ES2580081T3

ES2580081T3 - Aparato para medir y notificar información de estado de canal

Info

Publication number: ES2580081T3
Application number: ES06014173.6T
Authority: ES
Inventors: Jay R. Walton; Mark S. Wallace; Ahmad Jalali
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2016-08-19
Anticipated expiration: 2021-03-20
Also published as: BR0109693B1; UA72583C2; ES2665294T3; EP2779478A1; RU2005118847A; JP2003530010A; PT1758267E; JP5122714B2; NO20111708L; AU4592101A; JP2005341603A; CA2402152A1; CA2690245A1; BR0109693A; NO334254B1; NO335325B1; TW508922B; EP2237440A2; IL195020A; PT1628419E

Abstract

Un aparato para medir y notificar características de transmisión de un canal de propagación en un sistema de comunicación de entrada múltiple/salida múltiple (100), que comprende: medios para recibir, por una pluralidad de antenas de recepción (122A-122R), símbolos piloto en al menos algunos de los subcanales de una pluralidad de subconjuntos de subcanales de una pluralidad respectiva de antenas transmisoras (116A-116T) de una unidad de transmisión, en el que los subconjuntos de subcanal son disjuntos; medios para distinguir diferentes respuestas de canal de diferentes patrones de antena de transmisiónrecepción mediante la determinación de un conjunto de características de transmisión para al menos uno de la pluralidad de subcanales, en el que determinar el conjunto de características de transmisión utiliza los símbolos piloto recibidos en las antenas de recepción (122A-122R); y medios para notificar una señal de información a la unidad transmisora, en el que la señal de información lleva el conjunto de características de transmisión para al menos uno de la pluralidad de subcanales.

Description

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DESCRIPCION

Aparato para medir y notificar informacion de estado de canal ANTECEDENTES DE LA INVENClON

I. Campo de la invencion

La presente invencion se refiere al campo de las comunicaciones. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a la medicion y notificacion de informacion de estado de canal en un sistema de comunicaciones de alta eficacia y alto rendimiento.

II. Descripcion de la tecnica relacionada

De un moderno sistema de comunicaciones inalambricas se requiere que funcione por canales que experimentan desvanecimiento y multitrayectoria. Un sistema de comunicaciones de este tipo es un sistema de acceso multiple por division del codigo (CDMA) que es conforme al "Estandar TIA/EIA/IS-95 de compatibilidad entre estacion movil y estacion base para un sistema celular de espectro ensanchado, banda ancha y modalidad dual", denominado en lo sucesivo en el presente documento el estandar IS-95. El sistema de CDMA soporta comunicacion de voz y de datos entre usuarios, por un enlace terrestre. El uso de tecnicas de CDMA en un sistema de comunicacion de acceso multiple se divulga en la Patente de Estados Unidos N° 4.901.307, titulada "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS", y la Patente de Estados Unidos N° 5.103.459, titulada "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", ambas cedidas al cesionario de la presente invencion.

Un sistema IS-95 puede funcionar eficazmente estimando parametros de canal en una unidad receptora, que usa estos parametros estimados de canal para demodular una senal recibida. El sistema IS-95 da eficacia a la estimacion de canal requiriendo la transmision de una senal piloto desde cada estacion base. Esta senal piloto es una secuencia repetida de tipo PN (pseudo ruido) conocida por la unidad receptora. La correlacion de la senal piloto recibida con una replica local de la senal piloto permite a la unidad receptora estimar la compleja respuesta al impulso del canal y ajustar en consecuencia los parametros del demodulador. Para la forma de onda de IS-95 y los parametros de sistema no es necesario ni conveniente notificar de vuelta informacion sobre las condiciones de canal medidas por la unidad receptora a la unidad transmisora.

El documento US 5.914.933 describe un sistema de multiportadoras en el que los bloques de datos se distribuyen sobre una pluralidad de clusteres a fin de reducir la razon entre potencia maxima y media durante la transmision.

Dada la demanda, siempre creciente, de comunicacion inalambrica, es deseable un sistema de comunicaciones inalambricas de mayor eficacia y mayores rendimientos. Un tipo de sistema de comunicaciones inalambricas de mayores rendimientos es un sistema de Entrada Multiple/Salida Multiple (MIMO) que emplea multiples antenas transmisoras para transmitir por un canal de propagacion a multiples antenas receptoras. Igual que en los sistemas de rendimientos inferiores, el canal de propagacion en un sistema de MIMO esta sujeto a los efectos nocivos de la multitrayectoria, asf como a la interferencia desde las antenas adyacentes. La multitrayectoria tiene lugar cuando llega una senal transmitida a una unidad receptora a traves de multiples trayectorias de propagacion, con retardos distintos. Cuando las senales llegan desde multiples trayectorias de propagacion, los componentes de las senales pueden combinarse destructivamente, lo que se denomina "desvanecimiento". A fin de mejorar la eficiencia y reducir la complejidad del sistema de MIMO, la informacion en cuanto a las caracterfsticas del canal de propagacion puede retransmitirse de regreso a la unidad transmisora, a fin de acondicionar previamente la senal antes de la transmision.

El preacondicionamiento de la senal puede ser diffcil cuando las caracterfsticas del canal de propagacion cambian rapidamente. La respuesta de canal puede cambiar a lo largo del tiempo, debido al movimiento de la unidad receptora, o a los cambios en el entorno que rodea a la unidad receptora. Dado un entorno movil, un rendimiento optimo requiere que la informacion con respecto a las caracterfsticas de canal, tales como las estadfsticas de desvanecimiento e interferencia, se determine y transmita rapidamente a la unidad transmisora antes de que las caracterfsticas del canal cambien significativamente. Segun aumenta el retardo del proceso de medicion y de notificacion, se reduce la utilidad de la informacion de respuesta de canal. Existe una necesidad actual de tecnicas eficaces que proporcionen una rapida determinacion de las caracterfsticas de canal.

RESUMEN DE LA INVENCION

La presente invencion se refiere a un aparato para medir y notificar caracterfsticas de transmision de un canal de propagacion en un sistema de comunicacion de entrada multiple/salida multiple como se expone en la reivindicacion 1. Desarrollos adicionales de la invencion son el objeto de las reivindicaciones dependientes.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

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Las caracterfsticas, la naturaleza y las ventajas de la presente invencion resultaran mas evidentes a partir de la descripcion detallada expuesta a continuacion cuando se toma junto con los dibujos, en los que los mismos caracteres de referencia identifican los mismos componentes, y en los que:

La figura 1 es un diagrama de un sistema de comunicaciones de multiple entrada y multiple salida (MIMO);

la figura 2 es un diagrama que ilustra graficamente un ejemplo especffico de una transmision desde una antena transmisora en una unidad transmisora;

la figura 3 es un diagrama de bloques de un procesador de datos y un modulador del sistema de comunicaciones mostrado en la figura 1

las figuras 4A y 4B son diagramas en bloques de dos versiones de un procesador de datos de canal que puede usarse para procesar un flujo de datos de canal, tal como datos de control, notificacion, voz o trafico;

las figuras 5A a 5C son diagramas en bloques de las unidades de procesamiento que pueden usarse para generar la senal de transmision mostrada en la figura 2;

la figura 6 es un diagrama de bloques de una unidad receptora, que tiene multiples antenas receptoras, que puede usarse para recibir uno o mas flujos de datos de canal; y

la figura 7 muestra graficos que ilustran la eficacia espectral alcanzable con algunos de los modos operativos de un sistema de comunicaciones, segun una realizacion.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES ESPECIFICAS

La figura 1 es un diagrama de un sistema de comunicaciones de Multiples Entradas/Multiples Salidas (MIMO) 100, capaz de implementar algunas realizaciones de la invencion. El sistema de comunicaciones 100 puede estar operativo para proporcionar una combinacion de diversidad de antenas, de frecuencias y temporal, para aumentar la eficacia espectral, mejorar el rendimiento y potenciar la flexibilidad. La eficacia espectral aumentada se caracteriza por la capacidad de transmitir mas bits por segundo por Hercio (bps/Hz), cuando y donde sea posible, para utilizar mejor el ancho de banda del sistema disponible. Las tecnicas para obtener una mayor eficacia espectral se describen en mayor detalle mas adelante. El rendimiento mejorado puede cuantificarse, por ejemplo, por una menor tasa de errores de bit (BER) o una menor tasa de errores de trama (FER) para la relacion entre portadora y ruido mas interferencia (C/I) de un enlace dado. Y la flexibilidad mejorada se caracteriza por la capacidad de alojar a multiples usuarios con requisitos distintos y tfpicamente dispares. Estos objetivos pueden lograrse, en parte, empleando la modulacion de multiportadoras, la multiplexacion por division del tiempo (TDM), multiples antenas de transmision y/o recepcion, y otras tecnicas. Las caracterfsticas, aspectos y ventajas de la invencion se describen en mas detalle a continuacion.

Como se muestra en la figura 1, un sistema de comunicaciones 100 incluye un primer sistema 110 en comunicacion con un segundo sistema 120. El sistema 110 incluye un procesador de datos (de transmision) 112 que (1) recibe o genera datos, (2) procesa los datos para proporcionar una diversidad de antenas, de frecuencias, o una combinacion de las mismas, y (3) proporciona sfmbolos de modulacion procesados a un cierto numero de moduladores (MOD) 114a a 114t. Cada modulador 114 procesa adicionalmente los sfmbolos de modulacion y genera una senal modulada de RF, adecuada para la transmision. Las senales moduladas de RF provenientes de los moduladores 114a a 114t se transmiten despues desde las respectivas antenas 116a a 116t por los enlaces de comunicaciones 118 al sistema 120.

En la figura 1, el sistema 120 incluye un cierto numero de antenas receptoras 122a a 122r, que reciben las senales transmitidas y proporcionan las senales recibidas a los respectivos moduladores (DEMOD) 124a a 124r. Como se muestra en la figura 1, cada antena receptora 122 puede recibir senales desde una o mas antenas transmisoras 116, dependiendo de un cierto numero de factores, tal como, por ejemplo, el modo operativo usado en el sistema 110, la orientabilidad de las antenas de transmision y de recepcion, las caracterfsticas de los enlaces de comunicacion, y otros. Cada demodulador 124 demodula la respectiva senal recibida, usando un esquema de demodulacion que es complementario al esquema de modulacion usado en el transmisor. Los sfmbolos demodulados de los demoduladores 124a a 124r se proporcionan despues a un procesador de datos (de recepcion) 126 que procesa adicionalmente los sfmbolos para proporcionar los datos de salida. El procesamiento de datos en las unidades transmisoras y receptoras se describe en mas detalle mas adelante.

La figura 1 muestra solamente la transmision del enlace directo desde el sistema 110 al sistema 120. Esta configuracion puede usarse para la difusion de datos y otras aplicaciones de transmision unidireccional de datos. En un sistema de comunicaciones bidireccionales, tambien se proporciona un enlace inverso desde el sistema 120 al sistema 110, aunque no se muestra en la figura 1, para simplificar. Para el sistema bidireccional de comunicaciones, cada uno de los sistemas 110 y 120 puede funcionar como una unidad transmisora o una unidad receptora, o ambas, de forma concurrente, dependiendo de si los datos se transmiten desde, o se reciben en, la unidad.

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Para simplificar, se muestra el sistema de comunicaciones 100 incluyendo una unidad transmisora (es decir, el sistema 110) y una unidad receptora (es decir, el sistema 120). Sin embargo, en general, multiples antenas transmisoras y multiples antenas receptoras estan presentes en cada unidad transmisora y en cada unidad receptora. El sistema de comunicaciones de la invencion puede incluir cualquier numero de unidades transmisoras y de unidades receptoras.

Cada unidad transmisora puede incluir una unica antena transmisora o un cierto numero de antenas transmisoras, tal como lo mostrado en la figura 1. De manera similar, cada unidad receptora puede incluir una unica antena receptora o un cierto numero de antenas receptoras, de nuevo tal como lo mostrado en la figura 1. Por ejemplo, el sistema de comunicaciones puede incluir un sistema central (es decir, similar a una estacion base en el sistema de CDMA del estandar IS-95) que tiene un cierto numero de antenas que transmiten datos a, y reciben datos de, un cierto numero de sistemas remotos (es decir, unidades de abonado, similares a las estaciones remotas en el sistema de CDMA), algunos de los cuales pueden incluir una antena, y otros de ellos pueden incluir multiples antenas.

Como se usa en el presente documento, una antena se refiere a una coleccion de uno o mas elementos de antena que estan distribuidos en el espacio. Los elementos de antena pueden estar ffsicamente situados en un unico sitio, o distribuidos en multiples sitios. Los elementos de antena ffsicamente cosituados en un unico sitio pueden operarse como una red de antenas (por ejemplo, tal como para una estacion base de CDMA). Una red de antenas consiste en una coleccion de formaciones o elementos de antena que estan ffsicamente separados (por ejemplo, varias estaciones base de CDMA). Una formacion de antenas o una red de antenas puede disenarse con la capacidad de formar haces y de transmitir multiples haces desde la formacion o red de antenas. Por ejemplo, una estacion base de CDMA puede disenarse con la capacidad de transmitir hasta tres haces a tres secciones distintas de un area (o sectores) de cobertura desde la misma formacion de antenas. Por lo tanto, los tres haces pueden verse como tres transmisiones desde tres antenas.

El sistema de comunicaciones de la invencion puede disenarse para proporcionar un esquema de comunicaciones de multiples usuarios y multiple acceso, capaz de soportar a unidades de abonado con distintos requisitos, asf como capacidades. El esquema permite que el ancho de banda operativo total del sistema, W (por ejemplo, de 1,2288 MHz), se comparta eficazmente entre distintos tipos de servicios que pueden tener requisitos sumamente dispares de velocidad de datos, de retardo y de calidad de servicio (QoS).

