PT1628419E

PT1628419E - Método e aparelho para medir a informação de estado de canal

Info

Publication number: PT1628419E
Application number: PT05015739T
Authority: PT
Inventors: Mark Wallace; Jay R Walton; Ahmad Jalali
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2012-02-02
Also published as: JP2012182803A; JP2005341603A; EP1628419A2; DK1628419T3; PT1758267E; NO334254B1; IL195020A; EP1758267A1; EP2779478A1; IL195020A0; AU4592101A; PT2237440T; EP1269665B1; JP5122714B2; BR0109693A; RU2002129011A; WO2001076110A3; MXPA02009370A; UA72583C2; US6473467B1

Description

DESCRIÇÃO "MÉTODO E APARELHO PARA MEDIR A INFORMAÇÃO DE ESTADO DE CANAL" ANTECEDENTES DA INVENÇÃO I.Campo da Invenção A presente invenção refere-se ao campo das comunicações. Mais particularmente, a presente invenção refere-se à medida e relatório da informação de estado de canal num sistema de comunicações com elevada eficiência e elevado desempenho. II.Descrição da Técnica Relacionada

Um sistema de comunicações sem fios moderno necessita de operar sobre canais que sofrem desvanecimento e multipercurso. Um tal sistema de comunicações é um sistema de múltiplo acesso por divisão no código (CDMA) que obedece à norma "TIA/EIA/IS-95 Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System", daqui em diante referida como norma IS-95. 0 sistema CDMA suporta comunicação de voz e de dados entre utilizadores sobre uma ligação terrestre. A utilização de técnicas CDMA num sistema de comunicações com múltiplo acesso é divulgada na Patente U.S. N° 4901307, intitulada "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" e na Patente U.S. N° 5103459 intitulada "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING 1 WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", ambas atribuídas ao titular da presente invenção.

Um sistema IS-95 pode operar eficientemente estimando parâmetros de canal numa unidade de recepção, que utiliza estes parâmetros estimados para desmodular um sinal recebido. 0 sistema IS-95 torna eficiente a estimação de canal, requerendo a transmissão de um sinal piloto a partir de todas as estações de base. Este sinal piloto é uma sequência do tipo PN repetida conhecida pela unidade de recepção. A correlacção do sinal piloto recebido com uma réplica local do sinal piloto permite à unidade de recepção estimar a resposta impulsiva complexa do canal e ajustar os parâmetros do desmodulador em conformidade. Para a forma de onda e os parâmetros de sistema do IS-95 não é necessário ou benéfico relatar informação sobre as condições de canal medidas pela unidade de recepção de volta para a unidade de transmissão. 0 documento US 5914933 descreve um sistema de multi-portadora no qual os blocos de dados são distribuídos sobre uma pluralidade de clusters de modo a reduzir a razão de potência máxima sobre a potência média durante a transmissão.

