ES2641488T3

ES2641488T3 - Métodos y sistemas para precodificación combinada y diversidad de retardo cíclico

Info

Publication number: ES2641488T3
Application number: ES15159987.5T
Authority: ES
Inventors: George JÖNGREN; Bo Göransson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2017-11-10
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: DK2119038T3; CN103475398A; JP4865871B2; US20080192856A1; AR065320A1; US8693566B2; WO2008100214A1; US20120082202A1; US20140169498A1; CN101611568B; EP2899897B1; PT2899897T; EP2899897A1; CA2677065A1; US20150244435A1; CN101611568A; ES2536188T3; PL2119038T3; JP2010518778A; MA31192B1

Description

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DESCRIPCION

Metodos y sistemas para precodificacion combinada y diversidad de retardo dclico Campo tecnico

La presente invencion se refiere de manera general a sistemas, dispositivos, software y metodos de radiocomunicacion y, mas particularmente, a mecanismos y tecnicas para combinar precodificacion y diversidad de retardo dclico asociada con la misma.

Antecedentes

En sus comienzos la radiotelefoma fue disenada y usada para comunicaciones de voz. Segun continuo madurando la industria de la electronica de consumo y aumentaron las capacidades de los procesadores, mas dispositivos llegaron a estar disponibles para un uso que permitio la transferencia inalambrica de datos entre dispositivos y mas aplicaciones llegaron a estar disponibles para operar en base a tales datos transferidos. De particular interes son Internet y las redes de area local (LAN). Estas dos innovaciones permitieron a multiples usuarios y multiples dispositivos comunicar e intercambiar datos entre diferentes dispositivos y tipos de dispositivo. Con la llegada de estos dispositivos y capacidades, los usuarios (tanto de negocios como residenciales) encontraron la necesidad de transmitir datos, asf como voz, desde ubicaciones moviles.

La infraestructura y las redes que soportan esta transferencia de voz y datos han evolucionado del mismo modo. Aplicaciones de datos limitadas, tales como mensajena de texto, fueron introducidas en los denominados sistemas “2G”, tales como el Sistema Global para comunicaciones Moviles (GSM). Los datos por paquetes sobre sistemas de radiocomunicacion llegaron a ser mas utilizables en GSM con la adicion del Servicio General de Radio por Paquetes (GPRS). Los sistemas 3G y, entonces, las radiocomunicaciones de ancho de banda incluso mayor introducidas por los estandares de Acceso Radio Terrestre Universal (UTRA) hicieron a aplicaciones como navegar la web mas facilmente accesibles a millones de usuarios (y con un retardo mas tolerable).

Incluso segun se lanzan nuevos disenos de red por los fabricantes de redes, estan bajo discusion y desarrollo sistemas futuros que proporcionan flujos maximos de datos mayores a dispositivos de usuario final. Por ejemplo, el denominado proyecto de estandarizacion de Evolucion a Largo Plazo (LTE) del 3GPP se pretende que proporcione una base tecnica para las radiocomunicaciones en las decadas venideras. Entre otras cosas de importancia con respecto a los sistemas LTE esta que proporcionaran comunicaciones de enlace descendente (es decir, la direccion de transmision desde la red al terminal movil) usando multiplexacion por division de frecuencia ortogonal (OFDM) como formato de transmision y proporcionaran comunicaciones de enlace ascendente (es decir, la direccion de transmision desde el terminal movil a la red) usando acceso multiple por division de frecuencia (FDMA) de portadora unica.

Otro rasgo interesante de LTE es su soporte de multiples antenas tanto en el lado de transmision como el lado de recepcion. Esto proporciona la oportunidad de influir varias tecnicas diferentes para mejorar la calidad y/o tasa de datos de las senales de radio recibidas. Tales tecnicas incluyen, por ejemplo, diversidad contra desvanecimiento (por ejemplo, diversidad espacial), conformando el haz de antena total para maximizar la ganancia en la direccion del objetivo (conformacion de haz) y la generacion de lo que se puede ver como “canales” multiples, paralelos para mejorar la utilizacion del ancho de banda (multiplexacion espacial o multiples entradas multiples salidas (MIMO)).

La precodificacion es una tecnica popular usada en conjunto con transmision de multiples antenas. El principio basico implicado en la precodificacion es mezclar y distribuir los sfmbolos de modulacion sobre las antenas mientras que tambien se tienen en cuenta potencialmente las condiciones del canal actual. La precodificacion se puede implementar, por ejemplo, multiplicando la informacion que transporta un vector de sfmbolo que contiene sfmbolos de modulacion por una matriz que se selecciona para coincidir con el canal. Las secuencias de vectores de sfmbolos forman de esta manera un conjunto de flujos de sfmbolo paralelos y cada flujo de sfmbolos tal se conoce como una “capa”. De esta manera, dependiendo de la eleccion del precodificador en una implementacion particular, una capa puede corresponder directamente a una cierta antena o una capa se puede distribuir, a traves de la correlacion del precodificador, sobre varias antenas.

La diversidad de retardo dclico (CDD) es una forma de precodificacion de bucle abierto en la cual la matriz de precodificacion es variada intencionadamente sobre la frecuencia dentro del ancho de banda de transmision (o sistema). Tfpicamente, esto se realiza introduciendo diferente retardo de tiempo dclico para las diferentes antenas o se realiza alternativamente variando la fase de las senales transmitidas desde las diferentes antenas. Este tipo de cambio de fase supone que el canal eficaz, que comprende el canal verdadero y la precodificacion CDD, vana mas rapido sobre la frecuencia que el canal original. Distribuyendo la transmision sobre la frecuencia, este tipo de selectividad en frecuencia inducida artificialmente es util en el logro de diversidad de frecuencia.

