda larga. O controle de taxa de malha fechada pode ser alcançado com uma ou múltiplas malhas.

A figura 10 mostra um diagrama de bloco de uma modalidade de um mecanismo de controle de taxa de malha fechada 1000, que compreende uma malha interna 1010 que opera juntamente com uma malha externa 1020. A malha interna 1010 estima as condições de canal e determina a taxa suportada por cada canal espacial de banda larga. A malha externa 1020 estima a qualidade da transmissão de dados recebida em canal espacial de banda larga e ajusta a operação da malha interna correspondentemente. Para fins de simplicidade, a operação das malhas 1010 e 1020 para um canal espacial m de banda larga de downlink, é mostrada na figura 10, sendo a seguir descrita.

Para a malha interna 1010, o estimador de canal 378 no terminal de usuário 120 estima o canal espacial m de banda larga e provê estimativas de canal (por exemplo, estimativas de ganho de canal e estimativas de variância de ruído). Um seletor de taxa 1030 dentro do controlador 380 determina a taxa suportada por um canal espacial m de banda larga, com base (1) nas estimativas de canal a partir do estimador de canal 3 78, (2) em um fator de recuo de SNR e/ou um ajuste de taxa para o canal espacial m de banda larga a partir de um estimador de qualidade 1032, e (3) em uma tabela de consulta (LUT) 1036 de taxas suportadas pelos sistemas MIMO e as suas SNRs necessárias. A taxa suportada para o canal espacial m de banda larga é enviada pelo controlador 380 até o ponto de acesso 110. No ponto de acesso 110, o controlador 330 recebe a taxa suportada para

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54/61 o canal espacial m de banda larga e determina a taxa de dados, codificação e controles de modulação para o fluxo de dados a serem enviados para este canal espacial. O fluxo de dados é então processado de acordo com esses controles pelo processador de dados TX 310, sendo espacialmente processado e multiplexado com símbolos piloto pelo processador espacial TX 320, condicionado por moduladores 322, e transmitido para o terminal de usuário 120.

A malha externa 1020 estima a qualidade do fluxo de dados decodificados recebido no canal espacial m de banda larga e ajusta a operação de malha interna 1010. Os símbolos recebidos para o canal espacial m de banda larga são espacialmente processados pelo processador espacial RX 360 e também processados pelo processador de dados RX 370. O processador de dados RX 370 provê o status de cada pacote recebido no canal espacial m de banda larga e/ou métricas de decodificador para o estimador de qualidade 1032. A malha externa 1020 pode prover diferentes tipos de informação (por exemplo, fator de recuo de SNR, ajuste de taxa e assim por diante), utilizados para controlar a operação da malha interna 1010.

O controle da malha fechada acima descrito pode, assim, ser realizado independentemente para cada canal espacial de banda larga de downlink e de uplink, e que pode corresponder a (1) um automodo de banda larga para o modo controlado de único usuário, ou (2) uma antena transmissora para os modos não direcionados de único usuário e multiusuário.

E. PROGRAMAÇÃO DE TERMINAIS DE USUÁRIO

A figura 11 mostra um diagrama de bloco de uma modalidade de controlador 330 e programador 334 para a programação de terminais de usuário para transmissão de dados no downlink e no uplink. Dentro do controlador 330,

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55/61 um processador de solicitação 1110 recebe solicitações de acesso que são transmitidas por terminal de usuário 120 no RACH e possivelmente solicitações de acesso de outras fontes. Estas solicitações de acesso são para transmissão de dados no downlink e/ou no uplink. O processador de solicitação 1110 processa as solicitações de acesso recebidas e provê as identidades (IDs) e o status de todos terminais de usuário de solicitação. O status para um terminal de usuário pode indicar o número de antenas disponíveis no terminal, se o terminal está calibrado, e assim por diante.