Dado a procura sempre crescente de comunicações sem fios, são desejáveis sistemas de comunicações sem fios com maior eficiência e maior desempenho. Um tipo de sistema de comunicações com maior desempenho é um sistema com Múltiplas Entradas/Múltiplas Saídas (MIMO) que emprega múltiplas antenas de transmissão para transmitir sobre um canal de propagação para múltiplas antenas de recepção. Como em sistemas com menor desempenho, o canal de propagação num sistema MIMO é sujeito a efeitos nocivos de multipercurso, bem como a interferência de 2 antenas adjacentes. 0 multipercurso ocorre quando um sinal transmitido chega à unidade de recepção através de múltiplos percursos de propagação com atrasos diferentes. Quando os sinais chegam a partir de múltiplos percursos de propagação, as componentes dos sinais podem combinar-se destrutivamente, o que é referido como "desvanecimento". De modo a melhorar a eficiência e diminuir a complexidade do sistema MIMO, pode ser transmitida informação sobre as caracteristicas do canal de volta para a unidade de transmissão de modo a pré-condicionar o sinal antes da transmissão. 0 pré-condicionamento do sinal pode ser difícil quando as caracteristicas do canal de propagação mudam rapidamente. A resposta do canal pode mudar com o tempo devido ao movimento da unidade de recepção ou alterações no ambiente envolvente da unidade de recepção. Dado um determinado ambiente móvel, um desempenho óptimo exige que a informação acerca das caracteristicas do canal, tais como o desvanecimento e as estatísticas de interferência, sejam determinadas e transmitidas rapidamente para a unidade de transmissão antes das caracteristicas do canal mudarem significativamente. À medida que o atraso do processo e da medida de relatório aumenta, a utilidade da informação de resposta de canal diminui. Existe uma necessidade actual de técnicas eficientes que providenciem uma determinação rápida das caracteristicas do canal.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A invenção proporciona um método e um aparelho para transmitir símbolos piloto num sistema de comunicações multi-antena, como descrito nas reivindicações 1 e 3, 3 respectivamente. Desenvolvimentos adicionais da invenção são o objecto das reivindicações dependentes. É também aqui descrito um método e um aparelho para a medida e o relatório da informação de estado de canal num sistema de comunicações de elevada eficiência e elevado desempenho, compreendendo os passos de: gerar uma pluralidade de sinais piloto; transmitir a pluralidade de sinais piloto sobre um canal de propagação entre uma unidade de transmissão e uma pluralidade de unidades de recepção, em que a unidade de transmissão compreende, pelo menos, uma antena de transmissão, cada uma da pluralidade das unidades de recepção compreende, pelo menos, uma antena de recepção, e o canal de propagação compreende uma pluralidade de sub-canais entre a unidade de transmissão e a pluralidade de unidades de recepção; recebendo, pelo menos, um da pluralidade de sinais piloto em cada uma da pluralidade de unidades de recepção, determinando um conjunto de características de transmissão para, pelo menos, um da pluralidade de sub-canais, em que o passo de determinar o conjunto de caracteristicas de transmissão utiliza pelo menos um da pluralidade de sinais piloto recebidos em cada uma da pluralidade das unidades de recepção; relatar um sinal de informação a partir de cada uma da pluralidade de unidades de recepção para a unidade de transmissão, em que o sinal de informação transporta o conjunto de caracteristicas de transmissão para, pelo menos, um da pluralidade dos sub-canais; e optimizar um conjunto de parâmetros de transmissão na unidade de transmissão, com base no sinal de informação.

Num aspecto da invenção, os simbolos piloto são transmitidos numa pluralidade de conjuntos de sub-canais OFDM disjuntos. Quando os simbolos piloto são transmitidos em 4 sub-canais OFDM disjuntos, as características do canal de propagação podem ser determinadas através de um conjunto de K sub-canais transportando os símbolos piloto, em que K é menor do que o número de sub-canais OFDM do sistema. Além de transmitir símbolos piloto em sub-canais disjuntos, o sistema pode transmitir uma sequência piloto no domínio do tempo que pode ser utilizada para determinar características do canal de propagação. Juntamente com a geração e a transmissão dos símbolos piloto, um aspecto da invenção é a compressão da quantidade de informação necessária para reconstruir as características do canal de propagaçao.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características, natureza e vantagens da presente invenção tornar-se-ão mais visíveis a partir da descrição detalhada apresentada de seguida quando considerada em conjunção com os desenhos, nos quais os caracteres de referência idênticos identificam elementos correspondentes em toda a invenção e em que: A FIG. 1 é um diagrama de um sistema de comunicações de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO); A FIG. 2 é um diagrama que ilustra graficamente um exemplo específico de uma transmissão a partir de uma antena de transmissão numa unidade de transmissão; A FIG. 3 é um diagrama de blocos de um processador de dados e um modulador do sistema de comunicações mostrado na FIG. 1; 5

As FIGS. 4A e 4B são diagramas de blocos de duas versões de um processador de dados de canal que pode ser utilizado para processar um fluxo de dados de canal tal comom dados de controlo, de difusão, de voz ou de tráfego os;