Una de las caractensticas mas significativas de las condiciones del canal de radio a considerar en el contexto de transmision con multiples antenas y alta tasa es el denominado rango de canal. En terminos generales, el rango de canal puede variar desde uno hasta el mmimo del numero de antenas de transmision y recepcion. Por ejemplo, dado un sistema 4x2 como ejemplo, es decir, un sistema con cuatro antenas de transmision y dos antenas de recepcion,

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el rango de canal maximo es dos. El rango de canal asociado con una conexion particular vana en tiempo y frecuencia segun el desvanecimiento rapido altera los coeficientes de canal. Ademas, el rango de canal determina cuantas capas, tambien conocidas como el rango de transmision, se pueden transmitir con exito simultaneamente. Por ejemplo, si el rango de canal es uno en el instante de la transmision de dos capas, hay una fuerte probabilidad de que las dos senales que corresponden a las dos capas interfieran tanto que ambas de las capas se detecten erroneamente en el receptor. En conjunto con la precodificacion, adaptar la transmision al rango de canal implica esfuerzos para usar tantas capas como el rango de canal.

La Figura 1 ilustra una estructura de transmision 108 para combinar CDD y, posiblemente dependiente del canal, precodificacion. Dentro de la misma, cada capa 110 creada por el transmisor presenta un flujo de informacion que transporta sfmbolos de modulacion al precodificador basado en CDD 112 como una secuencia de vectores de sfmbolo 114. El precodificador CDD 112 aplica las dos matrices 116 y 118 ilustradas dentro del mismo a cada vector de simbolo entrante para realizar el proceso de precodificacion. Mas especificamente, el precodificador CDD 112

primero aplica la matriz ^ntxi 118 al vector de simbolo 114, seguida por la matriz CDD diagonal 116. La matriz

UA

118 es un subconjunto de columnas de una matriz unitaria (posiblemente reducida), r indica el rango de transmision y Nt es el numero de antenas de transmision en el dispositivo de transmision. La notacion

A A

k*l significa una matriz que tiene k filas y / columnas. La matriz CDD diagonal 116 tiene valores no cero a lo

largo de la diagonal que incluyen un valor de cambio de fase de antena 0 indexado por un parametro k que es una funcion de la frecuencia. Si se usa OFDM para la transmision, k puede representar por ejemplo el mdice de subportadora o el mdice de elemento de recursos de datos estrechamente relacionado (que excluye elementos de recursos que contienen sfmbolos de referencia). Tambien se debena senalar que k puede ser una funcion mas arbitraria de la posicion de los elementos de recursos en la red de recursos en OFDM. El vector de simbolo de modulacion precodificado, resultante entonces se saca, por ejemplo, para correlacion de recursos y modulacion OFDM 120, anterior a ser transmitido a traves de las antenas 122 (tambien conocidas como puertos de antena).

La estructura de transmision 108 ilustrada en la Figura 1 se puede utilizar de varias formas. Por ejemplo, una opcion

es usar una matriz unitaria, independiente de canal, fija ^ntxi 118 con un cierto numero de columnas r correspondiente al rango de transmision. La matriz unitaria 118 sirve para distribuir cada simbolo en todas las antenas 122, mientras que la matriz CDD diagonal 116 vana (cambia) la fase de cada antena 122. Esto aumenta la selectividad en frecuencia del canal eficaz que experimenta cada capa 110 lo cual, como se menciono anteriormente, se puede usar para lograr diversidad de frecuencia (asf como diversidad de multiples usuarios cuando se usa programacion en el dominio de frecuencia).

Hay, no obstante, ciertos problemas asociados con usar la estructura de transmision 108 ilustrada en la Figura 1 para realizar precodificacion. Las propiedades de correlacion espacial vanan como una funcion de k y estas variaciones necesitan ser rapidas con el fin de asegurar suficiente diversidad de frecuencia por encima incluso de transmisiones de mas bien banda estrecha. Esto hace difmil para un receptor estimar las propiedades de interferencia que se deriva de tal tipo de transmisiones. La estructura de transmision 108 tampoco proporciona suficiente libertad para disenar la precodificacion sobre los puertos de antena. Ademas, considerando por ejemplo una transmision de rango uno r= 1, la estructura de transmision 108 usara inherentemente una columna de la matriz

^NTxr -|18 para aplicar al vector de simbolo entrante 114. Esta columna por ejemplo (en un escenario de dos antenas de transmision) sena igual a [1,1]. De esta manera, esta columna junto con la matriz CDD diagonal 116, forma un conformador de haz selectivo en frecuencia que se puede variar de una forma periodica sobre el ancho de banda programado. El periodo dependera de la velocidad seleccionada de las variaciones de fase. No obstante, tal conformacion de haz puede ser problematica debido a que, si el canal MIMO se correlaciona en el lado de transmision, puede ocurrir una cancelacion severa de senales en algunas frecuencias. Si la tasa de codificacion no es lo bastante baja sobre el ancho de banda programado, esto provocara a su vez errores de comunicacion. Una cancelacion similar puede ocurrir incluso para rangos de transmision mayores que uno. Asf, generalmente, sera difmil usar tasas de codificacion altas en conjunto con la estructura de transmision 108 (y su tecnica para precodificacion) si el ancho de banda programado esta por encima una parte significativa del periodo del conformador de haz mencionado anteriormente. Tal escenario, no obstante, tipicamente ocurre cuando se usa el CDD de retardo grande, es decir, correspondiente a variaciones de cambio de fase rapidas en el dominio de frecuencia.

