MX2007001709A - Metodo y sistema para adaptacion de enlace en un sistema de comunicacion inalambrica de multiplexion por division de frecuencia ortogonal (ofdm). - Google Patents

Metodo y sistema para adaptacion de enlace en un sistema de comunicacion inalambrica de multiplexion por division de frecuencia ortogonal (ofdm).

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Abstract

Se describen un metodo y sistema para adaptacion de enlace en un sistema de comunicacion inalambrica de multiplexion por division de frecuencia ortogonal (OFDM). Los sub-canales completos se dividen en una pluralidad de grupos. Se genera un indicador de calidad de canal (CQI) para cada grupo en base al estado de calidad del canal en cada grupo, y se ajustan los parametros de comunicacion de acuerdo con el CQI.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA ADAPTACIÓN DE ENLACE EN UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN INALÁMBRICA DE MULTIPLEXION POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA ORTOGONAL (OFDM) Campo de la Invención La presente invención se refiere a un sistema de comunicación inalámbrica de multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) . De manera más particular, la presente invención se refiere a un método y sistema para adaptación de enlace en un sistema de comunicación inalámbrica de OFDM.
Antecedentes de la Invención Los sistemas actuales de comunicación inalámbrica proporcionan servicios de banda ancha tal como acceso inalámbrico a Internet a los suscriptores. Estos servicios de banda ancha requieren comunicaciones confiables y de alta velocidad sobre canales de desvanecimiento de múltiples rutas. La multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) es una de las soluciones para mitigar los efectos del desvanecimiento de múltiples rutas . La combinación de las tecnologías de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) y OFDM (OFDM-MIMO) puede traer alta eficiencia de ancho de banda para ambientes de red de área local (LAN) o de red de área amplia (WAN) .
Para una operación eficiente de los sistemas de comunicación inalámbrica, se requiere una adaptación de enlace para los parámetros de comunicación. La adaptación de enlace es un planteamiento para seleccionar parámetros de comunicación, incluyendo una velocidad de codificación, un esquema de modulación, una potencia de transmisión o similar, a fin de aumentar al máximo el rendimiento. En los sistemas de OFDM-MIMO, se sugiere fuertemente la asignación del poder de cascada/bit (WP) para aumentar al máximo la capacidad de enlace descendente. A fin de determinar apropiadamente los esquemas de WP, se debe conocer no sólo la correlación de los sub-canales sino la correlación de la potencia de los sub-canales. La transmisión de esta información requiere sobrecarga considerable. Por consiguiente, es deseable tener planteamientos alternos para señalizar esta información.
Breve Descripción de la Invención Se proporciona un método y sistema para la adaptación de enlace en un sistema de comunicación inalámbrica de OFDM. Los sub-canales se dividen en una pluralidad de grupos. Se genera un indicador de calidad de canal (CQI) para cada grupo en base al estado de la calidad de canal en cada grupo de sub-canales, y los parámetros de comunicación en cada sub-canal se ajustan de acuerdo con el CQI.
Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 muestra la correlación | p¡¡ versus J para varios valores típicos de a cuando P=256. La Figura 2 muestra la correlación I pj versus k para dos valores de P cuando a =0.64. La Figura 3 muestra la correlación yk versus k para varios valores típicos de a cuando P =256. La Figura 4 muestra la correlación yk versus k para dos valores de P cuando a =0.64. La Figura 5 es un diagrama de flujo de un proceso para ajustar los parámetros de comunicación. La Figura 6 muestra la generación de CQI(t)q para cada grupo de sub-canales. La Figura 7 es un diagrama de un sistema para adaptación de enlace.
Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas Más adelante en la presente, las siguientes modalidades se explican con referencia al sistema IEEE 802.11. Sin embargo, se debe señalar que las modalidades no se limitan al sistema IEEE 802.11, sino que puede ser aplicable a cualquier sistema de comunicación inalámbrica.