As FIGS. 5A a 5C são diagramas de blocos das unidades de processamento que podem ser utilizadas para gerar o sinal transmitido mostrado na FIG. 2; A FIG. 6 é um diagrama de blocos de uma unidade de recepção, possuindo múltiplas antenas de recepção, que podem ser utilizadas para receber um ou mais fluxos de dados de canal; e A FIG. 7 mostra desenhos que ilustram a eficiência espectral atingível com alguns dos modos de operação de um sistema de comunicações de acordo com uma forma de realização.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇAO ESPECIFICAS A FIG. 1 é um diagrama de um sistema 100 de comunicações com Múltiplas Entradas/Múltiplas Saídas (MIMO) capaz de implementar algumas formas de realização da invenção. O sistema 100 de comunicações pode ser operacionalizado para proporcionar uma combinação de diversidade de antenas, de frequência e do tempo para aumentar a eficiência espectral, melhorar o desempenho e reforçar a flexibilidade. A eficiência espectral aumentada é caracterizada pela capacidade de transmitir mais bits por segundo por Hertz (bps/Hz) quando e onde for possível para utilizar melhor a largura de banda disponível do sistema. Técnicas para obter uma eficiência espectral mais elevada são 6 descritas em maior detalhe de seguida. 0 desempenho melhorado pode ser quantificado, por exemplo, por uma taxa de erros de bit (BER) ou uma taxa de erros de trama (FER) mais baixas para um dada razão portadora-ruido-mais-interferência (C/I) da ligação. E a flexibilidade melhorada é caracterizada pela capacidade de acomodar múltiplos utilizadores possuindo requesitos diferentes e tipicamente díspares. Estes objectivos podem ser alcançados, em parte, empregando modulação multiportadora, multiplexagem por divisão no tempo (TDM), múltiplas antenas de transmissão e/ou de recepção e outras técnicas. As características, aspectos, e vantagens da invenção são descritas em maior detalhe de seguida.

Tal como mostrado na FIG. 1, o sistema 100 de comunicações inclui um primeiro sistema 110 em comunicação com um segundo sistema 120. 0 sistema 110 inclui um processador 112 de dados (de transmissão) que (1) recebe ou gera dados, (2) processa oa dados para proporcionar diversidade de antenas, de frequência ou no tempo, ou uma sua combinação e (3) proporciona símbolos de modulação processados a vários moduladores (MOD) 114a a 114t. Cada modulador 114 processa ainda os símbolos de modulação e gera um sinal modulado em RF apropriado para transmissão. Os sinais modulados em RF dos moduladores 114a a 114t são depois transmitidos a partir das respectivas antenas 116a a 116t sobre as ligações 118 de comunicações para o sistema 120.

Na FIG. 1, o sistema 120 inclui várias antenas 122a a 122r de recepção que recebem os sinais transmitidos e proporcionam os sinais recebidos aos respectivos desmoduladores (DEMOD) 124a a 124r. Como mostrado na FIG. 1, cada antena 122 de recepção pode receber sinais de uma ou mais antenas 116 de transmissão, dependendo de vários factores, tais como, por exemplo, o modo de operação utilizado no sistema 110, a directividade das antenas 7 de transmissão e de recepção, as características das ligações de comunicações e outros. Cada desmodulador 124 desmodula o respectivo sinal recebido utilizando um esquema de desmodulação que é complementar ao esquema de modulação utilizado no transmissor. Os símbolos desmodulados a partir dos desmoduladores 124a a 124r são, depois, proporcionados a um processador 126 de dados (de recepção) que processa os símbolos para proporcionar os dados de saída. 0 processamento de dados nas unidades de transmissão e de recepção é descrito em maior detalhe de seguida. A FIG. 1 mostra apenas a transmissão na ligação descendente a partir do sistema 110 para o sistema 120. Esta configuração pode ser utilizada para a difusão de dados e outras aplicações de transmissão unidireccional de dados. Num sistema de comunicações bidireccional, é também proporcionada uma ligação ascendente do sistema 120 para o sistema 110, apesar desta não ser mostrada na FIG. 1 por simplicidade. Para o sistema de comunicação bidireccional, cada um dos sistemas 110 e 120 pode operar como uma unidade de transmissão ou uma unidade de recepção, ou ambas simultaneamente, dependendo dos dados estarem a ser transmitidos de, ou recebidos na unidade.