Un ejemplo representativo se encuentra en el documento del 3GPP R1-070655 “CDD-based precoding for DL MIMO” (QUALCOMM Europe), que describe un esquema de precodificacion basado en CDD convencional similar a aquel tratado anteriormente para la Fig. 1. Este esquema sufre de inconvenientes similares a los mencionados anteriormente. Aqrn, la estacion base selecciona una mejor precodificacion para el canal de datos en base a una metrica de capacidad de suma y la fiabilidad de realimentacion que se notifica por cada UE para la matriz de precodificacion mejor propagada cuando se evaluan las submatrices candidatas para cada subbanda. Eligiendo un retardo dclico adecuado entre un retardo cero/pequeno y un retardo grande, es posible adaptar eficientemente a un modo MIMO adecuado con una unica estructura de precodificacion unificada.

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Por consiguiente, sena deseable proporcionar sistemas, metodos, dispositivos y software de precodificacion que eviten los problemas e inconvenientes antes descritos.

Compendio

La invencion se define por las reivindicaciones independientes.

Breve descripcion de los dibujos

Los dibujos anexos, que se incorporan en y constituyen una parte de la especificacion, ilustran una o mas realizaciones y, junto con la descripcion, explican estas realizaciones. En los dibujos:

la Figura 1 ilustra una estructura de transmision que incluye un precodificador convencional;

la Figura 2 ilustra una red de acceso LTE ejemplar en la que se pueden implementar las realizaciones ejemplares;

la Figura 3 representa un procesamiento de senal de informacion de capa ffsica LTE ejemplar con el cual se pueden asociar las realizaciones ejemplares;

la Figura 4 muestra en mas detalle un ejemplo de una funcion de correlacion de antena;

la Figura 5 ilustra una estructura de transmision que incluye un precodificador segun una realizacion ejemplar;

la Figura 6 es un diagrama de bloques de un dispositivo de transmision ejemplar en el que se puede implementar una precodificacion segun estas realizaciones ejemplares;

la Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un metodo para transmitir senales de informacion segun una realizacion ejemplar;

la Figura 8 es un diagrama de bloques de un dispositivo de recepcion ejemplar en el que se pueden procesar senales que se han precodificado segun estas realizaciones ejemplares; y

la Figura 9 es un diagrama de flujo que ilustra un metodo para procesar senales de informacion recibidas. Descripcion detallada

La siguiente descripcion de las realizaciones ejemplares de la presente invencion se refiere a los dibujos anexos. Los mismos numeros de referencia en diferentes dibujos identifican los mismos o similares elementos. La siguiente descripcion detallada no limita la invencion. En su lugar, el alcance de la invencion se define por las reivindicaciones adjuntas.

La siguiente descripcion y los dibujos anexos ilustran tanto las realizaciones de la invencion que comprenden los rasgos de las reivindicaciones independientes como otras realizaciones de invenciones relacionadas que no comprenden todos los rasgos de las reivindicaciones independientes pero son utiles para una mejor comprension de la invencion reivindicada.

Como se menciono anteriormente, la estructura de transmision 108 ilustrada en la Figura 1 y, mas particularmente, el precodificador CDD 112, sufren de ciertos inconvenientes cuando se considera su aplicabilidad en el contexto de las matrices 118 que son independientes de canal. Ademas del problema descrito en la seccion Antecedentes, puede ocurrir otro problema con la estructura de transmision 108 si la precodificacion dependiente de canal ha de ser usada en conjunto con CDD. Dado que la matriz CDD diagonal 116 se aplica al vector de sfmbolo 114 antes que, en este ejemplo, la matriz de precodificacion dependiente de canal 118, la matriz de precodificacion 118 entonces necesitara tratar con un canal eficaz mas selectivo en frecuencia, es decir, que comprende el canal verdadero y la matriz diagonal CDD aplicada 118. Con el fin de asegurar un esquema de precodificacion eficaz bajo estas circunstancias, el precodificador 112 entonces debe conmutar la matriz de representacion de elementos 118 a una granularidad de frecuencia mas fina que si solamente estuviera presente el canal original. Esto, a su vez, puede conducir a una sobrecarga de senalizacion sustancialmente mayor debido a que los elementos del precodificador que se usan para precodificar los sfmbolos transmitidos se identifican tfpicamente al receptor en forma de senalizacion (sobrecarga) adicional.