Los ejemplos de dichos tipos dispares de servicios incluyen servicios de voz y servicios de datos. Los servicios de voz se caracterizan habitualmente por una baja velocidad de datos (por ejemplo, entre 8 kbps y 32 kbps), un breve retardo de procesamiento (por ejemplo, un retardo unidireccional global entre 3 ms y 100 ms), y un uso sostenido de un canal de comunicaciones durante un periodo extenso de tiempo. Los breves requisitos de retardo impuestos por los servicios de voz requieren habitualmente una pequena fraccion de los recursos del sistema a dedicar a cada llamada de voz durante la llamada. En cambio, los servicios de datos se caracterizan por traficos de a "rafagas" en los que se envfan cantidades variables de datos en momentos esporadicos. La cantidad de datos puede variar significativamente entre rafaga y rafaga, y entre usuario y usuario. Para una alta eficacia, el sistema de comunicaciones de la invencion puede disenarse con la capacidad de asignar una parte de los recursos disponibles a servicios de voz, segun se requiera, y los recursos restantes a los servicios de datos. Una fraccion de los recursos disponibles del sistema tambien pueden dedicarse a ciertos servicios de datos o a ciertos tipos de servicios de datos.

La distribucion de las velocidades de datos alcanzables por cada unidad de abonado puede variar ampliamente entre algunos valores instantaneos mfnimos y maximos (por ejemplo, entre 200 kbps y mas de 20 Mbps). La velocidad de datos alcanzable para una unidad especffica de abonado en cualquier momento dado puede estar influida por un cierto numero de factores, tales como la cantidad de potencia transmisora disponible, la calidad del enlace de comunicaciones (es decir, la relacion C/I), el esquema de codificacion, y otros. El requisito de la velocidad de datos de cada unidad de abonado tambien puede variar ampliamente entre un valor mfnimo (por ejemplo, 8 kbps, para una llamada de voz) hasta el extremo de la maxima velocidad instantanea que dispone de soporte (por ejemplo, 20 Mbps para servicios de datos con numerosas rafagas).

El porcentaje del trafico de voz y de datos es habitualmente una variable aleatoria que cambia a lo largo del tiempo. Segun ciertos aspectos de la invencion, para soportar eficazmente a ambos tipos de servicios de forma concurrente, el sistema de comunicaciones de la invencion se disena con la capacidad de asignar dinamicamente los recursos disponibles en base a la cantidad del trafico de voz y de datos. Se describe mas adelante un esquema para asignar recursos dinamicamente. Otro esquema para asignar recursos se describe en la Solicitud de Patente de Estados Unidos N° de Serie 08/963.386.

El sistema de comunicaciones de la invencion proporciona las caracterfsticas y ventajas que se han descrito anteriormente, y es capaz de soportar a distintos tipos de servicios con requisitos dispares. Las caracterfsticas se alcanzan empleando la diversidad de antenas, de frecuencias, o temporal, o una combinacion de las mismas. La diversidad de antenas, de frecuencias, o temporal, puede lograrse independientemente y seleccionarse dinamicamente.

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Como se usa en el presente documento, la diversidad de antenas se refiere a la transmision y/o recepcion de datos por mas de una antena, la diversidad de frecuencias se refiere a la transmision de datos por mas de una subbanda, y la diversidad temporal se refiere a la transmision de datos durante mas de un periodo temporal. La diversidad de antenas, de frecuencia y temporal pueden incluir subcategorfas. Por ejemplo, la diversidad de transmision se refiere al uso de mas de una antena transmisora a fin de mejorar la fiabilidad del enlace de comunicaciones, la diversidad de recepcion se refiere al uso de mas de una antena receptora a fin de mejorar la fiabilidad del enlace de comunicaciones, y la diversidad espacial se refiere al uso de multiples antenas transmisoras y receptoras para mejorar la fiabilidad y/o para aumentar la capacidad del enlace de comunicaciones. La diversidad de transmision y de recepcion tambien puede usarse en combinacion para mejorar la fiabilidad del enlace de comunicaciones, sin aumentar la capacidad del enlace. Pueden lograrse asf diversas combinaciones de diversidad de antenas, de frecuencias y temporal, y estan dentro del alcance de la presente invencion.

La diversidad de frecuencias puede proporcionarse mediante el uso de un esquema de modulacion de multiportadora, tal como multiplexacion por division de frecuencia ortogonal (OFDM), que permite la transmision de datos por diversas subbandas del ancho de banda operativo. La diversidad temporal se consigue transmitiendo los datos en distintos momentos, lo que puede lograrse mas facilmente con el uso de la multiplexacion por division del tiempo (TDM). Estos diversos aspectos del sistema de comunicacion de la invencion se describen en mayor detalle mas adelante.

Segun un aspecto de la invencion, la diversidad de antenas se consigue empleando un numero de (Nt) antenas transmisoras en la unidad transmisora o un numero de (Nr) antenas receptoras en la unidad receptora, o bien multiples antenas en las unidades tanto transmisoras como receptoras. En un sistema de comunicaciones terrestre (por ejemplo, un sistema celular, un sistema de difusion, un sistema MMDS y otros), una senal modulada de RF desde una unidad transmisora puede llegar a la unidad receptora a traves de un cierto numero de trayectorias de transmision. Las caracterfsticas de las trayectorias de transmision varfan tfpicamente a lo largo del tiempo, en base a varios factores. Si se usa mas de una antena transmisora o receptora, y si las trayectorias de transmision entre las antenas transmisoras y receptoras son independientes (es decir, no correlacionadas), lo que es generalmente cierto al menos en cierta medida, entonces la probabilidad de recibir correctamente la senal transmitida aumenta segun aumenta el numero de antenas. En general, segun aumenta el numero de antenas transmisoras y receptoras, aumenta la diversidad y mejoran los rendimientos.

La diversidad de antenas se proporciona dinamicamente en base a las caracterfsticas del enlace de comunicaciones para proporcionar los rendimientos requeridos. Por ejemplo, un mayor grado de diversidad de antenas puede proporcionarse para algunos tipos de comunicacion (por ejemplo, la senalizacion), para algunos tipos de servicios (por ejemplo, la voz), para algunas caracterfsticas del enlace de comunicaciones (por ejemplo, una baja relacion C/I) o para algunas otras condiciones o consideraciones.

Como se usa en el presente documento, la diversidad de antenas incluye la diversidad transmisora y la diversidad receptora. Para la diversidad transmisora, los datos se transmiten por multiples antenas transmisoras. Tfpicamente, el procesamiento adicional se realiza sobre los datos transmitidos desde las antenas transmisoras para lograr la diversidad deseada. Por ejemplo, los datos transmitidos desde distintas antenas transmisoras pueden retardarse o reordenarse en el tiempo, o codificarse e intercalarse entre las antenas transmisoras disponibles. Ademas, la diversidad de frecuencias y la temporal pueden usarse conjuntamente con las distintas antenas transmisoras. Para la diversidad receptora, las senales moduladas se reciben por multiples antenas receptoras, y la diversidad se logra recibiendo sencillamente las senales a traves de distintas trayectorias de transmision.

Segun otro aspecto de la invencion, la diversidad de frecuencias puede lograrse empleando un esquema de modulacion de multiportadora. Un esquema de este tipo, que tiene numerosas ventajas, es el OFDM. Con la modulacion por OFDM, el canal de transmision global se divide esencialmente en un cierto numero de (L) subcanales paralelos que se usan para transmitir los mismos o diferentes datos. El canal de transmision global ocupa el ancho de banda operativo total de W, y cada uno de los subcanales ocupa una subbanda con un ancho de banda de W/L, y se centra en una frecuencia central distinta. Cada subcanal tiene un ancho de banda que es una parte del ancho de banda operativo total. Cada uno de los subcanales tambien puede considerarse un canal independiente de transmision de datos, que puede asociarse a un esquema especffico (y posiblemente unico) de procesamiento, codificacion y modulacion, como se describe mas adelante.

Los datos pueden dividirse y transmitirse por cualquier conjunto definido de dos o mas subbandas, para proporcionar diversidad de frecuencias. Por ejemplo, la transmision a una unidad especffica de abonado puede producirse por el subcanal 1 en el intervalo temporal 1, el subcanal 5 en el intervalo temporal 2, el subcanal 2 en el intervalo temporal 3, y asf sucesivamente. Como otro ejemplo, los datos para una unidad especffica de abonado pueden transmitirse por los subcanales 1 y 2 en el intervalo temporal 1 (por ejemplo, transmitiendose los mismos datos por ambos subcanales), los subcanales 4 y 6 en el intervalo temporal 2, solo el subcanal 2 en el intervalo temporal 3, y asf sucesivamente. La transmision de datos por distintos subcanales a lo largo del tiempo puede mejorar el rendimiento de un sistema de comunicaciones que experimente desvanecimiento selectivo de frecuencia y distorsion de canal. Otras ventajas de la modulacion por OFDM se describen mas adelante.

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Segun otro aspecto mas de la invencion, la diversidad temporal se logra transmitiendo datos en distintos momentos, lo que puede lograrse mas facilmente usando multiplexacion por division del tiempo (TDM). Para los servicios de datos (y posiblemente para los servicios de voz), la transmision de datos se produce durante intervalos temporales que pueden seleccionarse para brindar inmunidad a la degradacion dependiente del tiempo en el enlace de comunicaciones. La diversidad temporal tambien puede lograrse a traves del uso de la intercalacion.

Por ejemplo, la transmision a una unidad especffica de abonado puede ocurrir durante los intervalos temporales 1 a x, o durante un subconjunto de los posibles intervalos temporales de 1 a x (por ejemplo, los intervalos temporales 1, 5, 8, etc.). La cantidad de datos transmitidos en cada intervalo temporal puede ser variable o fija. La transmision durante multiples intervalos temporales mejora la probabilidad de la correcta recepcion de los datos debido, por ejemplo, al ruido de impulso y a la interferencia.

La combinacion de la diversidad de antenas, de frecuencias y temporal permite al sistema de comunicaciones de la invencion proporcionar un gran rendimiento. La diversidad de antenas, de frecuencias y/o temporal mejora la probabilidad de la recepcion correcta de al menos algunos de los datos transmitidos, que pueden usarse entonces (por ejemplo, mediante la descodificacion) para corregir algunos errores que puedan haber ocurrido en las otras transmisiones. La combinacion de la diversidad de antenas, de frecuencias y temporal tambien permite al sistema de comunicaciones asimilar de manera concurrente distintos tipos de servicios que tienen requisitos dispares de velocidad de datos, retardo de procesamiento y calidad de servicio.

El sistema de comunicaciones de la invencion puede disenarse y operarse en un cierto numero de distintos modos de comunicaciones, empleando cada modo de comunicaciones la diversidad de antenas, de frecuencias o temporal, o una combinacion de las mismas. Los modos de comunicaciones incluyen, por ejemplo, un modo de comunicaciones de diversidad y un modo de comunicaciones de MIMO. Las diversas combinaciones de los modos de comunicaciones de diversidad y de MIMO tambien pueden soportarse por parte del sistema de comunicaciones. Ademas, pueden implementarse otros modos de comunicaciones y estan dentro del alcance de la presente invencion.

El modo de comunicaciones de diversidad emplea la diversidad transmisora y/o receptora, la de frecuencias, o la temporal, o una combinacion de las mismas, y se usa en general para mejorar la fiabilidad del enlace de comunicaciones. En una implementacion del modo de comunicaciones de diversidad, la unidad transmisora selecciona un esquema de modulacion y codificacion (por ejemplo, la configuracion) entre un conjunto finito de posibles configuraciones, que son conocidas por las unidades receptoras. Por ejemplo, cada canal de sobrecarga, y cada canal comun, puede asociarse a una configuracion especffica que sea conocida para todas las unidades receptores. Al usar el modo de comunicaciones de diversidad para un usuario especffico (por ejemplo, para una llamada de voz o una transmision de datos), el modo y/o la configuracion pueden conocerse a priori (por ejemplo, de una configuracion anterior) o ser negociarse (por ejemplo, mediante un canal comun) por la unidad receptora.

En el modo de comunicaciones de diversidad, los datos se transmiten por uno o mas subcanales, desde una o mas antenas y en uno o mas periodos temporales. Los subcanales asignados pueden asociarse a la misma antena, o pueden ser subcanales asociados a distintas antenas. En una aplicacion comun del modo de comunicaciones de diversidad, que tambien se denomina un modo "puro" de comunicaciones de diversidad, los datos se transmiten desde todas las antenas transmisoras disponibles a la unidad receptora de destino. El modo puro de comunicaciones de diversidad puede usarse en los casos en que los requisitos de velocidad de datos son bajos, o cuando la relacion C/I es baja, o cuando los dos hechos son ciertos.

El modo de comunicaciones de MIMO emplea la diversidad de antenas en ambos extremos del enlace de comunicacion y se usa generalmente tanto para mejorar la fiabilidad como para aumentar la capacidad del enlace de comunicaciones. El modo de comunicaciones de MIMO puede emplear adicionalmente diversidad de frecuencias y/o temporal en combinacion con la diversidad de antenas. El modo de comunicaciones de MIMO, que tambien puede denominarse en el presente documento el modo espacial de comunicaciones, emplea uno o mas modos de procesamiento, que se describiran mas adelante.

El modo de comunicaciones de diversidad, en general, tiene una menor eficacia espectral que el modo de comunicaciones de MIMO, especialmente a altos niveles de la relacion C/I. Sin embargo, en valores entre bajos y moderados de la relacion C/I, el modo de comunicaciones de diversidad logra una eficacia comparable y puede ser mas sencillo de implementar. En general, el uso del modo de comunicaciones de MIMO proporciona una mayor eficacia espectral cuando se usa, especialmente en valores entre moderados y altos de la relacion C/I. El modo de comunicaciones de MIMO puede, por lo tanto, usarse ventajosamente cuando los requisitos de velocidad de datos estan entre moderados y altos.