Para simplicidade, o sistema 100 de comunicação é mostrado e incluindo uma unidade de transmissão (i. e., o sistema 110) e uma unidade de recepção (i. e., o sistema 120). Contudo, em geral, estão presentes múltiplas antenas de transmissão e múltiplas antenas de recepção em cada unidade de transmissão e em cada unidade de recepção. 0 sistema de comunicações da invenção pode incluir qualquer número de unidades de transmissão e de unidades de recepção. 8

Cada unidade de transmissão pode incluir uma única antena de transmissão ou várias antenas de transmissão, tal como mostrado na FIG. 1. De modo semelhante, cada unidade de recepção pode incluir uma única antena de recepção ou várias antenas de recepção, mais uma vez tal como mostrado na FIG. 1. Por exemplo, o sistema de comunicações pode incluir um sistema central (i. e., semelhante a uma estação de base no sistema CDMA IS-95) possuindo várias antenas que transmitem dados para, e recebem dados de várias sistemas remotos (i. e., unidades de assinante, semelhantes às estações remotas no sistema CDMA), algumas das quais podem incluir uma antena e outras das quais podem incluir múltiplas antenas.

Como aqui utilizado, uma antena refere-se a uma colecção de um ou mais elementos de antena que estão distribuídos no espaço. Os elementos de antena podem estar localizados fisicamente num único sítio ou distribuídos sobre múltiplos sítios. Os elementos de antena co-localizados fisicamente num único sítio podem ser operados como uma matriz de antenas (e. g. , tal como para uma estação de base CDMA) . Uma rede de antenas consiste de uma colecção de matrizes ou elementos de antena que estão fisicamente separados (e. g., várias estações de base CDMA). Uma matriz de antenas ou uma rede de antenas pode ser desenhada com a capacidade de formar feixes e de transmitir feixes múltiplos a partir da matriz ou da rede de antenas. Por exemplo, uma estação de base CDMA pode ser desenhada com a capacidade de transmitir até três feixes para três secções diferentes de uma área de cobertura (ou sectores) a partir da mesma matriz de antenas. Assim, os três feixes podem ser vistos como três transmissões a partir de três antenas. 9 0 sistema de comunicações da invenção pode ser desenhado para proporcionar um esquema de comunicações com múltiplo acesso, multi-utilizador capaz de suportar unidades de assinante possuindo requisitos bem como capacidades diferentes. 0 esquema permite que o total da largura de banda operacional do sistema, W, (e. g. , 1,2288 MHz) seja partilhada eficazmente entre diferentes tipos de serviços que podem ter débitos binários, atrasos e qualidades de serviço (QOS) muito distintas.

Exemplos destes tipos de serviços distintos incluem serviços de voz e serviços de dados. Os serviços de voz são tipicamente caracterizados por um débito binário baixo (e. g. , 8 kbps/s a 32 kbps/s), atraso de processamento curto (e. g. , 3 ms a 100 ms de atraso total numa direcção) e utilização sustentada por um período de tempo extendido. Os requisitos de atraso curto impostos pelo serviço de voz requerem, tipicamente, uma pequena fracção dos recursos do sistema a serem dedicados a cada chamada de voz durante a duração da chamada. Em contraste, os serviços de dados são caracterizados por tráfegos em "rajadas" nos quais quantidades variáveis de dados são enviadas em instantes esporádicos. A quantidade de dados pode variar significativamente de rajada para rajada e de utilizador para utilizador. Para eficiência elevada, o sistema de comunicações da invenção pode ser desenhado com a capacidade de atribuir uma parte dos recursos disponíveis a serviços de voz como requirido e os recursos restantes a serviços de dados. Uma fracção dos recursos de sistema disponíveis pode também ser dedicada a certos serviços de dados ou a certos tipos de serviços de dados. A distribuição de débitos binários passíveis de serem alcançados por cada unidade de assinante pode variar largamente entre alguns valores instantâneos mínimo e máximo (e. g. , de 10 200 kbps/s a mais de 20 Mbit/s). O débito binário atingível para uma unidade de assinante particular num dado instante pode ser influenciada por várias factores tais como a quantidade de potência de transmissão disponível, a qualidade da ligação de comunicações (í. e., o C/I), o esquema de codificação, e outros. Os requisitos de débito binário de cada unidade de assinante podem também variar entre um valor mínimo (e. g. , 8 kbps/s, para uma chamada de voz) até a um máximo de débito binário instantâneo de pico suportado (e. g., 20 Mbit/s para serviços de dados em rajadas). A percentagem de tráfego de voz e dados é, tipicamente, uma variável aleatória que muda no tempo. De acordo com certos aspectos da invenção, para suportar ambos os serviços simultaneamente de uma forma eficiente, o sistema de comunicações da invenção é desenhado com a capacidade de atribuir dinamicamente os recursos disponíveis com base na quantidade de tráfego de voz e de dados. Um esquema para atribuir recursos dinamicamente é descrito de seguida. Outro esquema para atribuir recursos é descrito no Pedido de Patente U.S. N° de Série 08/963386. 0 sistema de comunicações da invenção proporciona as características e vantagens descritas anteriormente e é capaz de suportar diferentes tipos de serviços possuindo requisitos dispares. As caracteristicas são alcançadas utilizando diversidade de antenas, frequência ou no tempo ou uma sua combinação. A diversidade de antenas, frequência ou no tempo pode ser alcançada independentemente e seleccionada dinamicamente. 11