Um seletor de taxa 1120 recebe estimativas de canal do estimador de canal 328, e determina as taxas suportadas pelos canais espaciais de banda larga de downlink e/ou uplink para os terminais de usuário de solicitação, conforme acima descrito. Para o downlink, cada terminal de usuário 120 pode determinar a taxa suportada por cada um de seus canais espaciais de banda larga conforme acima descrito. A taxa suportada é a taxa máxima que pode ser utilizada para transmissão de dados sem um canal espacial de banda larga para alcançar o nível alvo de desempenho. Cada terminal de usuário 120 pode enviar as taxas suportadas para todos seus canais espaciais de banda larga de downlink para o ponto de acesso 110, por exemplo, via o RACH. Alternativamente, o ponto de acesso 110 pode determinar as taxas suportadas para os canais espaciais de banda larga de downlink, caso (1) os downlink e uplink sejam recíprocos e (2) o ponto de acesso 110 seja provido com a variância de ruído, ou ruído de fundo (noise floor), no terminal de usuário 120. Para o uplink, o ponto de acesso 110 pode determinar a taxa suportada para cada canal espacial de banda larga para cada terminal de usuário de solicitação 120.

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Um seletor de usuário 1140 seleciona diferentes conjuntos de um ou mais terminais de usuário, dentre todos os terminais de usuário de solicitação, para possível transmissão de dados no downlink e/ou no uplink. Os terminais de usuário podem ser selecionados, com base em vários critérios, como exigências de sistema, capacidades de terminal de usuário e taxas suportadas, prioridade de usuário, quantidade de dados enviados, e assim por diante. Para os modos de multiplexação espacial de multi-usuário, os terminais de usuário para cada conjunto podem também ser selecionados, com base em seus vetores resposta de canal.

Um seletor de modo 1130 seleciona o modo de multiplexação espacial particular para ser utilizado para cada conjunto de terminais de usuário, com base no estado operacional e nas capacidades dos terminais de usuário no conjunto e possivelmente outros fatores. Por exemplo, o modo direcionado de único usuário pode ser utilizado para um terminal de usuário de multi-antena calibrada que realizou a calibragem, de maneira que a resposta de canal para um link (por exemplo, downlink) possa ser estimada com base em um piloto (por exemplo, direcionado) recebido via o outro link (por exemplo, uplink). O modo não direcionado de único usuário pode ser utilizado para um terminal de usuário de multi-antena (descalibrado) que não realizou a calibragem ou não pode suportar o modo direcionado de único usuário, devido a uma razão qualquer. O modo direcionado de usuário múltiplo pode ser utilizado para transmissão de downlink para múltiplos terminais de usuário, cada qual equipado com uma ou mais antenas. O modo não direcionado de multi-usuário pode ser utilizado para transmissão de uplink por múltiplos terminais de usuário.

O programador 334 recebe os conjuntos de terminais de usuário a partir do seletor de usuário 1140, o

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57/61 modo de multiplexação espacial selecionado para cada conjunto de terminal de usuário a partir do seletor de modo

1130, e as taxas selecionadas para cada conjunto de terminal de usuário a partir do seletor de taxa 1120. O

Programador

334 programa os terminais de usuário para transmissão de dados no downlink e/ou no uplink. O programador

334 seleciona um ou mais conjuntos de terminais de usuário para transmissão de dados no downlink e um ou mais conjuntos de terminais de usuário para transmissão de dados no uplink para cada quadro TDD. Cada conjunto inclui um ou mais terminais de usuário, e é programado para transmissão de dados de modo correspondente em um intervalo de transmissão designado dentro do quadro TDD.

programador 334 forma um elemento de informação (IE) para cada terminal de usuário programado para transmissão de dados no downlink e/ou no uplink. Cada elemento de informação inclui (1) o modo de multiplexação espacial a ser utilizado pela transmissão de dados, (2) a taxa a ser utilizada para o fluxo de dados enviado em cada canal espacial de banda larga, (3) o início e a duração da transmissão de dados e (4) possivelmente outras informações (por exemplo, o tipo de piloto sendo transmitido juntamente com a transmissão de dados) . O programador 334 envia os elementos de informação para todos os terminais de usuário programados via o FCCH. Cada terminal de usuário processa o

FCCH para recuperar o seu elemento de informação, e depois recebe uma transmissão de downlink e/ou envia uma transmissão de uplink de acordo com a informação de programação recebida.

A figura 11 mostra uma modalidade da programação dos terminais de usuário para transmissão de dados, quando múltiplos modos de multiplexação espacial são suportados. A

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58/61 programação pode ser realizada de outras maneiras, o que está dentro do escopo da invenção.