El sistema de comunicaciones puede disenarse para soportar de forma concurrente a los modos de comunicaciones, tanto de diversidad como de MIMO. Los modos de comunicaciones pueden aplicarse de diversas maneras y, para una mayor flexibilidad, pueden aplicarse independientemente con respecto a los subcanales. El modo de comunicaciones de MIMO se aplica habitualmente a usuarios especfficos. Sin embargo, cada modo de

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comunicaciones puede aplicarse independientemente en cada subcanal, entre un subconjunto de subcanales, entre todos los subcanales, o con algun otro criterio. Por ejemplo, el uso del modo de comunicaciones de MIMO puede aplicarse a un usuario especffico (por ejemplo, un usuario de datos) y, concurrentemente, el uso del modo de comunicaciones de diversidad puede aplicarse a otro usuario especffico (por ejemplo, un usuario de voz) por un subcanal distinto. El modo de comunicaciones de diversidad puede tambien aplicarse, por ejemplo, en subcanales que experimentan una mayor perdida de trayecto.

El sistema de comunicaciones de la invencion tambien puede disenarse para soportar varios modos de procesamiento. Cuando la unidad transmisora esta provista de informacion que indica las condiciones (es decir, el "estado") de los enlaces de comunicaciones, puede realizarse un procesamiento adicional en la unidad transmisora para mejorar adicionalmente los rendimientos y para aumentar la eficacia. La informacion de estado de canal (CSI) completa, o la CSI parcial, puede estar disponible para la unidad transmisora. La CSI completa incluye una caracterizacion suficiente del trayecto de propagacion (es decir, la amplitud y la fase) entre todos los pares de antenas transmisoras y receptoras para cada subbanda. La CSI completa tambien incluye la relacion C/I para cada subbanda. La CSI completa puede realizarse en un conjunto de matrices de valores complejos de ganancia que describen las condiciones de los trayectos de transmision desde las antenas transmisoras hasta las antenas receptoras, como se describe mas adelante. La CSI parcial puede incluir, por ejemplo, la relacion C/I de la subbanda. Con CSI completa o CSI parcial, la unidad transmisora preacondiciona los datos antes de la transmision a la unidad receptora.

La unidad transmisora puede preacondicionar las senales presentadas a las antenas transmisoras de una manera que sea unica para una unidad receptora especffica (por ejemplo, el preacondicionamiento se realiza para cada subbanda asignada a esa unidad receptora). Mientras el canal no cambie de manera apreciable desde el momento en que es medido por la unidad receptora, y enviado posteriormente de vuelta al transmisor y usado para preacondicionar la transmision, la unidad receptora de destino puede demodular la transmision. En esta implementacion, una comunicacion de MIMO basada en la CSI completa solo puede ser demodulada por la unidad receptora asociada a la CSI usada para preacondicionar las senales transmitidas.

En los modos de procesamiento de CSI parcial, o sin CSI, la unidad transmisora puede emplear un esquema comun de modulacion y codificacion (por ejemplo, en cada transmision de canal de datos), que puede despues puede demodularse (en teorfa) por todas las unidades receptoras. En el modo de procesamiento de CSI parcial, una unica unidad receptora puede especificar la relacion C/I, y la modulacion empleada en todas las antenas puede seleccionarse en consecuencia (por ejemplo, para la transmision fiable) para esa unidad receptora. Otras unidades receptoras pueden intentar demodular la transmision y, si tienen la relacion C/I adecuada, pueden ser capaces de recuperar con exito la transmision. Un canal comun (por ejemplo, de difusion) puede usar un modo de procesamiento sin CSI para llegar a todos los usuarios.

Como ejemplo, se supone que el modo de comunicaciones de MIMO se aplica a un flujo de datos de canal que se transmite por un subcanal especffico desde cuatro antenas transmisoras. El flujo de datos de canal se desmultiplexa en cuatro subflujos de datos, un subflujo de datos por cada antena transmisora. Cada subflujo de datos se modula despues usando un esquema especffico de modulacion (por ejemplo, M-PSK, M-QAM u otro), seleccionado en base a la CSI para esa subbanda y para esa antena transmisora. Se generan asf cuatro subflujos de modulacion para los cuatro subflujos de datos, incluyendo cada subflujo de modulacion un flujo de sfmbolos de modulacion. Los cuatro subflujos de modulacion se preacondicionan despues usando la matriz de autovectores, segun se expresa a continuacion en la ecuacion (1), para generar sfmbolos de modulacion preacondicionados. Los cuatro flujos de sfmbolos de modulacion preacondicionados se proporcionan, respectivamente, a los cuatro combinadores de las cuatro antenas transmisoras. Cada combinador combina los sfmbolos de modulacion preacondicionados recibidos con los sfmbolos de modulacion para los otros subcanales, a fin de generar un flujo de vectores de sfmbolos de modulacion para la antena transmisora asociada.

El procesamiento basado en la CSI completa se emplea habitualmente en la modalidad de comunicaciones de MIMo, donde se transmiten flujos paralelos de datos a un usuario especffico en cada uno de los automodos de canal para cada uno de los subcanales asignados. Un procesamiento similar, basado en la CSI completa, puede realizarse cuando solamente un subconjunto de los automodos disponibles esta alojado en cada uno de los subcanales asignados (por ejemplo, para implementar la direccion de los haces). Debido al coste asociado al procesamiento de CSI completa (por ejemplo, complejidad aumentada en las unidades transmisoras y receptoras, sobrecarga aumentada para la transmision de la CSI desde la unidad receptora a la unidad transmisora, etc.), el procesamiento de CSI completa puede aplicarse en ciertos casos en el modo de comunicaciones de MIMO, cuando el aumento adicional en los rendimientos y la eficacia esta justificado.

En los casos en que no se dispone de la CSI completa, puede estar disponible informacion menos descriptiva sobre el trayecto de transmision (o la CSI parcial), y puede usarse para preacondicionar los datos antes de la transmision. Por ejemplo, la relacion C/I de cada uno de los subcanales puede estar disponible. La informacion de C/I puede usarse entonces para controlar la transmision desde diversas antenas transmisoras, a fin de proporcionar el rendimiento requerido en los subcanales de interes y de aumentar la capacidad del sistema.

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Como se usa en el presente documento, los modos de procesamiento basados en la CSI completa indican modos de procesamiento que usan la CSI completa, y los modos de procesamiento basados en la CSI parcial indican modos de procesamiento que usan la CSI parcial. Los modos de procesamiento basados en la CSI completa incluyen, por ejemplo, el modo de MIMO de CSI completa, que utiliza el procesamiento basado en la CSI completa en el modo de comunicaciones de MIMO. Los modos basados en la CSI parcial incluyen, por ejemplo, el modo de MIMO de CSI parcial que utiliza el procesamiento basado en la CSI parcial en el modo de comunicaciones de MIMO

En los casos en que se emplea el procesamiento de CSI completo o de CSI parcial para permitir a la unidad transmisora preacondicionar los datos usando la informacion disponible del estado del canal (por ejemplo, los automodos o la relacion C/I), se requiere la informacion de retroalimentacion desde la unidad receptora, que usa una parte de la capacidad del enlace inverso. Por lo tanto, hay un coste asociado a los modos de procesamiento basados en la CSI completa y en la CSI parcial. El coste deberfa incluirse como factor en la eleccion de que modo de procesamiento se ha de emplear. El modo de procesamiento basado en la CSI parcial requiere menos sobrecarga y puede ser mas eficaz en algunos casos. El modo de procesamiento basado en la falta de CSI no requiere ninguna sobrecarga y tambien puede ser mas eficaz que el modo de procesamiento basado en la CSI completa o el modo de procesamiento basado en la CSI parcial, en algunas otras circunstancias.

La figura 2 es un diagrama que ilustra graficamente al menos algunos de los aspectos del sistema de comunicaciones de la invencion. La figura 2 muestra un ejemplo especffico de una transmision desde una de las Nt antenas de transmision en una unidad transmisora. En la figura 2, el eje horizontal es el tiempo y el eje vertical es la frecuencia. En este ejemplo, el canal de transmision incluye 16 subcanales y se usa para transmitir una secuencia de sfmbolos de OFDM, cubriendo cada sfmbolo de OFDM los 16 subcanales (un sfmbolo de OFDM se indica en el extremo superior de la figura 2 e incluye las 16 subbandas). Tambien se ilustra una estructura de TDM en la que la transmision de datos se divide en intervalos temporales, teniendo cada intervalo temporal la duracion, por ejemplo, de la longitud de un sfmbolo de modulacion (es decir, cada sfmbolo de modulacion se usa como el intervalo de TDM).

Los subcanales disponibles pueden usarse para transmitir senalizacion, voz, datos de trafico y otros. En el ejemplo mostrado en la figura 2, el sfmbolo de modulacion en el intervalo temporal 1 corresponde a datos piloto, que se transmiten periodicamente para ayudar a las unidades receptoras a sincronizarse y a realizar la estimacion del canal. Tambien pueden usarse otras tecnicas para distribuir datos piloto con respecto al tiempo y a la frecuencia, y estan dentro del alcance de la presente invencion. Ademas, puede ser ventajoso utilizar un esquema especffico de modulacion durante el intervalo piloto si se emplean todos los subcanales (por ejemplo, un codigo de Pn con una duracion de segmento de aproximadamente 1/W). La transmision del sfmbolo piloto de modulacion se produce habitualmente a una velocidad de tramas especffica, que se selecciona normalmente para que sea lo bastante rapida a fin de permitir el rastreo preciso de las variaciones en el enlace de comunicaciones.

Los intervalos temporales no usados para las transmisiones piloto pueden usarse despues para transmitir diversos tipos de datos. Por ejemplo, los subcanales 1 y 2 pueden reservarse para la transmision de datos de control y de difusion a las unidades receptoras. Los datos en estos subcanales estan generalmente concebidos para ser recibidos por todas las unidades receptoras. Sin embargo, algunos de los mensajes por el canal de control pueden ser especfficos del usuario, y pueden codificarse en consecuencia.

Los datos de voz y los datos de trafico pueden transmitirse en los subcanales restantes. Para el ejemplo mostrado en la figura 2, se usa el subcanal 3 en los intervalos temporales 2 a 9 para la llamada de voz 1, se usa el subcanal 4 en los intervalos temporales 2 a 9 para la llamada de voz 2, se usa el subcanal 5 en los intervalos temporales 5 a 9 para la llamada de voz 3 y se usa el subcanal 6 en los intervalos temporales 7 a 9 para la llamada de voz 5.

Los subcanales e intervalos temporales disponibles restantes pueden usarse para transmisiones de datos de trafico. En el ejemplo mostrado en la figura 2, la transmision de datos 1 usa los subcanales 5 a 16 en el intervalo temporal 2 y los subcanales 7 a 16 en el intervalo temporal 7, la transmision de datos 2 usa los subcanales 5 a 16 en los intervalos temporales 3 y 4 y los subcanales 6 a 16 en los intervalos temporales 5, la transmision de datos 3 usa los subcanales 6 a 16 en el intervalo temporal 6, la transmision de datos 4 usa los subcanales 7 a 16 en el intervalo temporal 8, la transmision de datos 5 usa los subcanales 7 a 11 en el intervalo temporal 9, y la transmision de datos 6 usa los subcanales 12 a 16 en el intervalo temporal 9. Las transmisiones de datos 1 a 6 pueden representar transmisiones de datos de trafico a una o mas unidades receptoras.

El sistema de comunicaciones de la invencion soporta flexiblemente las transmisiones de datos de trafico. Como se muestra en la figura 2, una transmision de datos particular (por ejemplo, datos 2) puede producirse por multiples subcanales y/o multiples intervalos temporales, y multiples transmisiones de datos (por ejemplo, datos 5 y 6) pueden producirse en un intervalo temporal. Una transmision de datos (por ejemplo, datos 1) puede tambien producirse durante intervalos temporales no contiguos. El sistema puede tambien disenarse para soportar multiples transmisiones de datos por un subcanal. Por ejemplo, los datos de voz pueden multiplexarse con datos de trafico y transmitirse por un unico subcanal.

La multiplexacion de las transmisiones de datos puede cambiar potencialmente entre un sfmbolo de OFDM a otro.

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Ademas, el modo de comunicaciones puede ser distinto entre un usuario y otro (por ejemplo, entre una transmision de voz o datos a otra). Por ejemplo, los usuarios de voz pueden usar el modo de comunicaciones de diversidad, y los usuarios de datos pueden usar los modos de comunicaciones de MIMO: Este concepto puede extenderse al nivel de los subcanales. Por ejemplo, un usuario de datos puede usar el modo de comunicaciones de MIMO en subcanales que tengan una suficiente relacion C/I, y el modo de comunicaciones de diversidad en los restantes subcanales.

La diversidad de antenas, de frecuencia y temporal puede conseguirse, respectivamente, transmitiendo datos desde multiples antenas, por multiples subcanales en distintas subbandas, y durante multiples intervalos temporales. Por ejemplo, la diversidad de antenas para una transmision especffica (por ejemplo, la llamada de voz 1) puede lograrse transmitiendo los datos (de voz) por un subcanal especffico (por ejemplo, el subcanal 1) por dos o mas antenas. La diversidad de frecuencias para una transmision especffica (por ejemplo, la llamada de voz 1) puede lograrse transmitiendo los datos por dos o mas subcanales en distintas subbandas (por ejemplo, los subcanales 1 y 2). Puede obtenerse una combinacion de diversidad de antenas y de frecuencias transmitiendo datos desde dos o mas antenas y por dos o mas subcanales. La diversidad temporal puede lograrse transmitiendo datos durante multiples intervalos temporales. Por ejemplo, como se muestra en la figura 2, la transmision de datos 1 en el intervalo temporal 7 es una parte (por ejemplo, nueva o repetida) de la transmision de datos 1 en el intervalo temporal 2.

Los mismos, o distintos, datos pueden transmitirse desde multiples antenas y/o por multiples subbandas, a fin de obtener la diversidad deseada. Por ejemplo, los datos pueden transmitirse por: (1) un subcanal desde una antena, (2) un subcanal (por ejemplo, el subcanal 1) desde multiples antenas, (3) un subcanal desde las Nt antenas, (4) un conjunto de subcanales (por ejemplo, los subcanales 1 y 2) desde una antena, (5) un conjunto de subcanales desde multiples antenas, (6) un conjunto de subcanales desde las Nt antenas o (7) un conjunto de canales desde un conjunto de antenas (por ejemplo, el subcanal 1 desde las antenas 1 y 2 en un intervalo temporal, los subcanales 1 y 2 desde la antena 2 en otro intervalo temporal, y asf sucesivamente). Por lo tanto, puede usarse cualquier combinacion de subcanales y antenas para proporcionar la diversidad de antenas y de frecuencias.