Como aqui utilizado, a diversidade de antenas refere-se à transmissão e/ou recepção de dados sobre mais do que uma antena, a diversidade de frequência refere-se à transmissão de dados sobre mais do que uma sub-banda e a diversidade no tempo refere-se à transmissão de dados sobre mais do que um período de tempo. A diversidade de antenas, frequência e no tempo pode incluir subcategorias. Por exemplo, a diversidade de transmissão refere-se à utilização de mais do que uma antena de transmissão de modo a melhorar a fiabilidade da ligação de comunicações, a diversidade de recepção refere-se à utilização de mais do que uma antena de recepção de modo a melhorar a fiabilidade da ligação de comunicações e a diversidade espacial refere-se à utilização de múltiplas antenas de transmissão e de recepção para melhorar a fiabilidade e/ou aumentar a capacidade da ligação de comunicações. A diversidade de transmissão e recepção podem, também, ser utilizadas em combinação para melhorar a fiabilidade da ligação de comunicações sem aumentar a capacidade da ligação. Várias combinações de diversidade de antenas, de frequência e no tempo podem, assim, ser alcançadas e estão dentro do âmbito da presente invenção. A diversidade de frequência pode ser proporcionada pela utilização de um esquema de modulação multi-portadora, tal como a multiplexagem por divisão na frequência ortogonal (OFDM), que permite a transmissão de dados sobre várias sub-bandas da largura de banda operacional. A diversidade no tempo é alcançada transmitindo os dados em diferentes instantes, o que pode ser alcançado mais facilmente com a utilização de multiplexagem por divisão no tempo (TDM). Estes vários aspectos do sistema de comunicações da invenção são descritos com maior detalhe em seguida. 12

De acordo com um aspecto da invenção, a diversidade de antenas é alcançada utilizando um número (NT) de antenas de transmissão na unidade de transmissão ou um número (NR) de antenas de recepção na unidade de recepção, ou múltiplas antenas em ambas as unidades de transmissão e de recepção. Num sistema de comunicações terrestre (e. g. , um sistema celular, um sistema de difusão, um sistema MMDS e outros), um sinal modulado RF de uma unidade de transmissão pode atingir a unidade de recepção através de várias caminhos de transmissão. As caracteristicas dos caminhos de transmissão variam tipicamente no tempo com base nvárias factores. Se forem utilizadas mais do que uma antena de transmissão e de recepção e se os caminhos de transmissão entre as antenas de transmissão e de recepção forem independentes (i. e., descorrelacionados), o que é geralmente verdade, pelo menos em parte, então, a versimilhança de receber correctamente o sinal transmitido aumenta à medida que aumenta o número de antenas. Geralmente, com o aumento do número de antenas de transmissão e de recepção, a diversidade aumenta e o desempenho melhora. A diversidade de antenas é proporcionada dinamicamente com base nas caracteristicas da ligação de comunicações para proporcionar o desempenho requerido. Por exemplo, um grau superior de diversidade de antenas pode ser proporcionado para alguns tipos de comunicações (e. g. , sinalização), para alguns tipos de serviços (e. g., voz), para algumas caracteristicas da ligação de comunicações (e. g., baixo C/I) ou para algumas outras condições ou considerações.