A figura 12 mostra um diagrama de fluxo de um processo 1200 para programação de terminais de usuário para transmissão de dados no sistema MIMO 100. Um conjunto de pelo menos um terminal de usuário é selecionado para transmissão de dados no dowlink e/ou no uplink (bloco 1212). Um modo de multiplexação espacial é selecionado para o conjunto de terminal de usuário entre múltiplos modos de multiplexação espacial suportados pelo sistema (bloco 1214) . Múltiplas taxas são também selecionadas para múltiplos fluxos de dados a serem transmitidos via múltiplos canais espaciais para o conjunto de terminal de usuário (bloco 1216). O conjunto de terminal de usuário é programado para transmissão de dados no downlink e/ou no uplink com as taxas selecionadas e o modo de multiplexação espacial selecionado (bloco 1218).

A figura 13 mostra um diagrama de fluxo de um processo 1300 para transmissão de dados no downlink no sistema MIMO 100. O processo 1300 pode ser realizado pelo ponto de acesso 110x. Uma primeira pluralidade de fluxos de dados é codificada e modulada de acordo com uma primeira pluralidade de taxas para obter uma primeira pluralidade de fluxos de símbolos de dados (bloco 1312). Para o modo direcionado de único usuário, a primeira pluralidade de fluxos de símbolos de dados é espacialmente processada com uma primeira pluralidade de vetores de direcionamento para obter uma primeira pluralidade de fluxos de símbolos de transmissão para transmissão a partir de múltiplas antenas para um primeiro terminal de usuário em um primeiro intervalo de transmissão (bloco 1314). A primeira pluralidade de vetores de direcionamento é derivada de tal maneira que a primeira pluralidade de fluxos de dados é

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59/61 transmitida em canais espaciais ortogonais para o primeiro terminal de usuário. Uma segunda pluralidade de fluxos de dados é codificada e modulada de acordo com uma segunda pluralidade de taxas para obter uma segunda pluralidade de fluxos de símbolos de dados (bloco 1316). Para o modo não direcionado de único usuário, a segunda pluralidade de fluxos de símbolos de dados é fornecida como uma segunda pluralidade de fluxos de símbolos de transmissão para transmissão a partir de múltiplas antenas para um segundo terminal de usuário em um segundo intervalo de transmissão (bloco 1318). Uma terceira pluralidade de fluxos de dados é codificada e modulada para obter uma terceira pluralidade de fluxos de símbolos de dados (bloco 1320). Para o modo direcionado de multi-usuário, a terceira pluralidade de fluxos de símbolos de dados é espacialmente processada com uma segunda pluralidade de vetores de direcionamento para obter uma terceira pluralidade de fluxos de símbolos de transmissão para transmissão a partir de múltiplas antenas para múltiplos terminais de usuário em um terceiro intervalo de transmissão (bloco 1322). A segunda pluralidade de vetores de direcionamento é derivada de tal maneira que a terceira pluralidade de fluxos de símbolos de dados é recebida com diafonia suprimida nos múltiplos terminais de usuário.

A figura 14 mostra um diagrama de fluxo de um processo 1400 para receber dados no uplink em sistema MIMO 100. O processo 1400 pode também ser realizado pelo ponto de acesso 110x. O processamento espacial de recepção é realizado em uma primeira pluralidade de fluxos de símbolos recebidos, de acordo com um primeiro modo de multiplexação espacial (por exemplo, o modo direcionado de único usuário) para obter uma primeira pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados (bloco 1412). A primeira pluralidade

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60/61 de fluxos de símbolos de dados recuperados é demodulada e decodificada de acordo com uma primeira pluralidade de taxas, para obter uma primeira pluralidade de fluxos de dados decodificados (bloco 1414) . O processamento espacial de recepção é realizado em uma segunda pluralidade de fluxos de símbolos recebidos de acordo com um segundo modo de multiplexação espacial (por exemplo, um modo não direcionado) para obter uma segunda pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados (bloco 1416). A segunda pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados é demodulada e decodificada de acordo com a segunda pluralidade de taxas para obter uma segunda pluralidade de fluxos de dados decodificados que são estimativas de fluxos de dados transmitidos por um ou múltiplos terminais de usuário (1418) .