Segun ciertos modos de realizacion de la invencion que proporcionan la maxima flexibilidad y que son capaces de lograr alto rendimiento y eficacia, cada subcanal en cada intervalo temporal para cada antena transmisora puede verse como una unidad de transmision independiente (es decir, un sfmbolo de modulacion) que puede usarse para transmitir cualquier tipo de datos, tales como datos piloto, de senalizacion, de difusion, de voz, de trafico, y otros, o una combinacion de los mismos (por ejemplo, datos multiplexados de voz y trafico). En tal diseno, a una llamada de voz se le pueden asignar dinamicamente distintos subcanales a lo largo del tiempo.

Se logran adicionalmente flexibilidad, rendimientos y eficacia permitiendo la independencia entre los sfmbolos de modulacion, como se describe mas adelante. Por ejemplo, cada sfmbolo de modulacion puede generarse a partir de un esquema de modulacion (por ejemplo, M-PSK, M-QAM y otros) que de como resultado el mejor uso del recurso en ese momento, frecuencia y espacio particulares.

Puede establecerse un cierto numero de restricciones para simplificar el diseno y la implementacion de las unidades transmisoras y receptoras. Por ejemplo, una llamada de voz puede asignarse a un subcanal especffico por la duracion de la llamada, o hasta el momento en que se realice una reasignacion de subcanal. Ademas, los datos de senalizacion y/o de difusion pueden designarse para algunos subcanales fijos (por ejemplo, el subcanal 1 para datos de control y el subcanal 2 para datos de difusion, como se muestra en la figura 2), de manera que las unidades receptoras sepan a priori que subcanales demodular para recibir los datos.

Ademas, cada canal o subcanal de transmision de datos puede restringirse a un esquema de modulacion especffico (por ejemplo, M-PSK, M-QAM) por la duracion de la transmision, o hasta el momento en que se asigne un nuevo esquema de modulacion. Por ejemplo, en la figura 2, la llamada de voz 1 por el subcanal 3 usa QPSK, la llamada de voz 2 por el subcanal 4 puede usar 16-QAM, la transmision de datos 1 en el intervalo temporal 2 puede usar 8-PSK, la transmision de datos 2 en los intervalos temporales 3 a 5 puede usar 16-QAM, y asf sucesivamente.

El uso de TDM permite mayor flexibilidad en la transmision de datos de voz y datos de trafico, y pueden contemplarse diversas asignaciones de recursos. Por ejemplo, puede asignarse a un usuario un subcanal para cada ranura temporal o, equivalentemente, cuatro subcanales cada cuarta ranura temporal, o algunas otras asignaciones. El TDM permite que los datos se agreguen y se transmitan en el intervalo intervalos temporales designados, para una eficacia mejorada.

Si la actividad de voz se implementa en el transmisor, entonces, en los intervalos donde no se esta transmitiendo ninguna voz, el transmisor puede asignar otros usuarios al subcanal, de modo que se maximice la eficacia del subcanal. En caso de que no se disponga de ningun dato para transmitir durante los periodos ociosos de voz, el transmisor puede disminuir (o apagar) la potencia transmitida en el subcanal, reduciendo los niveles de interferencia presentados a otros usuarios en el sistema que esten usando el mismo subcanal en otra celula en la red. La misma caracterfstica puede extenderse tambien a los canales de sobrecarga, control, datos y otros canales.

La asignacion de una pequena parte de los recursos disponibles durante un periodo temporal continuo da

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habitualmente como resultado menores retardos, y puede ser mas adecuada para servicios sensibles al retardo, tales como la voz. La transmision usando TDM puede proporcionar una mayor eficacia, al precio de posibles retardos adicionales. El sistema de comunicaciones de la invencion puede asignar recursos para satisfacer los requisitos del usuario y lograr alta eficacia y rendimiento.

Medicion y notificacion de informacion de estado de canal en un sistema de MIMO

Dada la complejidad de un sistema que usa multiples antenas transmisoras y multiples antenas receptoras, con los efectos dispersivos asociados de canal, la tecnica de modulacion preferida es OFDM, que descompone eficazmente el canal en un conjunto de canales de banda estrecha no interferentes, o subcanales. Con el adecuado diseno de senales de OFDM, una senal transmitida por un subcanal ve "desvanecimiento plano", es decir, la respuesta del canal es eficazmente constante sobre el ancho de banda del subcanal. La informacion de estado del canal, o CSI completa incluye una caracterizacion suficiente del trayecto de propagacion (es decir, la amplitud y la fase) entre todos los pares de antenas transmisoras y receptoras para cada subcanal. La CSI tambien incluye la informacion de los niveles relativos de interferencia y ruido en cada subcanal, que se conoce como informacion de relacion C/I. La CSI puede realizarse en un conjunto de matrices de valores complejos de ganancia que describen las condiciones de los trayectos de transmision desde las antenas transmisoras hasta las antenas receptoras, como se describe a continuacion. Con la CSI, la unidad transmisora preacondiciona los datos antes de la transmision a la unidad receptora.

El procesamiento de la CSI se describe brevemente a continuacion. Cuando la CSI esta disponible en la unidad transmisora, un enfoque sencillo es descomponer el canal de multiple entrada/multiple salida en un conjunto de canales independientes. Dada la funcion de transferencia de canal en los transmisores, los autovectores izquierdos pueden usarse para transmitir distintos flujos de datos. El alfabeto de modulacion usado con cada autovector esta determinado por la relacion C/I disponible de ese modo, dada por los autovalores. Si H es la matriz de dimensiones Nr x Nt que da la respuesta del canal para los Nt elementos de antena transmisora y los Nr elementos de antena receptora en un momento especffico, y x es el vector Nt de entradas al canal, entonces la senal recibida puede expresarse como:

y_= Hx + n,

donde n es un vector Nr que representa el ruido mas la interferencia. La descomposicion en autovectores de la matriz Hermitiana formada por el producto de la matriz de canal con su traspuesta conjugada puede expresarse como:

H * H = EEE*,

donde el sfmbolo * indica la traspuesta conjugada, E es la matriz de autovectores y E es una matriz diagonal de autovalores, ambas de dimension Nt*Nt. El transmisor convierte un conjunto de Nt sfmbolos de modulacion b usando la matriz de autovectores E. Por lo tanto, los sfmbolos de modulacion transmitidos desde las Nt antenas transmisoras pueden expresarse como:

x = Eb.

Para todas las antenas, el preacondicionamiento puede lograrse de esta manera por una operacion de multiplicacion de matrices, expresada como:

x1: e11, e12, e1Nr _____i

CM X: = e21, e22, e2/ • b2

X: eNT 1, eNTNT 1____

Eq (2)

Donde

bi, b2, ... y bNT son, respectivamente, los sfmbolos de modulacion para un subcanal especffico en las antenas 10 transmisoras 1, 2, ..., Nt, donde cada sfmbolo de modulacion puede generarse usando, por ejemplo, M-PSK, M-QAM, etc., como se describe mas adelante;

E = es la matriz de autovectores relacionada con la perdida de transmision desde las antenas transmisoras hasta las antenas receptoras; y

x1, x2, ... xnt son los sfmbolos de modulacion preacondicionados, que pueden expresarse como:

X1 b1 ' e11 + b2 ' e12 + ■ ■ ■ + bNT ' e1/VT ,

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x2 bi • e2i + b2 • e22 + ■ ■ ■ + bNj • e2Nj , and

XN = b1 • eN 1 + b2 • eN2 + ■■■ + bNj • eNjNj .

Dado que H*H es Hermitiana, la matriz de autovectores es unitaria. Por lo tanto, si los elementos de b tienen igual potencia, los elementos de x tambien tienen igual potencia. La senal recibida puede expresarse entonces como:

y = HEb + n.

El receptor realiza una operacion de filtrado coincidente con canal, seguida de la multiplicacion por los autovectores derechos. El resultado de la operacion de filtrado coincidente con canal es el vector z, que puede expresarse como:

z = E *H*HEb+ E *H*n = Eb + n, Eq. (2)

donde el nuevo termino de ruido tiene una covarianza que puede expresarse como:

E(nn = E(E * H* nn* HE) = E* H* HE = A,

es decir, los componentes de ruido son independientes, con varianza dada por los autovalores. La relacion C/I del i- esimo componente de z es X, el i-esimo elemento diagonal de E.

Por lo tanto, la unidad transmisora puede seleccionar un alfabeto de modulacion (es decir, una constelacion de senales) para cada uno de los autovectores en base a la relacion C/I que se da por el autovalor. Siempre que las condiciones de canal no cambien apreciablemente en el intervalo entre el momento en que se mide la CSI en el receptor, y el momento en que se notifica y se usa para preacondicionar la transmision en el transmisor, el rendimiento del sistema de comunicaciones sera equivalente al de un conjunto de canales independientes de AWGN con C/I conocidas.

La unidad transmisora 140 convierte datos en multiples subcanales de datos. Se emplean distintas constelaciones de QAM, dependiendo de la SNR del modo y del subcanal. Los datos para cada subcanal se preacondicionan por la matriz de automodos para ese subcanal. Los datos preacondicionados para una antena particular se someten a una operacion de Transformada Rapida de Fourier inversa (IFFT) para producir una senal del dominio temporal. Se adjunta una extension cfclica o un prefijo cfclico a la senal del dominio temporal a fin de mantener la ortogonalidad entre los subcanales de OFDM en presencia de dispersion temporal en el canal de propagacion. Se genera un valor de sfmbolo extendido para cada subcanal de OFDM, que se denominara en lo sucesivo como un sfmbolo de OFDM. Los sfmbolos de OFDM se transmiten desde las multiples antenas transmisoras.

Las multiples antenas en la unidad receptora 145 reciben senales. Las senales recibidas se someten a una operacion de Transformada de Fourier Discreta (DFT) para canalizar las senales recibidas. Se procesan los datos de cada subcanal para todas las antenas receptoras. En esta etapa de procesamiento, la informacion con respecto a las caracterfsticas de canal se extrae de los datos, y se convierte en un formato mas comprimido. Una tecnica de compresion es el uso de la respuesta conjugada de canal y la matriz de automodalidades para reducir la cantidad de informacion necesaria para describir las caracterfsticas del canal. Se transmite un mensaje que contiene la informacion de estado de canal comprimida desde la unidad receptora 145 a la unidad transmisora 140, que se usara despues para preacondicionar transmisiones adicionales.

Para facilitar la obtencion de la CSI, la forma de onda transmisora esta constituida por sfmbolos piloto conocidos para un preambulo inicial. Las formas de onda piloto para distintas antenas transmisoras comprenden conjuntos disjuntos de subcanales de OFDM.

Con la modulacion de OFDM, el canal de propagacion se divide en L subcanales paralelos. A fin de determinar rapidamente la CSI, se transmite un preambulo inicial que consiste enteramente en sfmbolos conocidos. A fin de distinguir eficazmente las diferentes respuestas de canal de los distintos patrones de antena transmisora-receptora, se adjudican a las senales piloto subconjuntos disjuntos de subcanales. Un conjunto de subcanales compuesto por los subcanales {0, 1, 2,..., 2n-1} se descompone en cuatro subconjuntos disjuntos de subcanales A = {0, 4, 8, ..., 2n- 4}, B = [1, 5, 9, ..., 2n-3}, C = [2, 6, 10, ..., 2n-2) y D = {3, 7, 11, ..., 2n-1}. El subconjunto de subcanales A se transmite por la antena transmisora Tx1, el subconjunto de subcanales B se transmite por la antena transmisora Tx2, el subconjunto de subcanales C se transmite por la antena transmisora Tx3 y el subconjunto de subcanales D se transmite por la antena transmisora Tx4. En general, cada antena transmisora transmite por cada N-esimo subcanal a traves del canal, de manera que todos los subcanales sean disjuntos entre las antenas transmisoras. Los sfmbolos piloto conocidos pueden transmitirse por todos los subcanales en un subconjunto de subcanales. La separacion minima entre los subcanales usados por una antena transmisora particular es una funcion de los parametros del

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canal. Si la respuesta del canal tiene una gran dispersion de retardo, entonces puede ser necesaria una separacion dosificada. Si el numero de antenas es lo bastante grande como para que no pueda lograrse la separacion requerida para todos los usuarios con un unico sfmbolo de OFDM, entonces puede emplearse un cierto numero de sfmbolos consecutivos de OFDM, asignandose a cada antena un subconjunto disjunto de subcanales sobre uno o mas de los multiples sfmbolos piloto.

Desde cada antena transmisora en una unidad transmisora, la unidad receptora recibe sfmbolos piloto por subcanales disjuntos y toma determinaciones en cuanto a las caracterfsticas de canal de los subcanales disjuntos. Como se ha analizado previamente, la unidad receptora puede tener una o mas antenas receptoras. Supongamos que x = {i X, i = 1, ..., K} son los valores de sfmbolos piloto que han de transmitirse por K subcanales piloto para una unica antena transmisora. La unidad receptora recibira los valores yy = hyXi + ny, donde hy es la respuesta compleja de canal para el i-esimo subcanal piloto recibido en la j-esima antena receptora, y nij es ruido. A partir de esta relacion, la unidad receptora puede determinar estimaciones ruidosas de la respuesta de canal de K subcanales de una unica antena transmisora. Estas estimaciones ruidosas pueden usarse para obtener estimaciones para todos los subcanales del canal de propagacion, a traves de varios procedimientos distintos, tales como interpolacion simple, hasta estimacion mas compleja, usando informacion a priori sobre la dispersion de canal y el nivel de ruido. Las estimaciones pueden mejorarse transmitiendo sfmbolos piloto sobre sfmbolos consecutivos de OFDM y promediando despues las estimaciones para cada sfmbolo consecutivo de OFDM.