Como aqui utilizado, a diversidade de antenas inclui a diversidade de transmissão e a diversidade de recepção. Para a diversidade de transmissão, os dados são transmitidos sobre 13 múltiplas antenas de transmissão. Tipicamente, é executado um processamento adicional nos dados transmitidos a partir das antenas de transmissão para alcançar a diversidade desejada. Por exemplo, os dados transmitidos a partir de diferentes antenas de transmissão podem ser atrasados ou reordenados no tempo, ou codificados ou entrelaçados sobre as antenas de transmissão, disponíveis. A diversidade de frequência ou de tempo podem também, ser utilizadas em conjunção com as diferentes antenas de transmissão. Para a diversidade de recepção, os sinais modulados são recebidos em múltiplas antenas de recepção e a diversidade é conseguida recebendo simplesmente os sinais através de diferentes caminhos de transmissão.

De acordo com outro aspecto da invenção, a diversidade de frequência pode ser alcançada utilizando um esquema de modulação multi-portadora. Um esquema deste tipo que possui numerosas vantagens é o OFDM. Com modulação OFDM, o canal de transmissão global é essencialmente dividido num número (L) de sub-canais paralelos que são utilizados para transmitir os mesmos dados ou dados diferentes. 0 canal de transmissão global ocupa a largura de banda W operacional total e cada um dos sub-canais ocupa uma sub-banda possuindo uma largura de banda de W/L e centrada numa frequência central diferente. Cada sub-canal possui uma largura de banda que é uma parte da largura de banda operacional total. Cada um dos sub-canais pode também ser considerado um canal de transmissão de dados independente que pode estar associado com um esquema particular (e possivelmente único) de processamento, codificação e modulação, como descrito em seguida.

Os dados podem ser particionados e transmitidos sobre qualquer conjunto definido de duas ou mais sub-bandas para proporcionar diversidade de frequência. Por exemplo, a 14 transmissão para uma unidade de assinante particular pode ocorrer sobre o sub-canal 1 no intervalo de tempo 1, no sub-canal 5 no intervalo de tempo 2, no sub-canal 2 no intervalo de tempo 3, e assim sucessivamente. Como outro exemplo, os dados para uma unidade de assinante particular podem ser transmitidos sobre os sub-canais 1 e 2 no intervalo de tempo 1 (e. g., com os mesmos dados a serem transmitidos em ambos os sub-canais), nos sub-canais 4 e 6 no intervalo de tempo 2, apenas no sub-canal 2 no intervalo de tempo 3 e assim sucessivamente. A transmissão de dados sobre diferentes sub-canais ao longo do tempo pode melhorar o desempenho de um sistema de comunicações sujeito a desvanecimento selectivo na frequência e a distorção de canal. Outros benefícios da modulação OFDM são descritos em seguida.

De acordo com ainda outro aspecto da invenção, a diversidade no tempo é alcançada transmitindo dados em instantes diferentes, o que pode ser alcançado mais facilmente com a utilização de multiplexagem por divisão no tempo (TDM). Para serviços de dados (e possivelmente para serviços de voz), a transmissão de dados ocorre sobre intervalos de tempo que podem ser seleccionados para proporcionar imunidade à degradação dependente do tempo na ligação de comunicações. A diversidade no tempo pode, também, ser alcançada através da utilização de entrelaçamento.