Cada terminal de usuário realiza processos correspondentes para transmitir dados em um ou múltiplos canais espaciais de banda larga de uplink e para receber dados em um ou múltiplos canais espaciais de banda larga de downlink.

A transmissão de dados com múltiplos modos de multiplexação espacial conforme aqui descrita, pode ser implementada por vários meios. Por exemplo, o processamento pode ser implementado em hardware, software ou em uma combinação dos mesmos. Para uma implementação em hardware, as unidades de processamentos utilizadas para realizar o processamento de dados, o processamento espacial e a programação no ponto de acesso podem ser implementadas dentro de um ou mais circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), processadores de sinal digital (DSPs), dispositivos de processamento de sinal digital (DSPDs), dispositivos lógicos programáveis (PLDs), arranjos de porta programáveis em campo (FPGAs), processadores, controladores,

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61/61 microcontroladores, microprocessadores, outras unidades eletrônicas projetadas para realizar as funções aqui descritas, ou uma combinação destas. As unidades de processamento em um terminal de usuário podem também ser implementadas em um ou mais ASICs, DSPs e assim por diante.

Para uma implementação em software, o processamento no ponto de acesso e no terminal de usuário para a transmissão de dados com múltiplos modos de multiplexação espacial, pode ser implementado com módulos (por exemplo, procedimentos, funções e assim por diante) que realizam as funções aqui descritas. Os códigos de software podem ser armazenados em uma unidade da memória (por exemplo, unidade de memória 332 ou 382 na figura 3), sendo executados por um processador (por exemplo, controlador 330 ou 380). A unidade de memória pode ser implementada dentro do processador ou fora do processador.

Cabeçalhos são aqui incluídos para referência e para auxiliarem na localização de determinadas seções. Estes cabeçalhos não pretendem limitar o escopo dos conceitos aqui descritos e estes conceitos podem ser aplicados em outras seções, em toda a especificação.

A descrição anterior das modalidades descritas é fornecida para possibilitar a qualquer pessoa versada na técnica para fazer ou utilizar a presente invenção. Várias modificações nestas modalidades tornar-se-ão prontamente aparentes aos versados na técnica e os princípios gerais aqui definidos podem ser aplicados a outras modalidades, sem se afastar do espírito ou escopo da invenção. Assim sendo, a presente invenção não pretende estar limitada às modalidades aqui mostradas, mas deve ser acordado o mais amplo escopo consistente com os princípios e novas características aqui descritos.

Claims

1. Método para transmitir dados em um sistema de comunicação sem fio de acesso múltiplo por múltiplasentradas e múltiplas-saídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

selecionar (1212) pelo menos dois terminais de usuário para transmissão de dados; selecionar (1214 um modo de multiplexação espacial direcionado dentre uma pluralidade de modos de multiplexação espacial, um dentre os quais é o modo de multiplexação espacial direcionado, suportados pelo sistema, para uso para os pelo menos dois terminais de usuário; selecionar (1216) taxas para uma pluralidade de

fluxos de dados a serem transmitidos via uma pluralidade de

canais espaciais para os pelo menos dois terminais de usuário ; e programar (1218) os pelo menos dois terminais de usuário para transmissão de dados com as taxas selecionadas

e o modo de multiplexação espacial selecionado.

2 . Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um terminal de usuário é selecionado para transmissão de dados e o modo de multiplexação espacial selecionado é um modo de multiplexação espacial direcionado. 3 . Método, de acordo com a reivindicação 2,

caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: processar espacialmente a pluralidade de fluxos de dados com uma pluralidade de vetores de direcionamento para transmitir a pluralidade de fluxos de dados em canais espaciais ortogonais até um terminal de usuário.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um terminal de usuário é

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2/12 selecionado para transmissão de dados e o modo de multiplexação espacial selecionado é um modo de multiplexação espacial não-direcionado.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

prover a pluralidade de fluxos de dados para transmissão a partir de uma pluralidade de antenas até um terminal de usuário.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

processar espacialmente a pluralidade de fluxos de dados com uma pluralidade de vetores de direcionamento para direcionar a pluralidade de fluxos de dados para os pelo menos dois terminais de usuário.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

executar processamento espacial de receptor em uma pluralidade de fluxos de símbolos recebidos para obter estimativas da pluralidade de fluxos de dados transmitidos por uma pluralidade de terminais de usuário, em que cada fluxo de dados é processado com um respectivo vetor de direcionamento para direcionar o fluxo de dados.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de terminais de usuário é selecionada para transmissão de dados e o modo de multiplexação espacial selecionado é um modo de multiplexação espacial não-direcionado.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

executar um processamento espacial de receptor em uma pluralidade de fluxos de símbolos recebidos, para obter estimativas da pluralidade de fluxos de dados transmitidos pela pluralidade de terminais de usuário.