Suponiendo h(t'r) = {h0(t'r), hi hw-?(t,r)} que sea un vector de respuesta de canal en dominio de tiempo de longitud W para el canal entre la t-ésima antena de transmisión y la r-ésima antena de recepción. La potencia 2 _ GÍI (Í,C) - -? promedio del coeficiente hi(t,r) se expresa por ' que es independiente de los valores de t y r. Esto es debido a que el tamaño del arreglo de antena en los sistemas MIMO usualmente es mucho menor que la distancia de propagación de la primera ruta de arribo. En IEEE 802.11 a/n, se usa una velocidad de muestreo de 20 MHz, que da por resultado una resolución en tiempo de 50 ns de la respuesta del canal. El perfil del retraso de potencia normalizada se puede expresar como: = G-'e-°l (Ecuación 1 ) donde a = 50/T, para aW>>l, y V en nanosegundos es la constante de tiempo de retraso de potencia para las rutas (agrupaciones) . Sumando la potencia promedio de los coeficientes w-i sobre la extensión de retraso, W, da por resultado '=0 El parámetro T depende de la distancia de propagación de la primera ruta (D0) y el modelo de pérdida de ruta del canal. Para evaluar la potencia promedio de diferentes rutas, se deben conocer las distancias de propagación de estas rutas . Debido a que la duración de muestreo es 50 ns en el ejemplo anterior, la distancia de propagación entre dos rutas consecutivas es de 15 metros. Por lo tanto, si Di denota la distancia de propagación de la 1-ésima ruta en metros, D?+1 = Di + 15 para 1 = 0,l,...,W-2. Sin pérdida de generalidad, sólo se puede considerar la relación de pérdida de potencia de la segunda ruta a la primera ruta, que se define como ' (Ecuación 2) donde Diibre es la distancia de propagación de espacio libre. Cuando DO < Dubre, el canal está en línea de visión (LOS) . De otro modo, el canal no está LOS. Cuando se da Rpédida el parámetro a y la constante F de tiempo de retraso de potencia se puede calcular al solucionar la ecuación e ~ R p,üiJa. (Ecuación 2) Asumiendo Diibre = 15m, los valores de a y Y se muestran en la Tabla 1 para varios valores típicos de D0. El valor promedio de T dentro de un espacio es aproximadamente 60 ns .
Suponiendo H(t'r) = {H0(t'r), H?,...# HP-?(t'r)} que sea el vector de respuesta de canal en dominio de frecuencia de longitud P para el canal entre la t-ésima antena de transmisión y la r-ésima antena de recepción. En otras palabras, H(t,r) consiste de P sub-canales. El p-ésimo subcanal se puede representar como: (Ecuación W9 = e-J2plP donde " r " La correlación entre Pi-ésimo y P2-ésimo sub-canales se define como: (Ecuación 5) Suponiendo que h?(t,r) es una variable Gausiana compleja con media cero y es independiente de hm(t,r) si 1 ? m. De acuerdo a la Ecuación 1, = G-l?e-a'WÍJ"-p?)l ?