Las estimaciones se generan en cada antena receptora para cada antena transmisora que difunde sfmbolos piloto. La CSI para el canal de propagacion completa puede representarse por el conjunto de matrices de respuesta de canal {Hi, i = 1, 2,..., 2n}, donde la matriz Hi esta asociada al iesimo subcanal, y los elementos de cada matriz Hi son {hijk, j = 1,. ., Nr, k = 1,..., Nt}, los valores complejos de respuesta de canal para cada una de las Nt antenas transmisoras y las Nr antenas receptoras.

El uso de subconjuntos disjuntos de subcanales puede aplicarse ademas en un sistema en el que los enlaces multiples, por ejemplo, un canal de propagacion desde una unidad transmisora a una o mas unidades receptoras, estan situados en estrecha proximidad. En un sistema donde una estacion base transmite senales segun los sectores, el area de transmision de un sector puede solaparse con el area de transmision de otro sector. En una estacion base ideal, las antenas transmisoras en cada sector transmiten senales en una direccion que es completamente disjunta con las direcciones asignadas a las antenas transmisoras de los otros sectores. Desafortunadamente, existen areas de solapamiento en la mayorfa de las estaciones base con sectores. Usando esta realizacion de la invencion, a todas las antenas transmisoras de una estacion base se les asignan subconjuntos distintos de subcanales para evitar la interferencia entre los sectores de esa estacion base. De manera similar, las estaciones base vecinas tambien pueden ser la causa de interferencia significativa, y pueden asignarse conjuntos disjuntos de subcanales entre las estaciones base.

En general, el calculo de la respuesta de canal puede hacerse para cada enlace al que esta asignado un subconjunto disjunto de subcanales, de la misma manera en que se calcula la respuesta para el enlace principal. Sin embargo, una cantidad reducida de la CSI desde estos enlaces interferentes puede notificarse a la unidad transmisora. Por ejemplo, la informacion en cuanto al nivel promedio de interferencia total de los enlaces vecinos puede transmitirse y usarse para determinar la velocidad de datos con soporte disponible del enlace principal. Si varios enlaces interferentes dominan el nivel promedio de interferencia total, entonces la informacion de interferencia de estos enlaces puede notificarse individualmente al sistema a fin de determinar un agrupamiento mas eficaz de subcanales en cada subconjunto disjunto de subcanales.

Otra informacion de CSI que puede llevarse a la unidad transmisora es la potencia medida total en los subcanales no asignados al enlace principal. La potencia medida total de los subcanales asignados a los enlaces vecinos da una estimacion de la interferencia total, mas la potencia de ruido. Si se usan varios sfmbolos de OFDM como el sfmbolo piloto, entonces la respuesta medida media de canal y los valores de senal recibidos y efectivos pueden usarse para hacer una estimacion directa del ruido total en un subcanal dado.

En general, la asignacion de subcanales para una red de estaciones base deberfa seguir un patron de "reutilizacion de frecuencia", en el que los mismos subcanales se usan solamente cuando los enlaces estan suficientemente separados en distancia. Si un gran numero de enlaces estan interfiriendo entre sf, entonces el numero de subcanales de OFDM puede ser inadecuado para permitir la asignacion de subcanales para cada sfmbolo piloto de OFDM. En esta circunstancia, a las antenas transmisoras se les pueden asignar subcanales para cada P-esimo sfmbolo piloto, donde P es un valor entero mayor que uno (1).

En otra realizacion de la invencion, el esquema de OFDM esta disenado para crear valores de sfmbolos de OFDM que minimicen o eliminen la interferencia entre antenas transmisoras que usan bien subcanales identicos, o bien subcanales disjuntos. Un codigo ortogonal, tal como la codificacion de Walsh, puede usarse para transformar Q senales piloto en Q senales ortogonales, representativas de las senales piloto. En el caso en el que se usa un codigo de Walsh, el numero de senales piloto sera una potencia de dos. El uso de codigos ortogonales puede emplearse junto con los subconjuntos disjuntos de subcanales que se han analizado previamente, a fin de reducir la interferencia de los enlaces vecinos. Por ejemplo, en un sistema de MIMO de 4x4 con un ancho de banda de

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sistema de aproximadamente 1 MHz, se asume que han de usarse 256 subcanales de OFDM. Si el multitrayecto se limita a diez microsegundos, los subcanales disjuntos que lleven sfmbolos piloto debenan separarse aproximadamente 50 kHz entre sf, o menos. Cada subcanal tiene aproximadamente 4 kHz de ancho, de manera que una separacion de doce subcanales tiene 48 kHz de ancho. Si los subcanales de OFDM se dividen en doce conjuntos de veinte subcanales cada uno, se dejan dieciseis sin usar. Se usan dos sfmbolos consecutivos de OFDM como una senal piloto, y se emplea la codificacion ortogonal en estos dos sfmbolos. Por lo tanto, hay veinticuatro asignaciones distintas de pilotos ortogonales. Estos veinticuatro pilotos ortogonales se asignan a diferentes antenas transmisoras y enlaces, para minimizar la interferencia.

En otro modo de realizacion de la invencion, puede usarse un gran numero de sfmbolos periodicos de OFDM como datos piloto. El numero de sfmbolos de OFDM debe ser lo bastante grande como para que puedan hacerse mediciones precisas de los niveles de interferencia desde un gran numero de antenas transmisoras diferentes. Estos niveles medios de interferencia se usaran para configurar restricciones para todo el sistema sobre las transmisiones simultaneas desde diversas sedes, es decir, un esquema de borrado adaptable para conferir a todos los usuarios rendimientos casi equivalentes.

En un modo de realizacion alternativo de la invencion, la CSI de un canal de propagacion de MIMO puede determinarse y transmitirse para un sistema de MIMO que no utiliza sfmbolos de OFDM como senales piloto. En cambio, puede usarse una secuencia de Registros de Desplazamiento de Longitud Maxima (secuencia m) para sondear el canal de propagacion. Una secuencia m es la salida de un registro de desplazamiento con retroalimentacion. Las secuencias m tienen propiedades deseables de autocorrelacion, incluyendo la propiedad de que la correlacion sobre un periodo completo de la secuencia con cualquier desplazamiento circular no nulo de la secuencia produce el valor -1, donde los valores de la secuencia son +/-1. Por lo tanto, la correlacion a desplazamiento cero es R, donde R es la longitud de la secuencia. A fin de mantener propiedades deseables, tales como la correlacion en presencia de multitrayecto, debe repetirse una parte de la secuencia igual a la dispersion del retardo del canal.

Por ejemplo, si se sabe que el multitrayecto del canal esta limitado a algun tiempo m y la longitud de la secuencia piloto es al menos Rzm, entonces pueden usarse R desplazamientos diferentes de la misma secuencia m con solamente una minima interferencia mutua. Estos R desplazamientos diferentes se asignan a diferentes antenas transmisoras de una estacion base y otras estaciones base que son la causa de interferencia mayor.

A los enlaces en el sistema de MIMO que estan separados a buena distancia se les pueden asignar distintas secuencias m. Las propiedades de correlacion cruzada de diferentes secuencias m no exhiben las propiedades de correlacion minima de una secuencia unica y sus desplazamientos, pero distintas secuencias m se comportan mas o

menos como secuencias aleatorias y proporcionan un nivel medio de correlacion de donde R es la longitud de la secuencia. Este nivel medio de correlacion es generalmente adecuado para su uso en un sistema de MIMO, debido a la separacion entre los enlaces.

Un registro de desplazamiento con retroalimentacion genera todas las posibles secuencias m, de modo tal que las secuencias sean meramente versiones desplazadas de una unica palabra de codigo de longitud R = 2m-1, donde m es un valor entero positivo. Por lo tanto, existe un numero limitado de secuencias m binarias diferentes. A fin de evitar la reutilizacion de la misma secuencia m en un area donde puede dar como resultado una interferencia significativa, pueden usarse versiones filtradas de secuencias m mas largas. Una version filtrada de una secuencia m ya no es binaria, pero mostrara aun las mismas propiedades basicas de correlacion.

Por ejemplo, se supone que la secuencia piloto ha de transmitirse a una velocidad de 1 MHz, y que el multitrayecto esta limitado a diez microsegundos. Se supone que una estacion base tiene tres sectores, donde cuatro antenas transmisoras estan asignadas a cada sector, para un total de doce antenas transmisoras por sitio. Si se emplea una secuencia m de longitud 127, entonces pueden asignarse doce desplazamientos diferentes de la secuencia a las antenas de una unica estacion base, con desplazamientos relativos de diez muestras cada uno. La longitud total del piloto transmitido es entonces de 137 microsegundos, que es un periodo completo de la secuencia mas diez muestras adicionales para asimilar la dispersion del multitrayecto. Despues, a distintas estaciones base se les pueden asignar distintas secuencias m, con secuencias m repetidas en un patron de reutilizacion de codigo disenado para minimizar los efectos de la interferencia desde la misma secuencia m.

Las realizaciones de la invencion analizadas en el presente documento se han orientado al diseno y transmision de senales piloto que permitiran que un experto en la tecnica obtenga las caractensticas del canal de propagacion y notifique dichas caractensticas al sitio de transmision. Sin embargo, la CSI completa es una gran cantidad de informacion y ademas sumamente redundante. Se dispone de muchos procedimientos para comprimir la cantidad de informacion CSI a transmitir. Un procedimiento que se ha analizado previamente es el uso de la matriz Hermitiana H*H, en la que H es la respuesta de canal como se determinar en la unidad receptora. La matriz Hermitiana H*H puede notificarse a la unidad transmisora y usarse para preacondicionar las transmisiones. Debido a las propiedades de las matrices Hermitianas, solo es necesario transmitir la mitad de los elementos de la matriz, tal como la parte triangular inferior compleja de la matriz H*H, y la diagonal de valores reales. Se obtiene eficacia adicional si el

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numero de antenas receptoras es mayor que el numero de antenas transmisoras. Otro procedimiento para reducir la cantidad de informacion transmitida a la unidad transmisora por el enlace inverso es informar solo de un subconjunto de las matrices de respuesta de canal H, a la unidad transmisora, del cual pueden determinarse las matrices de respuesta de canal no informadas, a traves de esquemas de interpolacion. En otro procedimiento, puede obtenerse una representacion funcional de la respuesta de canal entre los subcanales para cada par de antenas transmisora/receptora, por ejemplo, puede generarse una funcion polinomica que representa la respuesta de canal. Los coeficientes de la funcion polinomica se transmiten despues a la unidad transmisora.

Como alternativa a estos procedimientos para comprimir informacion de CSI, una realizacion de la invencion se orienta a la transmision de una representacion en el dominio temporal de la respuesta de canal, que es la respuesta de impulso de canal. Si una representacion del dominio temporal de la respuesta de canal es sencilla, como en los casos donde hay solamente dos o tres componentes de multitrayecto, puede realizarse una FFT inversa sobre el conjunto de respuestas de frecuencia de canal. La operacion de FFT inversa puede realizarse para cada enlace entre un par de antenas transmisora/receptora. Las respuestas de impulso de canal resultantes se traducen entonces en un conjunto de amplitudes y retardos que se informan al transmisor.

Como se ha analizado previamente, hay un coste asociado a la transmision de la CSI en el enlace inverso, que se reduce cuando se implementan las realizaciones anteriores de la invencion en el sistema de MIMO. Otro procedimiento para reducir el coste es seleccionar usuarios segun el promedio a corto plazo de sus requisitos de CSI. Los requisitos de CSI cambian segun se desvanece el canal, por lo que se logra una eficacia mejorada por el enlace inverso si los usuarios estiman la cantidad de CSI requerida, e informan a la estacion base a intervalos que pueden ser periodicos o aperiodicos, dependiendo de la velocidad de cambio del canal de propagacion observado por el usuario. La estacion base puede incluir entonces este factor en la planificacion del uso de los enlaces directo e inverso. La planificacion puede disponerse de manera que los usuarios asociados a canales de propagacion que cambian lentamente informen menos frecuentemente que los usuarios asociados a canales de propagacion que cambian rapidamente. La estacion base tambien puede disponer la planificacion para tener en cuenta factores tales como el numero de usuarios del sistema y la imparcialidad.

En otro aspecto de este modo de realizacion de la invencion, puede asignarse un intervalo temporal de manera que las actualizaciones de la CSI en un largo periodo de transmision puedan ajustarse segun los cambios efectivos en el canal de propagacion. Los cambios en el canal de propagacion pueden monitorizarse en el sitio receptor, de una entre varias maneras posibles. Por ejemplo, puede determinarse la diferencia entre la decision de software sobre los sfmbolos y el valor mas proximo de constelacion de QAM, y usarse como un criterio, o bien pueden usarse los tamanos relativos de metricas de descodificador. Cuando la calidad de un criterio dado cae por debajo de un umbral predeterminado, se informa de una actualizacion de la CSI a la unidad transmisora.

El perfil global de retardo de potencia de multitrayecto de un enlace cambia muy lentamente, porque la potencia media observada en diversos retardos permanece constante, incluso aunque el desvanecimiento de canal puede producirse frecuentemente. Por lo tanto, la cantidad de CSI requerida para caracterizar un enlace puede variar significativamente de un enlace a otro. Para optimizar los rendimientos, la codificacion de la CSI se personaliza para los requisitos del enlace especffico. Si la CSI se envfa en forma de dominio de frecuencia, es decir, un conjunto de matrices de respuesta de canal que han de interpolarse, entonces los enlaces con poco multitrayecto requieren solo un pequeno conjunto de matrices de respuesta de canal.