Por exemplo, a transmissão para uma unidade de assinante particular pode ocorrer sobre os intervalos de tempo 1 a x ou num sub-conjunto dos possíveis intervalos de tempo 1 a x (e. g. , os intervalos de tempo 1, 5, 8 e assim sucessivamente) . A quantidade de dados transmitidos em cada intervalo de tempo pode ser variável ou fixa. A transmissão sobre múltiplos intervalos 15 de tempo melhora a verosimilhança da recepção de dados correcta devido a, por exemplo, ruido impulsivo e interferência. A combinação de diversidade de antenas, de frequência e no tempo permite ao sistema de comunicações da invenção proporcionar um desempenho robusto. A diversidade de antenas, de frequência e no tempo melhora a verosimilhança da recepção correcta de, pelo menos, alguns dos dados transmitidos, que podem então ser utilizados (e. g., através de descodificação) para corrigir alguns erros que possam ter ocorrido nas outras transmissões. A combinação de diversidade de antenas, de frequência e no tempo também permite ao sistema de comunicações acomodar diferentes tipos de serviços simultaneamente possuindo diferentes débitos binários, atraso de processamento e os requisitos de qualidade de serviço. 0 sistema de comunicações da invenção pode ser desenhado e operado nvárias diferentes modos de comunicação, com cada modo de comunicações utilizando diversidade de antenas, de frequência ou no tempo ou uma sua combinação. Os modos de comunicações incluem, por exemplo, um modo de comunicações com diversidade e um modo de comunicações MIMO. Várias combinações dos modos de comunicações com diversidade e MIMO podem também ser suportados pelo sistema de comunicações. Também, outros modos de comunicações podem ser implementados e estão dentro do âmbito da presente invenção. 0 modo de comunicações com diversidade utiliza diversidade de transmissão e/ou de recepção de antenas, de frequência ou no tempo ou uma sua combinação e é geralmente utilizada para melhorar a fiabilidade da ligação de comunicações. Numa implementação do modo de comunicações com diversidade, a unidade 16 de transmissão selecciona um esquema de modulação e de codificação (i. e., uma configuração) de entre um conjunto finito de possíveis configurações, que são conhecidas pelas unidades de recepção. Quando se utiliza o modo de comunicações com diversidade para um utilizador especifico (e. g., para uma chamada de voz ou uma transmissão de dados), o modo e/ou configuração podem ser conhecidas a priori (e. g. , a partir de um estabelecimento anterior) ou negociadas (e. g., através de um canal comum) pela unidade de recepção.

No modo de comunicações com diversidade, os dados são transmitidos em uma ou mais sub-bandas, a partir de uma ou mais antenas e em um ou mais periodos de tempo. Os sub-canais atribuídos podem ser associados à mesma antena ou podem ser sub-canais associados com diferentes antenas. Numa aplicação comum do modo de comunicações com diversidade, que é também referido como um modo de comunicações com diversidade "puro", os dados são transmitidos a partir de todas as antenas de transmissão disponíveis para a unidade de recepção de destino. 0 modo de comunicações com diversidade puro pode ser utilizado nos casos em que os requisitos de débito binário são baixos ou quando o C/I é baixo ou quando ambos são verdadeiros. 0 modo de comunicações MIMO utiliza diversidade de antenas em ambos os lados da ligação de comunicações e é geralmente utilizado para melhorar a fiabilidade e aumentar a capacidade da ligação de comunicações. 0 modo de comunicações MIMO pode, ainda, utilizar diversidade de frequência e/ou de tempo em combinação com a diversidade de antenas. 0 modo de comunicações MIMO, que pode também ser aqui referido como o modo de comunicações espacial, utiliza um ou mais modos de processamento a serem descritos em seguida. 17 0 modo de comunicações com diversidade tem geralmente, uma eficiência espectral mais baixa do que o modo de comunicações MIMO, especialmente para níveis de C/I elevados. Contudo, para valores de C/I baixos a moderados, o modo de comunicações com diversidade alcança uma eficiência comparável e pode ser mais fácil de implementar. Em geral, a utilização do modo de comunicações MIMO proporciona uma maior eficiência espectral quando utilizado, particularmente para valores de C/I moderados a elevados. 0 modo de comunicações MIMO pode, assim, ser utilizado vantajosamente quando os requisitos de débito binário são moderados a elevados. 0 sistema de comunicações pode ser desenhado para suportar simultaneamente, ambos os modos de comunicações com diversidade e MIMO. Os modos de comunicações podem ser aplicados de vários modos e, para aumentar a flexibilidade, podem ser aplicados independentemente numa base de sub-canal a sub-canal. 0 modo de comunicações MIMO é aplicado, tipicamente, para utilizadores específicos. Contudo, cada modo de comunicações pode ser aplicado em cada sub-canal independentemente, sobre um sub-conjunto de sub-canais, sobre todos os sub-canais ou noutra base. Por exemplo, a utilização do modo de comunicações MIMO pode ser aplicada a um utilizador específico (e. g., um utilizador de dados) e, simultaneamente, a utilização do modo de comunicações com diversidade pode ser aplicada a outro utilizador específico (e. g. , um utilizador de voz) num sub-canal diferente. 0 modo de comunicações com diversidade pode também ser aplicado, por exemplo, em sub-canais possuindo atenuação de propagação mais elevada. 18 0 sistema de comunicações da invenção também pode ser desenhado para suportar vários modos de processamento. Quando é proporcionado à unidade de transmissão informação indicativa das condições (i. e., o "estado") das ligações de comunicações, pode ser executado um processamento adicional na unidade de transmissão para melhorar mais o desempenho e aumentar a eficiência. A informação de estado de canal (CSI) completa ou a CSI parcial pode estar disponível na unidade de transmissão. A CSI completa inclui uma caracterização suficiente do caminho de propagação (i. e., a amplitude e a fase) entre todos os pares de antenas de transmissão e de recepção para cada sub-banda. A CSI completa inclui também o C/I por sub-banda. A CSI completa pode ser tratada num conjunto de matrizes de valores de ganhos complexos que são descritivas das condições dos caminhos de transmissão a partir das antenas de transmissão para as antenas de recepção, como descrito em seguida. A CSI parcial pode incluir, por exemplo, o C/I da sub-banda. Com a CSI completa ou a CSI parcial, a unidade de transmissão pré-condiciona os dados antes da transmissão para a unidade de recepção. A unidade de transmissão pode pré-condicionar os sinais apresentados às antenas de transmissão de uma forma que é única para uma unidade de recepção específica (e. g. , o pré-condicionamento é executado para cada sub-banda atribuída a essa unidade de recepção) . Enquanto o canal não mudar de forma apreciável a partir do instante em que foi medido pela unidade de recepção e enviado subsequentemente de volta ao transmissor e utilizado para pré-condicionar a transmissão, a unidade de recepção pretendida pode desmodular a transmissão. Nesta implementação, uma comunicação MIMO baseada numa CSI completa apenas pode ser desmodulada pela unidade de recepção associada com a CSI utilizada para pré-condicionar os sinais transmitidos. 19