Segun realizaciones ejemplares estos problemas se abordan proporcionando una estructura de transmision diferente en la que se aplica un elemento precodificador (dependiente de canal o independiente de canal) adicional al vector de sfmbolo sacado de la operacion CDD que comprende una aplicacion de una matriz CDD diagonal y un subconjunto de columnas de una matriz unitaria independiente de canal como se ha descrito anteriormente. Esto se puede ver, por ejemplo, observando la matriz adicional 515 en la Figura 5, donde para referencia futura, se debena senalar que el vector de sfmbolo despues de la aplicacion de la matriz CDD diagonal se conoce como antenas virtuales. El vector resultante x(k) transmitido en un recurso indexado por k se puede escribir de esta manera como

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*(*) = W„tX,(*)D(A:)U/x,s(*) (1)

donde D(k) es la segunda matriz CDD diagonal 516 y se enfatiza que la tercera matriz de precodificacion 515, W (k)

, potencialmente puede ser diferente para diferentes valores de k. El parametro l aqu tipicamente se fijarfa para igualar el rango de transmision r. Estas realizaciones ejemplares se pueden usar, por ejemplo, para anadir una etapa de precodificacion dependiente de canal directamente en la entrada del canal verdadero (es decir, sacar sobre los puertos de antena), que a su vez permite a la CDD ser combinada con precodificacion dependiente de canal sin requerir una granularidad de precodificacion mas fina, ahorrando de esta manera sobrecarga de senalizacion. Incluso si la tercera matriz de precodificacion no es dependiente de canal, la estructura indicada por las realizaciones ejemplares proporciona libertad adicional en la seleccion de precodificadores adecuados para la tercera etapa de precodificacion para evitar alguno de los problemas mencionados previamente asociados con el uso de la estructura 108.

Para proporcionar algun contexto para la discusion mas detallada de CDD y precodificacion combinadas segun estas realizaciones ejemplares, consideremos primero el sistema de radiocomunicacion ejemplar ilustrado en las Figuras 2-4. Comenzando con los nodos e interfaces de red de acceso de radio en la Figura 2, se vera que este ejemplo particular se proporciona en el contexto de sistemas LTE. Sin embargo, la presente invencion no esta limitada en su aplicabilidad a transmisores o transmisiones asociadas con sistemas LTE y en su lugar se puede usar en cualquier sistema en donde se emplean multiples antenas de transmision y precodificacion, incluyendo, pero no limitado a Acceso Multiple por Division de Codigo de Banda Ancha (WCDMA), GSM, UTRA, E-UtRa, Acceso por Paquetes de Alta Velocidad (HSPA), UMB, WiMaX y otros sistemas, dispositivos y metodos. Dado que, no obstante, el ejemplo en la Figura 2 se proporciona en terminos de LTE, el nodo de red que transmite y recibe sobre la interfaz aerea se denomina eNodoB, varios de cuyos eNodosB 200 se ilustran dentro de la misma.

En el contexto de la interfaz aerea, cada eNodoB 200 es responsable de transmitir senales hacia y recibir senales desde, una o mas celdas 202. Cada eNodoB incluye multiples antenas, por ejemplo, 2, 4 o mas antenas de transmision y maneja funciones incluyendo, pero no limitado a codificacion, decodificacion, modulacion, demodulacion, intercalado, desintercalado, etc., con respecto a la capa ffsica de tales senales. Senalar que la frase “antenas de transmision” como se usa en la presente memoria pretende incluir espedficamente y ser generica a, antenas ffsicas, antenas virtuales y puertos de antena. Los eNodosB 200 tambien son responsables de muchas funciones superiores asociadas con el manejo de comunicaciones en el sistema incluyendo, por ejemplo, programacion de usuarios, decisiones de traspaso y similares. El lector interesado que desee mas informacion con respecto a las funciones de transmision o recepcion asociadas con LTE u otros sistemas en los que se puedan desplegar estas realizaciones ejemplares es dirigido hacia el libro titulado “3G Evolution - HSPA and LTE for Mobile Broadband”, de Erik Dahlman et al., publicado por Elsevier Ltd, 2007.

Sin embargo, para tratar brevemente el procesamiento en banda base asociado con la transmision de senales en el enlace descendente (es decir, posiblemente transferido a traves de la red central 203 a un eNodoB 200 y luego dentro de las celdas 202 hacia un terminal o estaciones moviles objetivo, por ejemplo, la MS 204 en la Figura 2), consideramos la Figura 3. Dentro de la misma, estan siendo procesados dos bloques de transporte de datos 300 para transmision por un eNodoB 200 usando multiplexacion espacial. Se insertan bits de comprobacion de redundancia dclica (CRC) en los pasos 302 para ser usados por el receptor para detectar errores. Se aplica codificacion de canal a los bloques de transporte en los pasos 304 para proporcionar proteccion a los datos de carga util frente a las degradaciones presentadas por el canal de radio. Los pasos de peticion de retransmision automatica hubrida (HARQ) 306 operan para extraer o repetir bits de codigo a partir de los bloques de bits de codigo proporcionados por el codificador de canal para generar un conjunto preciso de bits a ser transmitidos dentro de un intervalo de tiempo de transmision (TTI), por ejemplo, en base a diversos criterios tales como el numero de bloques de recursos asignados, el esquema de modulacion seleccionado y el orden de multiplexacion espacial.

En el paso 308, las palabras de codigo sacadas del bloque HARQ se aleatorizan (multiplican) por una secuencia o mascara de aleatorizacion a nivel de bit, que ayuda a la recepcion en la supresion de interferencia para la senal de radio. La modulacion de datos seleccionada, por ejemplo, Modulacion por Desplazamiento de Fase en Cuadratura (QPSK), Modulacion de Amplitud en Cuadratura (QaM) 16, o QAM 64, entonces se aplica en el paso 310 para transformar bloques de bits aleatorizados en los bloques correspondientes de sfmbolos de modulacion. Estos sfmbolos de modulacion entonces se correlacionan a diferentes antenas y/o diferentes puertos de antena en el paso 312. En nomenclatura de LTE, un puerto de antena corresponde a la transmision de una senal de referencia de enlace descendente particular que puede o no, corresponder a una antena ffsica, real. Los sfmbolos a ser transmitidos en cada antena (1-n en la Figura 3, por ejemplo, 2, 4, 8, 16) entonces se correlacionan a los bloques de recursos respectivos 314 y se envfan fuera para procesamiento OFDM (no mostrado) anterior a la transmision por el eNodoB 200.