Componentes estructurales de un sistema de comunicacion de alta eficacia y alto rendimiento

La figura 3 es un diagrama de bloques de un procesador de datos 112 y un modulador 114 del sistema 110 en la figura 1. El flujo compuesto de datos de entrada, que incluye todos los datos a transmitir por el sistema 110, se proporciona a un demultiplexor (DEMUX) 310 dentro del procesador de datos 112. El demultiplexor 310 demultiplexa el flujo de datos de entrada en un cierto numero (K) de flujos de datos de canal, S1 a Sk. Cada flujo de datos de canal puede corresponder, por ejemplo, a un canal de senalizacion, un canal de difusion, una llamada de voz o una transmision de datos de trafico. Cada flujo de datos de canal se proporciona a un respectivo codificador 312 que codifica los datos usando un esquema de codificacion particular.

La codificacion puede incluir codificacion de correccion de errores o codificacion de deteccion de errores, o ambas, usadas para aumentar la fiabilidad del enlace. Mas especfficamente, tal codificacion puede incluir, por ejemplo, la intercalacion, la codificacion convolutiva, la codificacion Turbo, la codificacion de Trellis, la codificacion en bloque (por ejemplo, la codificacion de Reed-Solomon), la codificacion del control de redundancia cfclica (CRC) y otras. La codificacion Turbo se describe en mayor detalle en la Solicitud de Patente de Estados Unidos N° de Serie 09/205.511, presentada el 4 de diciembre de 1998, titulada "Turbo Code Interleaver Using Linear Congruential Sequences" y en un documento titulado "The cdma2000 ITU-R RTT Candidate Submission", denominado en lo sucesivo en el presente documento como el estandar IS-2000.

La codificacion puede realizarse canal por canal, es decir, en cada flujo de datos de canal, como se muestra en la figura 3. Sin embargo, la codificacion tambien puede realizarse sobre el flujo compuesto de datos de entrada, sobre varios flujos de datos de canal, en una parte de un flujo de datos de canal, entre un conjunto de antenas, entre un

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conjunto de subcanales, entre un conjunto de subcanales y antenas, entre cada subcanal, en cada sfmbolo de modulacion, o en alguna otra unidad de tiempo, espacio y frecuencia. Los datos codificados de los codificadores 312a a 312k se proporcionan despues a un procesador de datos 320 que procesa los datos para generar sfmbolos de modulacion.

En una implementacion, el procesador de datos 320 asigna cada flujo de datos de canal a uno o mas subcanales, a uno o mas intervalos temporales y sobre una o mas antenas. Por ejemplo, para un flujo de datos de canal correspondiente a una llamada de voz, el procesador de datos 320 puede asignar un subcanal en una antena (si no se usa la diversidad transmisora) o multiples antenas (si se usa la diversidad transmisora) durante tantos intervalos temporales como se necesiten para esa llamada. Para un flujo de datos de canal correspondiente a un canal de senalizacion o notificacion, el procesador de datos 320 puede asignar el subcanal, o subcanales, designados en una o mas antenas, de nuevo dependiendo de si se usa o no la diversidad transmisora. El procesador de datos 320 asigna despues los restantes recursos disponibles para los flujos de datos de canal correspondientes a transmisiones de datos. Debido a la naturaleza de rafagas de las transmisiones de datos y a la mayor tolerancia a los retardos, el procesador de datos 320 puede asignar los recursos disponibles de tal forma que se logren los objetivos del sistema de alto rendimiento y alta eficacia. Las transmisiones de datos se "planifican" asf para conseguir los objetivos del sistema.

Despues de asignar cada flujo de datos de canal a su(s) respectiva(s) ranura(s) temporal(es), subcanal(es) y antena(s), los datos en el flujo de datos de canal se modulan usando la modulacion de multiportadora. La modulacion de OFDM se usa para proporcionar numerosas ventajas. En una implementacion de la modulacion de OFDM, los datos en cada flujo de datos de canal se agrupan en bloques, teniendo cada bloque un numero particular de bits de datos. Los bits de datos en cada bloque se asignan despues a uno o mas subcanales asociados a ese flujo de datos de canal.

Los bits en cada bloque se desmultiplexan entonces en subcanales distintos, llevando cada uno de los subcanales un numero potencialmente distinto de bits (es decir, en base a la relacion C/I del subcanal y a si se emplea el procesamiento de MIMO). Para cada uno de estos subcanales, los bits se agrupan en sfmbolos de modulacion usando un esquema de modulacion especffico (por ejemplo, M-PSK o M-QAM) asociado a ese subcanal. Por ejemplo, con 16-QAM, la constelacion de senales se compone de 16 puntos en un plano complejo (es decir, a + j*b), llevando cada punto en el plano complejo 4 bits de informacion. En el modo de procesamiento de MIMO, cada sfmbolo de modulacion en el subcanal representa una combinacion lineal de sfmbolos de modulacion, cada uno de los cuales puede seleccionarse de una constelacion distinta.

La coleccion de L sfmbolos de modulacion forma un vector V de sfmbolos de modulacion de dimension L. Cada elemento del vector V de sfmbolos de modulacion esta asociado a un subcanal especffico con una unica frecuencia o tono, por el que se transportan los sfmbolos de modulacion. La coleccion de estos L sfmbolos de modulacion son todos ortogonales entre sf. En cada intervalo temporal y para cada antena, los L sfmbolos de modulacion correspondientes a los L subcanales se combinan en un sfmbolo de OFDM usando una transformada rapida inversa de Fourier (IFFT). Cada sfmbolo de OFDM incluye datos de los flujos de datos de canal asignados a los L subcanales.

La modulacion de OFDM se describe en mayor detalle en un artfculo titulado “Multicarrier Modulation for Data Transmission: An Idea Whose Time Has Come", de John A.C. Bingham, IEEE Communications Magazine, mayo de 1990.

El procesador de datos 320 recibe y procesa de esta manera los datos codificados correspondientes a K flujos de datos de canal, para proporcionar Nt vectores de sfmbolos de modulacion, V1 a Vnt, un vector de sfmbolos de modulacion para cada antena transmisora. En algunas implementaciones, algunos de los vectores de sfmbolos de modulacion pueden tener informacion duplicada sobre subcanales especfficos concebidos para distintas antenas transmisoras. Los vectores de sfmbolos de modulacion V1 a Vnt se proporcionan, respectivamente, a los moduladores 114a a 114t.

En la figura 3, cada modulador 114 incluye una IFFT 330, un generador de prefijo cfclico 332 y un aumentador de frecuencia 334. La IFFT 330 convierte los vectores de sfmbolos de modulacion recibidos en sus representaciones del dominio temporal, llamados sfmbolos de OFDM. La IFFT 330 puede disenarse para realizar la IFFT sobre cualquier numero de subcanales (por ejemplo, 8, 16, 32, etc.). Como alternativa, para cada vector de sfmbolos de modulacion convertido en un sfmbolo de OFDM, el generador de prefijo cfclico 332 repite una parte de la representacion del dominio temporal del sfmbolo de OFDM para formar el sfmbolo de transmision para la antena especffica. El prefijo cfclico garantiza que el sfmbolo de transmision retiene sus propiedades ortogonales en presencia de la dispersion de retardo de multitrayecto, mejorando asf el rendimiento frente a los efectos nocivos de trayecto, como se describe mas adelante. La implementacion de la IFFT 330 y del generador de prefijo cfclico 332 se conoce en la tecnica y no se describe en detalle en el presente documento.

Las representaciones del dominio temporal de cada generador de prefijo cfclico 332 (es decir, los sfmbolos de transmision para cada antena) se procesan despues por el aumentador de frecuencia 332, se convierten en una

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senal analogica, se modulan a una frecuencia de radio y se acondicionan (por ejemplo, amplificadas y filtradas) para generar una senal modulada RF que se transmite despues desde la antena respectiva 116.

La figura 3 tambien muestra un diagrama de bloques de un procesador de datos 320. Los datos codificados para cada flujo de datos de canal (es decir, el flujo de datos codificados, X) se proporcionan a un respectivo procesador de datos de canal 332. Si el flujo de datos de canal ha de transmitirse por multiples subcanales y/o multiples antenas (sin duplicacion de al menos algunas de las transmisiones), el procesador de datos de canal 332 desmultiplexa el flujo de datos de canal en un cierto numero (hasta L ■ Nt) de subflujos de datos. Cada subflujo de datos corresponde a una transmision por un subcanal especffico en una antena particular. En las implementaciones tfpicas, el numero de subflujos de datos es menor de LNt, ya que algunos de los subcanales se usan para senalizacion, voz y otros tipos de datos. Los subflujos de datos se procesan entonces para generar los correspondientes subflujos para cada uno de los subcanales asignados, que se proporcionan despues a los combinadores 334. Los combinadores 334 combinan los sfmbolos de modulacion designados para cada antena en vectores de sfmbolos de modulacion que se proporcionan despues como un flujo de vectores de sfmbolos de modulacion. Los Nt flujos de vectores de sfmbolos de modulacion para las Nt antenas se proporcionan entonces a los siguientes bloques de procesamiento (es decir, los moduladores 114).

En un diseno que brinda la mayor flexibilidad, el mejor rendimiento y la mas alta eficacia, el sfmbolo de modulacion a transmitir en cada intervalo temporal, por cada subcanal, puede seleccionarse individual e independientemente. Esta caracterfstica permite el mejor uso del recurso disponible en las tres dimensiones: tiempo, frecuencia y espacio. Por lo tanto, el numero de bits de datos transmitidos por cada sfmbolo de modulacion puede diferir.

La figura 4A es un diagrama de bloques de un procesador de datos de canal 400 que puede usarse para procesar un flujo de datos de canal. El procesador de datos de canal 400 puede usarse para implementar un procesador de datos de canal 332 en la figura 3. La transmision de un flujo de datos de canal puede producirse por multiples subcanales (por ejemplo, como para los datos 1 en la figura 2) y tambien puede producirse desde multiples antenas. La transmision en cada subcanal y desde cada antena puede representar datos no duplicados.

Dentro del procesador de datos de canal 400, un demultiplexor 420 recibe y demultiplexa el flujo de datos codificados, Xi, en un cierto numero de flujos de datos de subcanal, Xi,1 a Xi,k, un flujo de datos de subcanal para cada subcanal usado para transmitir datos. La demultiplexacion de datos puede ser uniforme o no uniforme. Por ejemplo, si se conoce alguna informacion acerca de los trayectos de transmision (es decir, se conoce la CSI completa o la CSI parcial), el demultiplexor 420 puede dirigir mas bits de datos a los subcanales capaces de transmitir mas bps/Hz. Sin embargo, si no se conoce ninguna CSI, el demultiplexor 420 puede dirigir uniformemente numeros aproximadamente iguales de bits a cada uno de los subcanales asignados.

Cada flujo de datos de subcanal se proporciona entonces a un respectivo procesador de division espacial 430. Cada procesador de division espacial 430 puede demultiplexar adicionalmente el flujo recibido de datos de subcanal en un cierto numero (hasta Nt) de subflujos de datos, un subflujo de datos para cada antena usada para transmitir los datos. Asf, despues del demultiplexor 420 y el procesador de division espacial 430, el flujo Xi de datos codificados puede demultiplexarse en hasta LNt subflujos de datos a transmitir por hasta L subcanales desde hasta Nt antenas.

En cualquier intervalo temporal particular, pueden generarse hasta Nt sfmbolos de modulacion por el procesador de division espacial 430, y proporcionarse a los Nt combinadores 440a a 440t. Por ejemplo, el procesador de division especial 430a asignado al subcanal 1 puede proporcionar hasta Nt sfmbolos de modulacion para el subcanal 1 de las antenas 1 a Nt. De manera similar, el procesador de division espacial 430k asignado al subcanal k puede proporcionar hasta Nt sfmbolos para el subcanal k de las antenas 1 a Nt. Cada combinador 440 recibe los sfmbolos de modulacion para los L subcanales, combina los sfmbolos para cada intervalo temporal en un vector de sfmbolos de modulacion, y proporciona los vectores de sfmbolos de modulacion como un flujo de vectores de sfmbolos de modulacion, V, a la siguiente etapa de procesamiento (por ejemplo, el modulador 114).

El procesador de datos de canal 400 tambien puede disenarse para proporcionar el procesamiento necesario para implementar los modos de procesamiento de CSI completa o de CSI parcial, que se han descrito anteriormente. El procesamiento de la CSI puede realizarse en base a la informacion de CSI disponible y en los flujos de datos de canal, subcanales, antenas, etc., seleccionados. El procesamiento de la CSI tambien puede habilitarse e inhabilitarse selectiva y dinamicamente. Por ejemplo, el procesamiento de la CSI puede habilitarse para una transmision especffica e inhabilitarse para algunas otras transmisiones. El procesamiento de la CSI puede habilitarse en ciertas condiciones, por ejemplo, cuando el enlace de transmision tiene una relacion C/I adecuada.

El procesador de datos de canal 400 en la figura 4A proporciona un alto nivel de flexibilidad. Sin embargo, tal flexibilidad no es habitualmente necesaria para todos los flujos de datos de canal. Por ejemplo, los datos para una llamada de voz se transmiten habitualmente por un subcanal durante la duracion de una llamada, o hasta un momento en el que se asigne de nuevo el subcanal. El diseno del procesador de datos de canal puede simplificarse en gran medida para estos flujos de datos de canal.

La figura 4B es un diagrama de bloques del procesamiento que puede emplearse para un flujo de datos de canal tal

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como los datos de sobrecarga, senalizacion, voz o trafico. Un procesador de division espacial 450 puede usarse para implementar un procesador de datos de canal 332 en la figura 3 y puede usarse para soportar un flujo de datos de canal, tal como, por ejemplo, una llamada de voz. Una llamada de voz se asigna tfpicamente a un subcanal para multiples intervalos temporales (por ejemplo, voz 1 en la figura 2) y puede transmitirse desde multiples antenas. El flujo de datos codificados, Xi, se proporciona al procesador de division espacial 450 que agrupa los datos en bloques, teniendo cada bloque un numero especffico de bits que se usan para generar un sfmbolo de modulacion. Los sfmbolos de modulacion desde el procesador de division espacial 450 se proporcionan entonces a uno o mas combinadores 440 asociados a la antena o antenas usadas para transmitir el flujo de datos de canal.