=o (Ecuación 6) que es independiente de los valores de t y r. Asumiendo k = Pi - P2 para k = 0,1, .... P-l y aW>>l, la Ecuación 6 se puede escribir como l-g~g Pk ~ \ - e-ae-J1'*'p . (Ecuación 7) La variable k representa el número de sub-canales separados entre los dos sub-canales bajo consideración. De la Ecuación 7 , i i l ~ e'a \ Pk = •v/l - 2ß_s cos(2pk/P) + e~2a (Ecuación 8 ) La Figura 1 muestra las curvas de I p contra k para varios valores típicos de a cuando P=256. Con la disminución del parámetro a, se reduce la correlación entre los dos sub-canales separados con k sub-portadores . De acuerdo a la Ecuación 1, entre más pequeño sea el parámetro a, más comparable será la potencia promedio de las rutas. En otras palabras, este canal consiste de múltiples rutas más efectivas y por lo tanto el canal llega a ser más selectivo en frecuencia. En el caso límite que a ? 0, IpJ?O para cualquier valor de k. Por otra parte, si el canal es de desvanecimiento plano (no selectivo en frecuencia) , a?8, que da por resultado para todos los valores de k. La Figura 2 muestra las curvas de | pj versus k para un número diferente de sub-canales P cuando a=0.64. Con la disminución de P, la curva de correlación llega a ser I b linealmente estrecha. Por ejemplo, los sub-canales con lpj>0.9 para P=64 y P=256 tienen que ser separados menos de 4 y 16 sub-portadores, respectivamente. A fin de usar el principio de "relleno de agua", se definir una medida para CQI . El CQI se debe construir en base a la potencia de los sub-canales. Aunque I pj presenta la correlación entre dos sub-canales separados por k su- portadores, no muestra claramente la correlación de la potencia de los dos sub-canales. Por lo tanto, la correlación de la potencia de los sub-canales se debe derivar. La correlación de la potencia de los sub-canales se define como (Ecuación 9) Con aW>>l, (Ecuación 10) y (Ecuación 11) donde k = Pl - P2 e[0,W-l]. La Ecuación 10 y la Ecuación 11 son independientes de los valores de t y r. En la derivación de la Ecuacón 10 y Ecuación 11, se asume que las partes real e imaginaria de un coeficiente de múltiple ruta, (por decir hp t,r para e[0,W-l]), tienen la misma varianza y son independientes entre si. La sustitución de la Ecuación 10 y Ecuación 11 en la Ecuación 9 da por resultado (Ecuación 12) La Figura 3 muestra las curvas de ?¿ contra k para varios valores típicos de a cuando P=256. A partir de la Figura 3 , el valor más pequeño de la corrrelación ?k es aproximadamente 0.5 a k=P/2. En otras palabras, dos subcanales separados por P/2 sub-portadores pueden tener estadísticamente diferencias de aproximadamente 3 dB en la potencia. Por lo tanto, no es necesario reportar el CQI para cada uno de los sub-canales. La Figura 4 muestra las curvas de jk versus k para un número diferente de sub-portadores P cuando a = 0.64. Las curvas se encojen linealmente conforme se reduce el valor de P. La figura 5 es un diagrama de flujo de un proceso 500 para la Adaptación de enlace de acuerdo con la presente invención. Los sub-canales se dividen en una pluralidad de grupos (paso 502) . La Figura 6 muestra un esquema para generar el CQI en cada grupo de sub-canales. En la Figura 6, los sub-canales totales se dividen en Q grupos y cada grupo consiste de ? sub-canales consecutivos con ?=P/Q. La correlación de la potencia de los sub-canales en un grupo para diferentes valores de Q se muestra en la Tabla 2.