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10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

prover a pluralidade de fluxos de dados para transmissão a partir de uma pluralidade de antenas para a pluralidade de terminais de usuário, cada qual possuindo múltiplas antenas.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema MIMO é um sistema duplex por divisão de tempo (TDD).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o modo de multiplexação espacial selecionado é um modo de multiplexação espacial direcionado, caso pelo menos um terminal de usuário seja calibrado e uma resposta de canal de downlink seja recíproca de uma resposta de canal de uplink.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o modo de multiplexação espacial selecionado é um modo de multiplexação espacial não-direcionado, caso o pelo menos um terminal de usuário esteja descalibrado e uma resposta de canal de downlink não seja recíproca a uma resposta de canal de uplink.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seleção de uma pluralidade de taxas compreende:

estimar relações sinal/ruído-e-interferência (SNRs) da pluralidade de canais espaciais; e selecionar as taxas com base nas SNRs estimadas da pluralidade de canais espaciais.

15. Equipamento em um sistema de comunicação sem fio de acesso múltiplo por múltiplas-entradas e múltiplassaídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende:

meios (330) para selecionar pelo menos dois terminais de usuário para transmissão de dados;

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4/12 meios (330) para selecionar um modo de multiplexação espacial direcionado dentre uma pluralidade de modos de multiplexação espacial, um dentre os quais é o modo de multiplexação espacial direcionado, suportados pelo sistema, para uso para os pelo menos dois terminais de usuário;

meios (330) para selecionar taxas para uma pluralidade de fluxos de dados a serem transmitidos via uma pluralidade de canais espaciais de um canal MIMO para os pelo menos dois terminais de usuário; e meios (334) para programar os pelo menos dois terminais de usuário para transmissão de dados com a pluralidade de taxas selecionadas e o modo de multiplexação espacial selecionado.

16. Equipamento, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende

adicionalmente: meios (320) para processar espacialmente a pluralidade de fluxos de dados, de acordo com o modo de multiplexação espacial selecionado, para obter uma pluralidade de fluxos de símbolos de transmissão para

transmissão a partir de uma pluralidade de antenas para pelo menos um terminal de usuário.

17. Equipamento, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

meios (340) para processar espacialmente uma pluralidade de fluxos de símbolos recebidos de acordo com o modo de multiplexação espacial selecionado, para obter estimativas da pluralidade de fluxos de dados transmitidos para o pelo menos um terminal de usuário.

18. Método para receber dados em um sistema de comunicação sem fio por múltiplas-entradas e múltiplas

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5/12 saídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

executar processamento espacial de receptor (1412) em uma primeira pluralidade de fluxos de símbolos recebidos de acordo com um primeiro modo de multiplexação espacial, para obter uma primeira pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados, o primeiro modo de multiplexação espacial compreendendo um modo de multiplexação espacial direcionado selecionado dentre uma pluralidade de modos de multiplexação espacial;

demodular e decodificar (1412) a primeira pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados de acordo com uma primeira pluralidade de taxas para obter uma primeira pluralidade de fluxos de dados decodificados;

executar processamento espacial de receptor (1416) em uma segunda pluralidade de fluxos de símbolos recebidos de acordo com um segundo modo de multiplexação espacial para obter uma segunda pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados; e demodular e decodificar (1418) a segunda pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados de acordo com uma segunda pluralidade de taxas para obter uma segunda pluralidade de fluxos de dados decodificados.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a primeira pluralidade de fluxos de símbolos recebidos é processada espacialmente com uma pluralidade de autovetores para uma pluralidade de canais espaciais de um canal MIMO para um terminal de usuário.

20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o segundo modo de multiplexação espacial é um modo de multiplexação espacial não-direcionado.