Ahora se describe una implementacion especffica de una unidad transmisora capaz de generar la senal de transmision mostrada en la figura 2 para un mejor entendimiento de la invencion. En el intervalo temporal 2 en la figura 2, los datos de control se transmiten por el subcanal 1, los datos de difusion se transmiten por el subcanal 2, las llamadas de voz 1 y 2 se asignan, respectivamente, a los subcanales 3 y 4, y los datos de trafico se transmiten por los subcanales 5 a 16. En este ejemplo, se supone que la unidad transmisora incluye cuatro antenas transmisoras (es decir, Nt = 4) y cuatro senales de transmision (es decir, cuatro senales moduladas RF) se generan para las cuatro antenas.

La figura 5A es un diagrama de bloques de una parte de las unidades de procesamiento que pueden usarse para generar la senal de transmision para el intervalo temporal 2 en la figura 2. El flujo de datos de entrada se proporciona a un demultiplexor (DEMUX) 510 que demultiplexa el flujo en cinco flujos de datos de canal, S1 a S5, correspondientes al control, la notificacion, la voz 1, la voz 2 y los datos 1 en la figura 2. Cada flujo de datos de canal se proporciona a un respectivo codificador 512 que codifica los datos usando un esquema de codificacion seleccionado para ese flujo.

En este ejemplo, los flujos de datos de canal S1 a S3 se transmiten usando diversidad transmisora. Por lo tanto, cada uno de los flujos de datos codificados X1 a X3 se proporciona a un respectivo procesador de datos de canal 532 que genera los sfmbolos de modulacion para ese flujo. Los sfmbolos de modulacion de cada uno de los procesadores de datos de canal 532a a 532c se proporcionan despues a los cuatro combinadores 540a a 540d. Cada combinador 540 recibe los sfmbolos de modulacion para los 16 subcanales designados para la antena asociada al combinador, combina los sfmbolos en cada subcanal en cada intervalo temporal para generar un vector de sfmbolos de modulacion y proporciona los vectores de sfmbolos de modulacion como un flujo de vectores de sfmbolos de modulacion, V, a un modulador asociado 114. Como se indica en la figura 5A, el flujo de datos de canal S1 se transmite por el subcanal 1 desde las cuatro antenas, el flujo de datos de canal S2 se transmite por el subcanal 2 desde las cuatro antenas, y el flujo de datos de canal S3 se transmite por el subcanal 3 desde las cuatro antenas.

La figura 5B es un diagrama de bloques de una parte de las unidades de procesamiento usadas para procesar los datos codificados para el flujo de datos de canal S4. En este ejemplo, el flujo de datos de canal S4 se transmite usando diversidad espacial (y no diversidad transmisora como la usada para los flujos de datos de canal S1 a S3). Con la diversidad espacial, los datos se demultiplexan y se transmiten (concurrentemente en cada uno de los subcanales asignados o sobre distintos intervalos temporales) por multiples antenas. El flujo de datos codificado X4 se proporciona a un procesador de datos de canal 532d que genera los sfmbolos de modulacion para ese flujo. Los sfmbolos de modulacion en este caso son combinaciones lineales de sfmbolos de modulacion seleccionados entre alfabetos de sfmbolos que corresponden a cada una de las automodalidades del canal. En este ejemplo, hay cuatro automodalidades distintas, cada una de las cuales es capaz de llevar una cantidad distinta de informacion. Como ejemplo, se supone que la automodalidad 1 tiene una relacion C/I que permite que la 64-QAM (6 bits) se transmita de forma fiable, la automodalidad 2 permite la 16-QAM (4 bits), la automodalidad 3 permite la QPSK (2 bits) y la automodalidad 4 permite que se use la BPSK (1 bit). Por lo tanto, la combinacion de las cuatro automodalidades permite que se transmita un total de 13 bits de informacion simultaneamente como un sfmbolo de modulacion eficaz por las cuatro antenas en el mismo subcanal. El sfmbolo de modulacion eficaz para el subcanal asignado en cada antena es una combinacion lineal de los sfmbolos individuales asociados a cada automodalidad, como se describe por la multiplicacion matricial en la ecuacion (1) anterior.

La figura 5C es un diagrama de bloques de una parte de las unidades de procesamiento usadas para procesar el flujo de datos de canal S5. El flujo de datos codificados X5 se proporciona a un demultiplexor (DEMUX) 530 que demultiplexa el flujo X5 en doce flujos de datos de canal, Xs,n a X5,16, un flujo de datos de subcanal para cada uno de los subcanales adjudicados 5 a 16. Cada flujo de datos de subcanal se proporciona despues a un respectivo procesador de datos de subcanal 536 que genera los sfmbolos de modulacion para el flujo asociado de datos de subcanal. El flujo de sfmbolos de subcanal procedente de los procesadores de datos de canal 536a a 536l se proporciona despues, respectivamente, a los demultiplexores 538a a 538l. Cada demultiplexor 538 demultiplexa el flujo recibido de sfmbolos de subcanal en cuatro subflujos de sfmbolos, correspondiendo cada subflujo de sfmbolos a un subcanal particular en una antena especffica. Los cuatro subflujos de sfmbolos de cada demultiplexor 538 se proporcionan entonces a los cuatro combinadores 540a a 540d.

En la figura 5C, un flujo de datos de subcanal se procesa para generar un flujo de sfmbolos de subcanal que se demultiplexa despues en cuatro subflujos de sfmbolos, un subflujo de sfmbolos para un subcanal particular de cada antena. Esta implementacion es diferente a la descrita para la figura 4A. En la figura 4A, el flujo de datos de

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subcanal designado para un subcanal especffico se demultiplexa en varios subflujos de datos, un subflujo de datos para cada antena, y despues se procesa para generar los correspondientes subflujos de sfmbolos. La demultiplexacion en la figura 5C se realiza despues de la modulacion de sfmbolos, mientras que la demultiplexacion en la figura 4A se realiza antes de la modulacion de sfmbolos. Tambien pueden usarse otras implementaciones, y estan dentro del alcance de la presente invencion.

Cada combinacion del procesador de datos de subcanal 536 y del demultiplexor 538 en la figura 5C actua de manera similar, como la combinacion del procesador de datos de subcanal 532d y del demultiplexor 534d en la figura 5B. La velocidad de cada subflujo de sfmbolos desde cada demultiplexor 538 es, en promedio, un cuarto de la velocidad del flujo de sfmbolos desde el procesador asociado de datos de canal 536.

La figura 6 es un diagrama de bloques de una unidad receptora 600, que tiene multiples antenas receptoras, que puede usarse para recibir uno o mas flujos de datos de canal. Una o mas senales transmitidas desde una o mas antenas transmisoras pueden recibirse por cada una de las antenas 610a a 610r, y encaminarse a un respectivo procesador de interfaz frontal 612. Por ejemplo, la antena receptora 610a puede recibir varias senales transmitidas desde varias antenas transmisoras, y la antena receptora 610r puede recibir de manera similar multiples senales transmitidas. Cada procesador de interfaz frontal 612 acondiciona (por ejemplo, filtra y amplifica) la senal recibida, reduce la frecuencia de la senal recibida a una frecuencia intermedia o banda base, y muestrea y cuantifica la senal con frecuencia reducida. Cada procesador de interfaz frontal 612 tfpicamente demodula ademas las muestras asociadas a la antena especffica con el piloto recibido, para generar muestras "coherentes" que se proporcionan despues a un respectivo procesador de FFT 614, uno para cada antena receptora.

Cada procesador de FFT 614 genera representaciones transformadas de las muestras recibidas y proporciona un respectivo flujo de vectores de sfmbolos de modulacion. Los flujos de vectores de sfmbolos de modulacion de los procesadores de FFT 614a a 614r se proporcionan entonces al demultiplexor y a los combinadores 620, que canalizan el flujo de vectores de sfmbolos de modulacion desde cada procesador de FFT 614 en un cierto numero (hasta L) de flujos de sfmbolos de subcanal. Los flujos de sfmbolos de subcanal de todos los procesadores de FFT 614 se procesan despues, en base al modo de comunicaciones (por ejemplo, de diversidad o de MIMO) usado, antes de la demodulacion y la descodificacion.

Para un flujo de datos de canal transmitido usando el modo de comunicaciones de diversidad, los flujos de sfmbolos de subcanal desde todas las antenas usadas para la transmision del flujo de datos de canal se presentan a un combinador que combina la informacion redundante con respecto al tiempo, el espacio y la frecuencia. El flujo de sfmbolos de modulacion combinados se proporciona entonces a un procesador de canal (de diversidad) 630 y se demodula en consecuencia.

Para un flujo de datos de canal transmitido usando el modo de comunicaciones de MIMO, todos los flujos de sfmbolos de subcanal usados para la transmision del flujo de datos de canal se presentan a un procesador de MIMO que ortogonaliza los sfmbolos de modulacion recibidos en cada subcanal, en las distintas automodalidades. El procesador de MIMO realiza el procesamiento descrito por la ecuacion (2) anterior y genera varios subflujos de sfmbolos independientes, correspondientes al numero de automodalidades usado en la unidad transmisora. Por ejemplo, el procesador de MIMO puede realizar la multiplicacion de los sfmbolos de modulacion recibidos con los autovectores izquierdos, para generar sfmbolos de modulacion pos-acondicionados, que corresponden a los sfmbolos de modulacion anteriores al procesador de la CSI completa en la unidad transmisora. Despues, los flujos de sfmbolos (pos-acondicionados) se proporcionan a un procesador de canal (de MIMO) 630 y se demodulan en consecuencia. Por lo tanto, cada procesador de canal 630 recibe un flujo de sfmbolos de modulacion (para el modo de comunicaciones de diversidad) o un cierto numero de subflujos de sfmbolos (para el modo de comunicaciones de MIMO). Cada flujo o subflujo de sfmbolos de modulacion se proporciona despues a un respectivo demodulador (DEMOD) que implementa un esquema de demodulacion (por ejemplo, M-PSK, M-QAM u otros) que es complementario al esquema de modulacion usado en la unidad transmisora para el subcanal que se esta procesando. Para el modo de comunicaciones de MIMO, los datos demodulados de todos los demoduladores asignados pueden descodificarse despues independientemente, o multiplexarse en un flujo de datos de canal y descodificarse despues, dependiendo del procedimiento de codificacion y modulacion empleado en la unidad transmisora. Para ambos modos de comunicaciones de diversidad y de MIMo, el flujo de datos de canal desde el procesador 630 de canal puede proporcionarse entonces a un respectivo descodificador 640 que implementa un esquema de descodificacion complementario al usado en la unidad transmisora para el flujo de datos de canal. Los datos descodificados de cada descodificador 640 representan una estimacion de los datos transmitidos para ese flujo de datos de canal.

La figura 6 representa un modo de realizacion de una unidad receptora. Pueden contemplarse otros disenos, y estan dentro del alcance de la presente invencion. Por ejemplo, una unidad receptora puede disenarse con solo una antena receptora, o bien puede disenarse capaz de procesar simultaneamente multiples flujos de datos de canal (por ejemplo, voz, datos).

Como se ha indicado anteriormente, se usa la modulacion de multiportadora en el sistema de comunicaciones de la invencion. En particular, puede emplearse la modulacion de OFDM para proporcionar varias ventajas, incluyendo

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rendimientos mejorados en un entorno de multitrayecto, complejidad de implementacion reducida (en un cierto sentido, para la modalidad de MIMO de funcionamiento) y flexibilidad. Sin embargo, tambien pueden usarse otras variantes de la modulacion de multiportadora, y estan dentro del alcance de la presente invencion.

La modulacion de OFDM puede mejorar el rendimiento del sistema, debido a la dispersion de retardos de multitrayecto o al retardo diferencial de trayecto introducido por el entorno de propagacion entre la antena transmisora y la antena receptora. El enlace de comunicaciones (es decir, el canal de RF) tiene una dispersion de retardo que puede ser potencialmente mayor que la recfproca del ancho de banda operativo del sistema, W. Debido a esto, un sistema de comunicaciones que emplea un esquema de modulacion que tiene una duracion de sfmbolo de transmision menor que la dispersion de retardo experimental la interferencia entre sfmbolos (ISI). La ISI distorsiona el sfmbolo recibido y aumenta la probabilidad de deteccion incorrecta.

Con la modulacion de OFDM, el canal de transmision (o el ancho de banda operativo) se divide basicamente en un (gran) numero de subcanales (o subbandas) paralelos que se usan para comunicar los datos. Debido a que cada uno de los subcanales tiene un ancho de banda que es tfpicamente mucho menor que el ancho de banda de coherencia del enlace de comunicaciones, la ISI debida a la dispersion de retardo en el enlace se reduce significativamente, o se elimina, usando la modulacion de OFDM. Por el contrario, la mayorfa de los esquemas convencionales de modulacion (por ejemplo, QPSK) son sensibles a la ISI a menos que la velocidad de sfmbolos de transmision sea pequena en comparacion con la dispersion de retardo del enlace de comunicaciones.

Como se ha indicado anteriormente, pueden usarse prefijos cfclicos para combatir los efectos nocivos del multitrayecto. Un prefijo cfclico es una parte de un sfmbolo de OFDM (normalmente la parte frontal, despues de la IFFT) que se envuelve alrededor del final del sfmbolo. El prefijo cfclico se usa para retener la ortogonalidad del sfmbolo de OFDM, que se destruye tfpicamente por el multitrayecto.