Se genera un CQI para cada grupo en base al estado de calidad del canal en cada grupo (paso 504) . El estado de calidad del canal se puede analizar por diferentes métodos que incluyen, de manera enunciativa y sin limitación, una relación de señal a ruido (SNR) , una proporción de error de bit (BER) , una proporción de error de paquetes (PER) , o similares. Más adelante en la presente, la siguiente modalidad se explica con referencia a una SNR. Sin embargo, se debe entender que se pueden implementar otros métodos de forma alternativa. Asumiendo que CQIq(t) denota el q-ésimo CQI de la t-ésima antena de transmisión (g = 0,1,...,Q-1 y t = 0, 1, ... ,NT-1) , se calculan de manera preferente CQI q(t) como ' (Ecuación 13) donde LxJ es el número entero más grande, más pequeño o igual a x, B es un número entero que se debe determinar en base a los requerimientos del sistema. Se calcula la SNR como Ecuación 14) NR es el número de antenas de recepción y s2 es la varianza de ruido en cada sub-canal. El CQI se retroalimenta para ajustar los parámetros de comunicación (paso 506) . Puesto que se genera CQI en base a los sub-canales en un grupo, se genera el número total de Q x Nt CQI en un cuadro de transmisión paquete) , donde Nt es el número de antenas de transmisión. No es necesario reportar CQI en una base de símbolos de OFDM, puesto que el canal puede cambiar poco en un intervalo de cuadros (paquete) ; y debido a un error de fase común (CPE) comprendido por la combinación del oscilador de RF y el circuito enganchado en fase, la fase de las respuestas del canal puede cambiar. Sin embargo, este cambio no afecta la potencia de los sub-canales. Por lo tanto, se puede calcular el CQI en base a las respuestas del canal estimadas de las secuencias de entrenamiento largas en una base por cuadro sin usar los tonos piloto insertados en los símbolos de OFDM. Los tonos piloto insertados se usan solo para los propósitos de corregir el CPE. Por ejemplo, si cada uno de los CQI indica uno de cuatro estados que corresponden a los esquemas de modulación (BPSK, QPSK, 16QAM, 64 QAM) , se requieren un número de 2 x Q x Nt bits para reportar todos los CQI . En un caso típico que Q = 16 y ?t =4, se requieren 2xQx?t =128 bits para reportar los CQI . Esto es razonable en comparación al número de datos en un cuadro de transmisión. De manera alternativa, el CQI puede representar una combinación de dos o más parámetros de comunicación, tal como una combinación de una velocidad de codificación y un orden de modulación. Debido a que cualquier par de sub-canales tiene estadísticamente un máximo de diferencias de 3dB en potencia, el CQI reportado de acuerdo a la Ecuación 13 puede ser más significativo para el cambio de las velocidades de codificación en lugar de los esquemas de modulación. Por lo tanto, el esquema de modulación se puede mantener constante para todos los sub-canales en tanto que se ajusta la velocidad de codificación de acuerdo al CQI reportado para los diferentes grupos de los sub-canales. En este caso, el esquema de modulación se puede determinar de acuerdo a (Ecuación 15) donde C es un número entero que se debe determinar en base a los requerimientos del sistema. Se determina S?R como sigue: (Ecuaci.ó.n .16..) Opcionalmente, después de la estimación del canal, se pueden seleccionar rutas con potencia relativamente fuerte. Después de la selección de las rutas que tienen potencia relativamente fuerte, se reduce el número de rutas efectivas a M que usualmente es menor que W.
Suponiendo que <-° para m e[0,M-l] es la respuesta efectiva de canal y K es el vector que indica las ubicaciones de las M rutas. Con G(t)m y K, primero que todo, se pueden calcular los sub-canales de cana antena usando la Ecuación 3 y luego los esquemas de modulación y codificación se pueden decidir para la optimización. Opcionalmente, la matriz de canal MIMO de un sub-portador de referencia de puede transmitir de modo que se puede hacer la calibración. Algunas modalidades para seleccionar e indexar los sub-portadores de referencia son como sigue. En una modalidad, la red configura los sub-portadores de referencia y el índice de los sub-portadores se conoce tanto para la red como para el suscriptor. Por consiguiente, de forma típica, no se reporta el índice del sub-portador de referencia al transmisor. En otra modalidad, el receptor puede elegir dinámicamente los sub-portadores de referencia en base a funciones instantáneas de transferencia de canal de todos los sub-portadores y otros factores en el espectro. El receptor