De particular interes en el procesamiento de enlace descendente para estas realizaciones ejemplares es el paso/bloque de correlacion de antena 312. El proceso de correlacion de antena se puede subdividir ademas en correlacion de capa de las palabras de codigo sacadas desde el bloque de modulacion 310 y precodificacion de los vectores de sfmbolo resultantes para generar los sfmbolos correlacionados de antena (o puerto de antena), como se

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muestra en la Figura 4. Dentro de la misma se proporciona un ejemplo con dos conjuntos de palabras de codigo que se correlacionan por la funcion de correlacion de capas 400 en tres capas. Se ilustran en la Figura 4 dos vectores de sfmbolo v1 y v2 asociados con las tres capas. Estos vectores de sfmbolo entonces se precodifican aplicando una o mas matrices de precodificacion por la funcion de precodificacion 402, es decir, por la multiplicacion de matriz de la matriz o matrices de precodificacion con los vectores de sfmbolo entrantes. Segun una realizacion ejemplar, la funcion de precodificacion 402 puede aplicar tres matrices diferentes como se describira mas adelante con respecto a la Figura 5. Se apreciara que las selecciones de correlacion de tres capas y cuatro antenas en la Figura 4 son puramente ejemplares. La seleccion del numero de capas, como se describio anteriormente, variara en base al rango de canal (entre posiblemente otros criterios) y el numero de antenas puede variar de un sistema a otro o incluso entre dispositivos de transmision dentro de sistemas.

La Figura 5 ilustra un precodificador segun realizaciones ejemplares que se puede usar para realizar precodificacion, por ejemplo, como se describe con respecto a los bloques 312 y 402 anteriores. Dentro de la misma, cada capa 510 creada por el transmisor presenta un flujo de sfmbolos de modulacion para el precodificador basado en CDD 512 como una secuencia de vectores de sfmbolo 514. El precodificador CDD 512 aplica las tres matrices 515, 516 y 518 ilustradas dentro del mismo a cada vector de simbolo entrante para realizar el proceso de precodificacion. Mas

especificamente, el precodificador CDD 512 segun esta realizacion ejemplar primero aplica la matriz 518, la cual es un subconjunto de columnas de una matriz / x / unitaria posiblemente reducida, al vector de simbolo 514,

W

seguida por la matriz CDD diagonal 516, seguida entonces por una matriz de precodificacion Nrx' 515 provocando el vector de transmision dado previamente en la ecuacion (1).

Las columnas de la matriz 518 se toman de una matriz unitaria posiblemente reducida. Una matriz unitaria presenta la propiedad de que su inversa es igual a la transpuesta conjugada compleja de la matriz unitaria de interes. De esta manera, las columnas de la matriz 518 son ortogonales y de igual norma. La primera matriz aplicada 518 opera para propagar los sfmbolos a traves de los puertos de antena. La segunda matriz CDD aplicada 516 tendra las cualidades de una matriz diagonal, es decir, los elementos en una diagonal son no cero y los restantes elementos de la matriz son cero. Esta matriz CDD 516 opera para variar (cambiar) la fase de cada antena o puerto de antena 522. La tercera matriz aplicada, de precodificacion 515 opera para distribuir la energfa de transmision a traves de las antenas o los puertos de antena. Se puede determinar o bien de manera independiente de canal o bien en base a, al menos en parte, las condiciones actuales de canal de radio provocando una operacion del precodificador dependiente de canal. Como se trato anteriormente, la aplicacion de estas matrices a los vectores de simbolo entrantes se puede realizar por una unidad de procesamiento dentro del transmisor por medio de multiplicacion de matrices.

El parametro l se introduce en esta realizacion ejemplar como un parametro de tamano de las tres matrices usadas para realizar precodificacion, es decir, el numero de columnas en la ultima matriz de precodificacion aplicada 515, el numero de filas y columnas en la segunda matriz CDD diagonal aplicada 516 y el numero de filas en la primera matriz unitaria aplicada 518. De esta manera, a diferencia de la estructura de transmision ilustrada en la Figura 1, el tamano de las matrices implicadas en la realizacion de la precodificacion segun estas realizaciones ejemplares puede variar dinamicamente para un transmisor dado segun el rango de transmision del canal (o el numero de capas), por ejemplo, el numero de filas en la matriz unitaria 518 puede ser diferente del numero de antenas de transmision. Como se menciono previamente, el parametro l se fija tfpicamente igual al rango de transmision r. Por el contrario, las matrices 116 y 118 tratadas anteriormente con respecto a la Figura 1 se dimensionaron de manera fija al numero de antenas de transmision asociadas con el transmisor particular que realiza la precodificacion.