Como ejemplo, se considera un sistema de comunicaciones en el que la dispersion de retardo del canal es menor de 10 ps. Cada sfmbolo de OFDM tiene adosado al mismo un prefijo cfclico que garantiza que el sfmbolo global retiene sus propiedades ortogonales en presencia de la dispersion de retardo del multitrayecto. Dado que el prefijo cfclico no lleva ninguna informacion adicional, es basicamente sobrecarga. Para mantener una buena eficacia, la duracion del prefijo cfclico se selecciona para que sea una pequena fraccion de la duracion global del sfmbolo de transmision. Para el ejemplo anterior, usando una sobrecarga del 5 % para considerar el prefijo cfclico, una duracion de sfmbolo de transmision de 200 ps es adecuada para una dispersion maxima de retardo de canal de 10 ps. La duracion de sfmbolo de transmision de 200 ps corresponde a un ancho de banda de 5 kKz para cada una de las subbandas. Si el ancho de banda global del sistema es de 1,2288 MHz, pueden proporcionarse 250 subcanales de aproximadamente 5 kHz. En la practica, es conveniente que el numero de subcanales sea una potencia de dos. Por lo tanto, si la duracion del sfmbolo de transmision se aumenta hasta 205 ps y el ancho de banda del sistema se divide entre M = 256 subbandas, cada subcanal tendra un ancho de banda de 4,88 kHz.

En ciertos modos de realizacion de la invencion, la modulacion de OFDM puede reducir la complejidad del sistema. Cuando el sistema de comunicaciones incorpora tecnologfa de MIMO, la complejidad asociada a la unidad receptora puede ser significativa, en particular cuando esta presente el multitrayecto. El uso de la modulacion de OFDM permite que cada uno de los subcanales sea tratado de manera independiente por el procesamiento de MIMO empleado. Por lo tanto, la modulacion de OFDM puede simplificar significativamente el procesamiento de senales en la unidad receptora cuando se usa la tecnologfa de MIMO.

La modulacion de OFDM tambien puede ofrecer flexibilidad anadida al compartir el ancho de banda del sistema, W, entre multiples usuarios. Especfficamente, el espacio de transmision disponible para sfmbolos de OFDM puede compartirse entre un grupo de usuarios. Por ejemplo, puede asignarse a los usuarios de voz de baja velocidad un subcanal o una fraccion de un subcanal en sfmbolos de OFDM, mientras que los restantes subcanales pueden asignarse a los usuarios de datos, en base a la demanda compuesta. Ademas, los datos de sobrecarga, difusion y control pueden llevarse en algunos de los subcanales disponibles o (posiblemente) en una parte de un subcanal.

Como se ha descrito anteriormente, cada subcanal en cada intervalo temporal se asocia a un sfmbolo de modulacion que se selecciona entre algun alfabeto, tal como M-PSK o M-QAM. En ciertas realizaciones, el sfmbolo de modulacion en cada uno de los L subcanales puede seleccionarse de tal forma que se hace un uso mas eficiente de ese subcanal. Por ejemplo, el subcanal 1 puede generarse usando QPSK, el subcanal 2 puede generarse usando BPSK, el subcanal 3 puede generarse usando 16-QAM, etc. Por lo tanto, para cada intervalo temporal, se generan hasta L sfmbolos de modulacion para los L subcanales y se combinan para generar el vector de sfmbolos de modulacion para ese intervalo temporal.

Uno o mas subcanales pueden asignarse a uno o mas usuarios. Por ejemplo, a cada usuario de voz se le puede asignar un unico subcanal. Los subcanales restantes pueden asignarse dinamicamente a usuarios de datos. En este caso, los subcanales restantes pueden asignarse a un unico usuario de datos, o dividirse entre multiples usuarios de datos. Ademas, algunos subcanales pueden reservarse para transmitir datos de sobrecarga, difusion y control. En ciertas realizaciones de la invencion, puede ser deseable cambiar la asignacion de subcanal de (posiblemente) un sfmbolo de modulacion a otro de manera pseudoaleatoria, para aumentar la diversidad y proporcionar algun

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promedio de interferencia.

En un sistema de CDMA, la potencia transmisora en cada transmision del enlace inverso se controla de tal forma que se alcanza la tasa de errores de trama (FER) requerida en la estacion base con la minima potencia transmisora, minimizando asf la interferencia a otros usuarios en el sistema. En el enlace directo del sistema de CDMA, la potencia transmisora tambien se ajusta para aumentar la capacidad del sistema.

En el sistema de comunicaciones de la invencion, la potencia de transmision en los enlaces directo e inverso puede controlarse para minimizar la interferencia y maximizar la capacidad del sistema. El control de potencia puede lograrse de varias maneras. Por ejemplo, el control de potencia puede realizarse sobre cada flujo de datos de canal, sobre cada subcanal, sobre cada antena, o sobre alguna otra unidad de medicion. Cuando se opera en el modo de comunicaciones de diversidad, si la perdida de trayecto de una antena espedfica es grande, la transmision desde esta antena puede reducirse o enmudecerse, ya que poco puede ganarse en la unidad receptora. De manera similar, si la transmision se produce por multiples subcanales, puede transmitirse menos potencia por el subcanal o subcanales que experimentan la mayor perdida de trayecto.

En una implementacion, el control de potencia puede lograrse con un mecanismo de retroalimentacion similar al usado en el sistema de CDMA. La informacion de control de potencia puede enviarse periodica o autonomamente desde la unidad receptora a la unidad transmisora, para dirigir a la unidad transmisora a fin de aumentar o reducir su potencia transmisora. Los bits de control de potencia pueden generarse en base, por ejemplo, a la BER o FER en la unidad receptora.

La figura 7 muestra graficos que ilustran la eficacia espectral asociada a algunos de los modos de comunicaciones del sistema de comunicaciones de la invencion. En la figura 7, el numero de bits por sfmbolo de modulacion para una tasa dada de errores de bit se da como una funcion de la relacion C/I para un cierto numero de configuraciones de sistema. La notacion NjXNr indica la dimension de la configuracion, con Nt = numero de antenas transmisoras y Nr = numero de antenas receptoras. Se simulan dos configuraciones de diversidad, concretamente 1 x2 y 1 x4, y cuatro configuraciones de MlMo, concretamente 2x2, 2x4, 4x4, y 8x4, y los resultados se proporcionan en la figura 7.

Como se muestra en los graficos, el numero de bits por sfmbolo para una BER dada oscila entre menos de 1 bps/Hz a casi 20 bps/Hz. A valores bajos de C/I, la eficacia espectral del modo de comunicaciones de diversidad y del modo de comunicaciones de MIMO son similares, y la mejora en la eficacia es menos apreciable. Sin embargo, a mayores valores de C/I, el aumento en la eficacia espectral con el uso del modo de comunicaciones de MIMO se vuelve mas drastico. En ciertas configuraciones de MIMO, y para ciertas condiciones, la mejora instantanea puede aumentar hasta 20 veces.

De estos graficos puede observarse que la eficacia espectral aumenta generalmente segun aumenta el numero de antenas transmisoras y receptoras. La mejora tambien se limita generalmente al menor entre Nt y Nr. Por ejemplo, ambas configuraciones de diversidad, 1x2 y 1 x4, alcanzan asintoticamente aproximadamente 6 bps/Hz.

Al examinar las diversas velocidades de datos alcanzables, los valores de eficacia espectral dados en la figura 7 pueden aplicarse a los resultados subcanal por subcanal, para obtener la gama de velocidades de datos posible para el subcanal. Como ejemplo, para una unidad de abonado que funciona con una relacion C/I de 5 dB, la eficacia espectral alcanzable para esta unidad de abonado esta entre 1 bps/Hz y 2,25 bps/Hz, dependiendo del modo de comunicaciones empleado. Por lo tanto, en un subcanal de 5 kHz, esta unidad de abonado puede sostener una velocidad maxima de datos en el intervalo de 5 kbps y 10,5 kbps. Si la relacion C/I es de 10 dB, la misma unidad de abonado puede sostener velocidades maximas de datos en el intervalo de 10,5 kbps y 25 kbps por subcanal. Con 256 subcanales disponibles, la maxima velocidad de datos sostenida para una unidad de abonado que funciona a una relacion C/I de 10 dB es entonces de 6,4 Mbps. Por lo tanto, dados los requisitos de la velocidad de datos de la unidad de abonado y la relacion C/I operativa para la unidad de abonado, el sistema puede asignar el numero necesario de subcanales para satisfacer los requisitos. En el caso de servicios de datos, el numero de subcanales asignados por intervalo temporal puede variar dependiendo, por ejemplo, de otra carga de trafico.

El enlace inverso del sistema de comunicaciones puede disenarse similar en estructura al enlace directo. Sin embargo, en lugar de canales de difusion y de control comun, puede haber canales de acceso aleatorio definidos en subcanales espedficos o en espedficas posiciones de sfmbolos de modulacion de la trama, o ambos. Estos pueden usarse por algunas de, o todas, las unidades de abonado para enviar solicitudes breves (por ejemplo, registro, solicitud de recursos, etc.) a la estacion central. En los canales de acceso comun, las unidades de abonado pueden emplear modulacion y codificacion comunes. Los canales restantes pueden adjudicarse a usuarios individuales como en el enlace directo. La asignacion y desasignacion de recursos (en ambos enlaces directo e inverso) pueden controlarse por el sistema y pueden comunicarse por el canal de control en el enlace directo.

Una consideracion de diseno para el enlace inverso es el maximo retardo de propagacion diferencial entre la unidad de abonado mas cercana y la unidad de abonado mas alejada. En sistemas donde este retardo es pequeno con respecto a la duracion del prefijo dclico, puede no ser necesario realizar la correccion en la unidad transmisora. Sin

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embargo, en sistemas en los que el retardo es significativo, el prefijo cfclico puede extenderse para tener en cuenta el retardo incremental. En algunos casos, puede ser posible hacer una estimacion razonable del retardo de ida y vuelta y corregir el tiempo de transmision de manera que el sfmbolo llegue a la estacion central en el instante correcto. Normalmente, hay algun error residual, por lo que el prefijo cfclico puede tambien extenderse adicionalmente para asimilar este error residual.

En el sistema de comunicaciones, algunas unidades de abonado en el area de cobertura pueden ser capaces de recibir senales desde mas de una estacion central. Si la informacion transmitida por multiples estaciones centrales es redundante por dos o mas subcanales y/o desde dos o mas antenas, las senales recibidas pueden combinarse y demodularse por la unidad de abonado usando un esquema de combinacion de diversidad. Si el prefijo cfclico empleado es suficiente para abordar el retardo de propagacion diferencial entre la llegada mas temprana y la mas tardfa, las senales pueden combinarse (optimamente) en el receptor y demodularse correctamente. Esta recepcion de diversidad se conoce bien en las aplicaciones de difusion de OFDM. Cuando los subcanales se asignan a unidades especfficas de abonado, es posible que la misma informacion por un subcanal especffico se transmita desde un cierto numero de estaciones centrales a una unidad especffica de abonado. Este concepto es similar al traspaso suave usado en los sistemas de CDMA.

Como se ha mostrado anteriormente, la unidad transmisora y la unidad receptora estan ambas implementadas con diversas unidades de procesamiento que incluyen diversos tipos de procesadores de datos, codificadores, IFFT, FFT, demultiplexores, combinadores, etc. Estas unidades de procesamiento pueden implementarse de diversas maneras, tal como un circuito integrado especffico para la aplicacion (ASIC), un procesador de senales digitales, un microcontrolador, un microprocesador, u otros circuitos electronicos disenados para realizar las funciones descritas en el presente documento. Ademas, las unidades de procesamiento pueden implementarse con un procesador de proposito general o un procesador especialmente disenado, operado para ejecutar codigos de instruccion que logran las funciones descritas en el presente documento. Por lo tanto, las unidades de procesamiento descritas en el presente documento pueden implementarse usando hardware, software, o una combinacion de ambos.

La descripcion anterior de los modos de realizacion preferidos se proporciona para permitir que cualquier experto en la tecnica realice o use la presente invencion. Diversas modificaciones de estos aspectos resultaran facilmente evidentes a los expertos en la tecnica, y los principios genericos definidos en el presente documento pueden aplicarse a otros modos de realizacion sin el uso de la facultad inventiva. Por lo tanto, la presente invencion no pretende limitarse a los modos de realizacion mostrados en el presente documento, sino que se le concede el alcance mas amplio como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato para medir y notificar caracterfsticas de transmision de un canal de propagacion en un sistema de comunicacion de entrada multiple/salida multiple (100), que comprende:

medios para recibir, por una pluralidad de antenas de recepcion (122A-122R), sfmbolos piloto en al menos algunos de los subcanales de una pluralidad de subconjuntos de subcanales de una pluralidad respectiva de antenas transmisoras (116A-116T) de una unidad de transmision, en el que los subconjuntos de subcanal son disjuntos;

medios para distinguir diferentes respuestas de canal de diferentes patrones de antena de transmision- recepcion mediante la determinacion de un conjunto de caracterfsticas de transmision para al menos uno de la pluralidad de subcanales, en el que determinar el conjunto de caracterfsticas de transmision utiliza los sfmbolos piloto recibidos en las antenas de recepcion (122A-122R); y

medios para notificar una senal de informacion a la unidad transmisora, en el que la senal de informacion lleva el conjunto de caracterfsticas de transmision para al menos uno de la pluralidad de subcanales.
2. El aparato de la reivindicacion 1, que comprende ademas medios para la compresion de las caracterfsticas de transmision en una matriz reducida y en el que los medios para la notificacion comprenden medios para notificar una representacion de la matriz reducida a la unidad transmisora (110).
3. El aparato de la reivindicacion 2, en el que la representacion de la matriz reducida es la mitad de una matriz hermitiana.
4. El aparato de la reivindicacion 3, en el que el al menos un sfmbolo piloto esta codificado ortogonalmente.
5. El aparato de la reivindicacion 4, en el que el modulo ortogonal comprende un codigo de Walsh.
6. El aparato de la reivindicacion 1, en el que el al menos un sfmbolo piloto comprende un preambulo.
7. El aparato de la reivindicacion 1, en el que el al menos un sfmbolo piloto comprende varios sfmbolos OFDM

consecutivos.
8. El aparato de la reivindicacion 1, en el que las caracterfsticas de transmision comprenden informacion de interferencia.
9. El aparato de la reivindicacion 8, en el que las caracterfsticas de transmision comprenden informacion de interferencia para cada uno de la pluralidad de subcanales.
10. El aparato de la reivindicacion 1, en el que las caracterfsticas de transmision comprenden un nivel de interferencia media.