elige el índice del sub-portador de referencia y reporta el índice al transmisor. La Figura 7 es un diagrama de un sistema 700 para adaptación de enlace. El sistema 700 comprende un generador 702 de CQI y un adaptador 704 de enlace. El generador 702 de CQI genera un CQI en base al estado de calidad de canal de las señales 706 recibidas mediante cada grupo de subcanales. Un CQI 708 generado por el generador 702 de CQI se transmite al adaptador 704 de enlace para generar señales 710 de control para ajustar los parámetros de comunicación. Los parámetros de comunicación incluyen, de manera enunciativa y sin limitación, una velocidad de codificación, un modo de modulación, un nivel de potencia de transmisión o similar. El adaptador 704 de enlace puede comprender una tabla de búsqueda para ajustar los parámetros de comunicación de acuerdo con el CQI de entrada. El generador 702 de CQI puede recibir en una unidad de transmisión/recepción inalámbrica (WTRU) , estación base o ambas. El adaptador de enlace puede residir en una WTRU, estación base o ambas. El transmisor y/o receptor de MIMO-OFDM de las modalidades anteriores se puede usar en una WTRU o estación base. Lose elementos del transmisor y/o receptor se pueden implementar como un circuito integrado individual (IC), múltiples IC, arreglo de compuerta programable lógica (LPGA) , componentes discretos o una combinación de cualquiera de estos IC, LPGA, y/o componentes discretos. Una WTRU incluye, pero no se limita a, un equipo de usuario, estación móvil, unidad suscriptora fija o móvil, radiolocalizador, o cualquier otro tipo de dispositivo capaz de operar en un ambiente inalámbrico. Una estación base incluye, pero no se limita a, un nodo B, controlador de sitio, punto de acceso o cualquier otro tipo de dispositivo de interconexión en un ambiente inalámbrico. Aunque las características y elementos de la presente invención se describen en las modalidades preferidas en combinaciones particulares, cada característica o elemento se puede usar solo sin las otras características y elementos de las modalidades preferidas o en varias combinaciones con o sin otras características o elementos de la presente invención.

Claims (27)

  1. REIVINDICACIONES 1. Método para ajustar un enlace de comunicación en un sistema de comunicación inalámbrica de multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) , el método que comprende: dividir sub-canales en una pluralidad de grupos; generar un indicador de calidad de canal (CQI) para cada grupo en base al estado de calidad de canal en cada grupo; y ajustar los parámetros de comunicación de cada grupo de acuerdo con el CQI generado para cada grupo, en donde cada CQI se calcula en base a las respuestas de canal estimadas de las secuencias de entrenamiento largas.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, en donde el CQI se genera en base a una de una relación de señal a ruido (SNR) , una proporción de error de bit (BER) , y una proporción de error de paquetes (PER) .
  3. 3. Método según la reivindicación 1, en donde el número de grupos se determina de acuerdo con una correlación de la potencia de los sub-canales.
  4. 4. Método según la reivindicación 1, en donde el CQI se calcula en base a las respuestas de canal estimadas de las secuencias de entrenamiento largas en una base por cuadro .
  5. 5. Método según la reivindicación 1, en donde se ajusta una velocidad de codificación para cada sub-canal de acuerdo con el CQI que corresponde al sub-canal.
  6. 6. Método según la reivindicación 5, en donde el modo de modulación para cada sub-canal también se ajusta de acuerdo con el CQI que corresponde al sub-canal.
  7. 7. Método según la reivindicación 1, en donde se ajusta un modo de modulación para todos los sub-canales de acuerdo con un indicador de modo de modulación generado en base a los sub-canales completos.
  8. 8. Método según la reivindicación 1, en donde el CQI representa una combinación de dos o más parámetros de comunicación.
  9. 9. Método según la reivindicación 1, que comprende además un paso de seleccionar una ruta con potencia relativamente fuerte, por lo que una respuesta de canal efectiva de las rutas seleccionadas y un vector que indica la ubicación de las rutas seleccionadas se transmiten para ajustar los parámetros de comunicación.
  10. 10. Método según la reivindicación 1, en donde una matriz de canal de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) de un sub-portador de referencia se transmite para calibración a una estación de transmisión.