Mirando mas de cerca a las tres matrices usadas para realizar la precodificacion segun esta realizacion ejemplar

mostradas en la Figura 5, la matriz 518 es, como la matriz 118, un subconjunto de columnas de una matriz unitaria (posiblemente reducida) donde / indica el numero de filas en la matriz y r indica el rango de transmision y el

numero de columnas. La matriz CDD diagonal 516 incluye elementos exP0^n^) a lo largo de la diagonal en donde 0 n representa un valor de fase asociado con una antena o puerto de antena particular y k es un mdice asociado con un elemento de recursos particular (por ejemplo indices de todas las subportadoras o indices solamente de aquellas

W

subportadoras que transportan datos mas que aquellas que transportan simbolos de referencia). La matriz Nrx' 515 es una matriz de precodificacion que puede tener diversos valores, por ejemplo, para realizar conformacion de haces dependiente de canal o precodificacion de una manera independiente de canal, algunos ejemplos de las cuales se describen mas adelante y que tiene un tamano de Nt (el numero de antenas/puertos de antena de transmision en el dispositivo de transmision) por l. El vector de simbolo de modulacion precodificado, resultante entonces se saca para, por ejemplo, correlacion de recursos y modulacion OFDM 520, anterior a ser transmitido a traves de las antenas 522.

W

Segun estas realizaciones ejemplares, la matriz de precodificacion 515 Nrx' ahora se aplica directamente sobre la

W

matriz de canal MIMO. Esto supone que, por ejemplo en el caso de una precodificacion dependiente de canal, Nrx' puede “ver” el canal verdadero que no esta afectado por ninguna operacion CDD potencial. La matriz CDD diagonal

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y se pueden usar entonces para realizar la operacion CDD en el nuevo canal eficaz, mejorado que comprende

W,

el canal verdadero y Nix'. El numero de filas / se puede adaptar ademas de manera que la operacion CDD se

realice solamente entre las antenas virtuales tomadas como entrada a

W„

Por ejemplo, para rango de transmision uno (y por lo tanto, el numero de capas es uno dado que estos ejemplos

W

tienen que ver con multiplexacion espacial), / se podria fijar a uno, la matriz diagonal seria 1 y Nrx' seria un vector

W

de columna que realiza posiblemente una conformacion de haz dependiente de canal. Si se usan diferentes Nrx' para diferentes indices k es posible una precodificacion dependiente de frecuencia. De manera similar, para rango

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de transmision dos, / podria ser dos, podria tener dos columnas y Nix' podria ser dependiente de canal y

tener dos columnas tambien. La matriz diagonal junto con entonces realiza una operacion tipo CDD en las antenas virtuales, lo que significa que las dos capas ven una mezcla de los canales de antenas virtuales que a su

W

vez se forman a partir del canal verdadero y ntx1 . De esta manera, las tres matrices 515, 516 y 518 se podrian seleccionar, por ejemplo, a partir de la siguiente tabla:

Numero Maximo de Capas: W D U

1: a b [1] [l]

2: c d e f 8 0" 0 h "k r m n

Dentro de la misma, las variables a, b, c, d, e, f, g, h, k, l, m y n representan valores, potencialmente complejos, que se seleccionan para proporcionar las funciones o tipos de matriz descritos anteriormente, provocando un denominado libro de codigos de precodificador. Ejemplos de estos valores se pueden encontrar, por ejemplo, en la especificacion de estandares TS 36.211 v1.3.1 (08-2007) del 3GPP, en la seccion 6.3.3.2. Usando la precodificacion como se ha descrito anteriormente y se ha ilustrado en la Figura 5, la conformacion de haz en las antenas virtuales (puertos de antena) propaga energfa en los subespacios designados, cuyos subespacios centran la energfa de transmision hacia el destinatario previsto (por ejemplo, estacion movil) de la transmision. Tambien es posible una precodificacion independiente de canal por ejemplo en el sentido de variar la seleccion de precodificadores de una manera mas aleatoria para evitar centrar la energfa en cualquier direccion particular.

Segun otra realizacion ejemplar, una estructura de transmision podria proporcionar precodificacion en donde la

W

matriz de precodificacion 515 es decir, ntxI , se fija en su lugar para ser una matriz independiente de frecuencia y de canal fijo con columnas de norma igual y ortogonal, la matriz CDD diagonal fijada para ser de tamano A/j x A/j (es

decir, una matriz cuadrada igual al numero de antenas de transmision) y la matriz 518 entonces puede ser una unica columna de todas. Esta realizacion ejemplar proporciona otra forma de CDD que no sufre del problema de cancelacion mencionado previamente cuando esta presente un desvanecimiento correlacionado en el lado de transmision.

Como se menciono anteriormente, las tecnicas de procesamiento de transmision descritas en la presente memoria se pueden usar para diversos sistemas de comunicacion tales como sistemas de Acceso Multiple por Division de Codigo (CDMA), sistemas de Acceso Multiple por Division en el Tiempo (TDMA), sistemas de Acceso Multiple por Division en Frecuencia (FDMA), sistemas FDMa ortogonales (OFDMA), sistemas FDMA de Portadora Unica (SC- FDMA), etc. El transmisor puede, por ejemplo, estar dispuesto dentro de una estacion base de radio, NodoB, eNodoB o similar, para transmitir senales de informacion en un canal de radio de enlace descendente. Alternativamente, el transmisor, por ejemplo, se puede disponer en una unidad movil, dispositivo terminal, equipo de usuario o similar para transmitir senales de informacion en un canal de radio de enlace ascendente. Con independencia del tipo particular de sistema de comunicacion en el que se presentan estas realizaciones ejemplares, el dispositivo de transmision ffpicamente incluira los componentes ilustrados de manera general en la Figura 6.