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21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a segunda pluralidade de fluxos de dados decodificados são estimativas de uma pluralidade de fluxos de dados transmitidos por um único terminal de usuário.

22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a segunda pluralidade de fluxos de dados decodificados são estimativas de uma pluralidade de fluxos de dados transmitidos simultaneamente por uma pluralidade de terminais de usuário.

23. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a segunda pluralidade de fluxos de símbolos recebidos é processada espacialmente com base em uma técnica de inversão de matriz de correlação de canal (CCMI).

24. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a segunda pluralidade de fluxos de símbolos recebidos é processada espacialmente com base em uma técnica de mínimo erro quadrático médio (MMSE).

25. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a segunda pluralidade de fluxos de símbolos recebidos é processada espacialmente com base em uma técnica de cancelamento sucessivo de interferência (SIC).

26. Equipamento em um sistema de comunicação sem fio por múltiplas-entradas e múltiplas-saídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende:

um processador espacial de receptor operativo para:

executar processamento espacial de receptor (1412) em uma primeira pluralidade de fluxos de símbolos recebidos de acordo com um primeiro modo de multiplexação espacial para obter uma primeira pluralidade de fluxos de

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7/12 símbolos de dados recuperados, o primeiro modo de multiplexação espacial compreendendo um modo de multiplexação espacial direcionado selecionado dentre uma pluralidade de modos de multiplexação espacial;

executar um processamento espacial de receptor (1416) em uma segunda pluralidade de fluxos de símbolos recebidos de acordo com um segundo modo de multiplexação espacial para obter uma segunda pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados; e um processador de dados de recepção operativo para:

demodular pluralidade de fluxos de e decodificar (1414) a primeira símbolos de dados recuperados de acordo com uma primeira pluralidade de taxas para obter uma primeira pluralidade de fluxos de dados decodificados; e demodular e decodificar (1418) a segunda pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados de acordo com uma segunda pluralidade de taxas para obter uma segunda pluralidade de fluxos de dados decodificados.

27. Equipamento, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o segundo modo de multiplexação espacial é um modo de multiplexação espacial não direcionado.

28. Método para transmitir dados em um sistema de comunicação sem fio por múltiplas-entradas e múltiplassaídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

receber informações (330, 380x, 380y) indicando um modo de multiplexação espacial e uma pluralidade de taxas para uso para transmissão de dados, em que o modo de multiplexação espacial é selecionado dentre uma pluralidade de modos de multiplexação espacial, suportados pelo sistema, e em que cada uma dentre a pluralidade de taxas é

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8/12 selecionada dentre um conjunto de taxas suportadas pelo sistema, o modo de multiplexação espacial compreendendo um modo de multiplexação espacial direcionado;

codificar e modular uma pluralidade de fluxos de dados (310, 390x, 390y) de acordo com a pluralidade de taxas para obter uma pluralidade de fluxos de símbolos de dados; e processar espacialmente a pluralidade de fluxos de símbolos de dados (320, 392y) de acordo com o modo de multiplexação espacial para obter uma pluralidade de fluxos de símbolos de transmissão para transmissão a partir de uma pluralidade de antenas.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o modo de multiplexação espacial é um modo de multiplexação espacial direcionado e em que a pluralidade de fluxos de símbolos de dados é processada espacialmente com uma pluralidade de vetores de direcionamento, para transmitir a pluralidade de fluxos de símbolos de dados em uma pluralidade de canais espaciais ortogonais de um canal MIMO.

30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

transmitir um piloto direcionado em cada um dentre a pluralidade de canais espaciais ortogonais.

31. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o modo de multiplexação espacial é um modo de multiplexação espacial nãodirecionado e em que a pluralidade de fluxos de símbolos de dados é provida como a pluralidade de fluxos de símbolos de transmissão.

32. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

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9/12 executar calibragem de forma que uma resposta de canal de uplink seja recíproca a uma resposta de canal de downlink.