  11. 11. Sistema para adaptación de enlace en un sistema de comunicación inalámbrica de multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM), que comprende: un generador de CQI para generar un indicador de calidad de canal (CQI) para cada grupo de sub-canales en base al estado de calidad del canal de cada grupo, los sub-canales que se dividen en una pluralidad de grupos, y un adaptador de enlace para ajustar los parámetros de comunicación de cada grupo de acuerdo con el CQI generado para cada grupo, en donde cada CQI se calcula en respuestas de canal estimadas de secuencias de entrenamiento largas.
  12. 12. Sistema según la reivindicación 11, en donde el CQI para cada grupo se genera de una de una relación de señal a ruido (SNR) , una proporción de error de bit (BER) y una proporción de error de paquetes (PER) .
  13. 13. Sistema según la reivindicación 11, en donde el número de grupos se determina de acuerdo con una correlación de la potencia de los sub-canales.
  14. 14. Sistema según la reivindicación 11, en donde el CQI se calcula en baee a las respuestas de canal estimadas de secuencias de entrenamiento largas en una base por cuadro.
  15. 15. Sistema según la reivindicación 11, en donde se ajusta una velocidad de codificación para cada sub-canal de acuerdo con el CQI que corresponde al sub-canal.
  16. 16. Sistema según la reivindicación 15, en donde también se ajusta un modo de modulación de cada sub-canal de acuerdo con el CQI que corresponde al sub-canal.
  17. 17. Sistema según la reivindicación 11, en donde se ajusta un modo de modulación para todos los sub-canales de acuerdo con un indicador de modo de modulación generado en base a los sub-canales completos.
  18. 18. Sistema según la reivindicación 11, en donde el CQI representa una combinación de dos o más parámetros de comunicación.
  19. 19. Sistema según la reivindicación 11, en donde el adaptador de enlace comprende una tabla de búsqueda para ajustar los parámetros de comunicación de acuerdo con el CQI.
  20. 20. Sistema según la reivindicación 11, que comprende además un medio para seleccionar una ruta que tiene potencia relativamente fuerte, por lo que se transmiten una respuesta de canal efectiva de la ruta seleccionada y un vector que indica la ubicación de las rutas seleccionadas para ajustar los parámetros de comunicación.
  21. 21. Sistema según la reivindicación 11, en donde se transmite una matriz de canal de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) de un sub-portador de referencia para una calibración a una estación de transmisión.
  22. 22. Unidad de transmisión/recepción inalámbrica de multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) (WTRU) que comprende: un generador de CQI para generar un indicador de calidad de canal (CQI) para cada grupo de sub-canales en base al estado de calidad del canal de cada grupo, los sub-canales que se dividen en una pluralidad de grupos, el CQI que se transmite de modo que se pueden ajustar los parámetros de comunicación de transmisión de cada grupo de acuerdo con el CQI generado para cada grupo, en donde cada CQI se calcula en base a las respuestas de canal estimadas de las secuencias de entrenamiento largas .
  23. 23. WTRU según la reivindicación 22, en donde el CQI para cada grupo se genera de una relación de señal a ruido (SNR) , una proporción de error de bit (BER) , y una proporción de error de paquetes (PER) .
  24. 24. WTRU según la reivindicación 22, en donde el número de grupos se determina de acuerdo con una correlación de la potencia de los sub-canales.
  25. 25. WTRU según la reivindicación 22, en donde el CQI se calcula en base a las respuestas de canal estimadas de secuencias de entrenamiento largas en una base por cuadro .
  26. 26. WTRU según la reivindicación 22, en donde el CQI representa una combinación de dos o más parámetros de comunicación.
  27. 27. WTRU según la reivindicación 22, que comprende además un medio para seleccionar una ruta que tiene potencia relativamente fuerte, por lo que una respuesta de canal efectiva de la ruta seleccionada y un vector que indica la ubicación de la ruta seleccionada se transmiten para ajustar los parámetros de comunicación.
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