Dentro de la misma, el transmisor incluye una pluralidad de antenas de transmision ffsicas 602 en este ejemplo en numero de cuatro, aunque se pueden usar mas o menos de cuatro antenas de transmision. Las antenas de transmision ffsicas 602 estan conectadas a un procesador 606 a traves de elementos de cadena de transmision (TX) 604 que pueden incluir uno o mas de filtros, amplificadores de potencia y similares, como se apreciara por los

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expertos en la tecnica. El(los) procesador(es) 606, en conjunto con el(los) dispositivo(s) de memoria 608 (y potencialmente otros dispositivos no mostrados) pueden operarse para realizar los procesos de transmision tratados anteriormente con respecto a las Figuras 3-5, por ejemplo, por medio de software almacenado dentro de los mismos, hardware adicional o alguna combinacion de software y hardware. De esta manera, la funcionalidad de precodificacion descrita anteriormente, por ejemplo, se puede realizar en software ejecutando instrucciones legibles por ordenador desde el dispositivo de memoria 608 para realizar las multiplicaciones de matriz descritas anteriormente con respecto a la Figura 5. De esta manera, sera evidente que las realizaciones ejemplares tambien se refieren a software, por ejemplo, codigo o instrucciones de programa que se almacenan en un medio legible por ordenador y que, cuando se leen por un ordenador, procesador o similar, realizan ciertos pasos asociados con transmitir senales de informacion que estan precodificadas de la manera descrita anteriormente. Un ejemplo de tales pasos se ilustra en el diagrama de flujo de la Figura 7.

Dentro de la misma, en el paso 700, los vectores de sfmbolo se precodifican multiplicandolos con una primera matriz unitaria que propaga sfmbolos en los vectores de sfmbolo a traves de las antenas de transmision virtuales, una segunda matriz diagonal que cambia una fase de las antenas de transmision virtuales y una tercera matriz de precodificacion que distribuye la transmision a traves de las antenas de transmision. Despues de precodificar los vectores de sfmbolo, pueden someterse a procesamiento adicional en el paso 702 para generar senales de informacion. Por ejemplo, tal procesamiento de senal adicional puede incluir correlacionar sfmbolos precodificados a bloques de recursos a ser transmitidos a traves de al menos una de las antenas de transmision y multiplexar por division de frecuencia ortogonal (OFDM) los bloques de recursos, aunque se podna realizar alternativamente otro procesamiento, por ejemplo, para sistemas no OFDM, aguas abajo de la operacion de precodificacion. Entonces, en el paso 704, se transmiten las senales de informacion resultantes.

Las realizaciones ejemplares tambien proporcionan procesamiento del lado de recepcion de senales que se han transmitido usando las realizaciones de precodificacion ejemplares precedentes. En sistemas que usan pilotos comunes (sfmbolos de referencia (RS) comunes), el receptor necesita ser consciente de la estructura de transmision con el fin de ser capaz de decodificar adecuadamente la transmision. LTE es un ejemplo de tal sistema donde este modo de transmision esta usando sfmbolos de referencia comunes y de esta manera no es transparente al UE. De esta manera, todas las matrices implicadas descritas anteriormente (es decir, W, D y U) necesitan ser conocidas en el lado de recepcion (por ejemplo, en el UE) para ser usadas para ecualizar el canal. Por ejemplo, el UE puede formar primero el canal eficaz H_eff=HWDU, donde H es una estimacion de canal obtenida a partir de los RS comunes, ecualizar el canal eficaz, por ejemplo usando un filtro lineal inv(H_effA*H_eff)H_effA*), que produce la secuencia de vectores ecualizada z, que se introduce a un demodulador, produciendo valores flexibles de bits codificados que se introducen finalmente a, por ejemplo, un turbo decodificador para producir una estimacion de los bits de informacion transmitidos.

Se apreciara que hay numerosas implementaciones para recibir y decodificar sfmbolos de informacion recibidos inalambricamente y que la precedente es simplemente una implementacion ejemplar. El procesamiento del lado de recepcion segun estas realizaciones ejemplares proporcionara esencialmente un procesamiento espejo a aquel realizado en el lado de transmision. El receptor usara su conocimiento de la precodificacion realizada por el transmisor para realizar su funcion de estimacion/ecualizacion de canal. Tal conocimiento en la parte del receptor se puede predefinir a priori o se puede pasar al receptor explfcitamente como parte de la informacion transmitida.