33. Equipamento em um sistema de comunicação sem fio por múltiplas-entradas e múltiplas-saídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende:

um controlador (330, 380x, 380y) operativo para receber informações indicando um modo de multiplexação espacial e uma pluralidade de taxas a serem usadas para transmissão de dados, em que o modo de multiplexação espacial é selecionado dentre uma pluralidade de modos de multiplexação espacial, suportados pelo sistema, e em que cada uma dentre a pluralidade de taxas é selecionada dentre um conjunto de taxas suportadas pelo sistema, o modo de multiplexação espacial compreendendo um modo de multiplexação espacial direcionado;

um processador de dados de transmissão (310, 390x, 390y) operativo para codificar e modular uma pluralidade de fluxos de dados, de acordo com a pluralidade de taxas para obter a pluralidade de fluxos de símbolos de dados; e um processador espacial de transmissão (320, 392y) operativo para processar espacialmente a pluralidade de fluxos de símbolos de dados de acordo com o modo de multiplexação espacial para obter uma pluralidade de fluxos de símbolos de transmissão para transmissão a partir de uma pluralidade de antenas.

34. Método para receber dados em um sistema de comunicação sem fio por múltiplas-entradas e múltiplassaídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

receber informações (360x, 360y) indicando um modo de multiplexação espacial direcionado e pelo menos uma

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10/12 taxa para uso para transmissão de dados, em que o modo de multiplexação espacial direcionado é selecionado dentre uma pluralidade de modos de multiplexação espacial, um dentre os quais é o modo de multiplexação espacial direcionado para pelo menos dois terminais, suportados pelo sistema, e em que cada uma dentre as pelo menos uma taxa é selecionada dentre um conjunto de taxas suportadas pelo sistema;

processar espacialmente (360x, 360y) pelo menos um fluxo de símbolos recebido de acordo com o modo de multiplexação espacial direcionado para obter pelo menos um fluxo de símbolos de dados recuperado; e demodular e decodificar (360x, 360y) o pelo menos um fluxo de símbolos de dados recuperado de acordo com a pelo menos uma taxa para obter o pelo menos um fluxo de dados decodificado.

35. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que um dentre a pluralidade de modos de multiplexação espacial é um modo de multiplexação espacial não-direcionado.

36. Método, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de fluxos de símbolos recebidos é processada espacialmente com base em uma técnica de inversão de matriz de correlação de canal (CCMI), uma técnica de mínimo erro quadrático médio (MMSE) ou uma técnica de cancelamento sucessivo de interferência (SIC), para obter uma pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados.

37. Método, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que um fluxo de símbolos recebido é processado com estimativas de ganho de canal para obter um fluxo de símbolos de dados recuperado.

38. Equipamento para receber dados em um sistema de comunicação sem fio por múltiplas-entradas e múltiplasPetição 870170006344, de 30/01/2017, pág. 81/85

11/12 saídas (MIMO), caracterizado pelo fato de que compreende: meios (330, 380x, 380y) para receber informações indicando um modo de multiplexação espacial direcionado e pelo menos uma taxa para uso para transmissão de dados, em que o modo de multiplexação espacial direcionado é selecionado dentre uma pluralidade de modos de multiplexação espacial, um dentre os quais é o modo de multiplexação espacial direcionado para pelo menos dois terminais, suportados pelo sistema, e em que cada uma dentre a pelo menos uma taxa é selecionada dentre um conjunto de taxas suportadas pelo sistema;

meios (340, 360x, 360y) para processar espacialmente pelo menos um fluxo de símbolos recebido de acordo com o modo de multiplexação espacial direcionado para obter pelo menos um fluxo de símbolos de dados recuperado; e meios para demodular (342, 370x, 370y) e decodificar o pelo menos um fluxo de símbolos de dados recuperado de acordo com a pelo menos uma taxa para obter pelo menos um fluxo de dados decodificado.

39. Equipamento, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que um dentre a pluralidade de modos de multiplexação espacial é um modo de multiplexação espacial não-direcionado.

40. Equipamento, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que os meios para processar espacialmente compreendem meios para processar espacialmente com base em uma técnica de inversão de matriz de correlação de canal (CCMI), uma técnica de mínimo erro médio quadrático (MMSE), ou uma técnica de cancelamento sucessivo de interferência (SIC) para obter uma pluralidade de fluxos de símbolos de dados recuperados.

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41. Equipamento, de acordo com a reivindicação

38, caracterizado pelo fato de que os meios para demodular e decodificar compreendem meios para processar pelo menos um fluxo de símbolos recebido com estimativas de ganho de 5 canal para obter um fluxo de símbolos de dados recuperado.