De esta manera, un receptor ejemplar 800 para recibir y procesar senales de informacion que se han precodificado como se ha descrito anteriormente se ilustra en la Figura 8. Dentro de la misma, una (o mas) antenas de recepcion 802 reciben las senales de informacion que se han precodificado durante el procesamiento del lado de transmision. Despues de pasar a traves de uno o mas elementos de procesamiento de la cadena de recepcion (RX) 804 (por ejemplo, filtros, amplificadores o similares), el(los) procesador(es) 806 procesara(n) las senales de informacion recibidas para extraer la informacion contenida dentro de las mismas, por ejemplo, en conjunto con el software de procesamiento almacenado en el(los) dispositivo(s) de memoria 808, usando su conocimiento de la precodificacion realizada sobre esas senales de informacion para calcular una estimacion de canal usada en procesamiento del lado de recepcion posterior. Por ejemplo, como se muestra en el diagrama de flujo de la Figura 9, un metodo para ecualizar las senales de informacion recibidas incluye los pasos de formar una estimacion de canal asociada con las senales de informacion recibidas multiplicando una estimacion de canal inicial con una pluralidad de matrices, la pluralidad de matrices que incluye un primer subconjunto de columnas de una matriz unitaria, una segunda matriz diagonal y una tercera matriz de precodificacion en el paso 900 y ecualizando las senales de informacion usando la estimacion de canal formada en el paso 902.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un metodo para transmitir y recibir senales de informacion que tienen una pluralidad de vectores de sfmbolo asociados con las mismas en un canal radio, el metodo que comprende:

precodificar (700) dichos vectores de s^bolo, cada uno que comprende dos o mas sfmbolos, multiplicando, en el siguiente orden, dichos vectores de sfmbolo con:

un primer subconjunto de columnas de una matriz unitaria (518) que propaga los sfmbolos en dichos vectores de sfmbolo a traves de todas las antenas de transmision virtuales,

una segunda matriz de diversidad de retardo dclico, CDD, diagonal (516) que cambia la fase de los sfmbolos propagados a traves de dichas antenas de transmision virtuales y

una tercera matriz de precodificacion (515) que distribuye energfa de transmision a traves de una pluralidad de antenas de transmision ffsicas,

procesar (702) ademas dichos vectores de sfmbolo precodificados para generar dichas senales de informacion; transmitir (704) dichas senales de informacion;

recibir las senales de informacion transmitidas y estimar los vectores de sfmbolo asociados con las mismas.
2. El metodo segun la reivindicacion 1, en donde dichas antenas de transmision ffsicas son puertos de antena.
3. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde cuando se generan las senales de informacion mediante procesamiento de transmision usando r capas, dicha tercera matriz de precodificacion tiene l columnas, dicha segunda matriz diagonal tiene l filas y l columnas, dicho primer subconjunto de columnas de matriz unitaria tiene l filas y r columnas y dichos vectores de sfmbolo tienen r elementos.
4. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde cuando se generan las senales de informacion mediante procesamiento de transmision usando r capas, dicha tercera matriz de precodificacion tiene r columnas, dicha segunda matriz diagonal tiene r filas y r columnas, dicho primer subconjunto de columnas de matriz unitaria es una matriz unitaria tiene r filas y r columnas y dichos vectores de sfmbolo tienen r elementos.
5. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde dicho primer subconjunto de columnas de dicha matriz unitaria y dicha segunda matriz diagonal proporcionan juntas diversidad de retardo dclico, CDD, para multiplexacion espacial, cuando se representan en el dominio de frecuencia.
6. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde dicha tercera matriz de precodificacion esta realizando precodificacion dependiente de canal.
7. Un sistema que comprende un receptor y un transmisor,

el transmisor que esta adaptado para transmitir senales de informacion que tienen una pluralidad de vectores de sfmbolo asociados con las mismas y que comprende:

una pluralidad de antenas de transmision ffsicas (602);

un procesador (606) adaptado para precodificar dichos vectores de sfmbolo, cada uno que comprende dos o mas sfmbolos, multiplicando, en el siguiente orden, dichos vectores de sfmbolo con:

un primer subconjunto de columnas de una matriz unitaria (518) que propaga los sfmbolos en dichos vectores de sfmbolo a traves de todas las antenas de transmision virtuales,

una segunda matriz de diversidad de retardo dclico diagonal, CDD, (516) que cambia la fase de los sfmbolos propagados a traves de dichas antenas de transmision virtuales y

una tercera matriz de precodificacion (515) que distribuye energfa de transmision a traves de dichas antenas de transmision ffsicas,

el procesador que esta adaptado ademas para procesamiento adicional (702) dichos vectores de sfmbolo precodificados para generar dichas senales de informacion y

una cadena de transmision de elementos (604) para transmitir dichas senales de informacion y

el receptor que esta adaptado para recibir las senales de informacion transmitidas y estimar los vectores de sfmbolo asociados con las mismas.
8. El sistema segun la reivindicacion 7, en donde dichas antenas de transmision ffsicas son puertos de antena.
9. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 7-8, en donde cuando se generan las senales de informacion mediante procesamiento de transmision usando r capas, dicha tercera matriz de precodificacion tiene l columnas, dicha segunda matriz diagonal tiene l filas y l columnas, dicho primer subconjunto de columnas de dicha matriz unitaria tiene l filas y r columnas y dichos vectores de sfmbolo tienen r elementos.

5 10. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 7-9, en donde cuando se generan las senales de informacion

mediante procesamiento de transmision usando r capas, dicha tercera matriz de precodificacion tiene r columnas, dicha segunda matriz diagonal tiene r filas y r columnas, dicho primer subconjunto de columnas de matriz unitaria es una matriz unitaria que tiene r filas y r columnas y dichos vectores de sfmbolo tienen r elementos.
11. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 7-10, en donde dicho primer subconjunto de columnas de 10 dicha matriz unitaria y dicha segunda matriz diagonal proporcionan juntas diversidad de retardo dclico, CDD, para

multiplexacion espacial, cuando se representan en el dominio de frecuencia.
12. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 7-11, en donde dicha tercera matriz de precodificacion esta realizando precodificacion dependiente de canal.