Nos modos de processamento de CSI parcial ou de não utilização de CSI, a unidade de transmissão pode empregar um esquema de modulação e de codificação comuns (e. g., em cada transmissão de dados no canal), que pode, então, ser (em teoria) desmodulado por todas as unidades de recepção. No modo de processamento de CSI parcial, uma unidade de recepção única pode especificar o C/I e a modulação empregue em todas as antenas pode ser seleccionada em concordância (e. g. , para transmissão fiável) por essa unidade de recepção. Outras unidades de recepção podem tentar desmodular a transmissão e, se estas possuírem um C/I adequado, podem ser capazes de recuperar com sucesso a transmissão. Um canal comum (e. g. , de difusão) pode utilizar um modo de processamento de não utilização de CSI para alcançar todos os utilizadores. A título de exemplo, assuma-se que o modo de comunicações MIMO é aplicado a um fluxo de dados de canal que é transmitido num sub-canal particular a partir de quatro antenas de transmissão. 0 fluxo de dados de canal é desmultiplexado em quatro sub-fluxos de dados, um sub-fluxo de dados para cada antena de transmissão. Cada sub-fluxo de dados é, depois, modulado utilizando um esquema de modulação particular (e. g., M-PSK, M-QAM ou outras) seleccionado com base na CSI para cada sub-banda e para essa antena de transmissão. Quatro sub-fluxos de modulação são assim gerados para os quatro sub-fluxos de dados, com cada um dos sub-fluxos de modulação incluindo um fluxo de símbolos de modulação. Os quatro sub-fluxos de modulaçao são, depois , pré-condicionados utilizando a matriz de valores próprios, como expresso abaixo na equação (1), para gerar símbolos de modulação pré-condicionados. Os quatro fluxos de símbolos de modulação pré-condicionados são proporcionados, 20 respectivamente, para os quatro combinadores das quatro antenas de transmissão. Cada combinador combina os símbolos de modulação pré-condicionados recebidos com os símbolos de modulação para os outros sub-canais para gerar um vector de símbolos de modulação para a antena de transmissão associada. 0 processamento baseado na CSI completa é empregue, tipicamente, no modo de comunicações MIMO no qual fluxos de dados paralelos são transmitidos para um utilizador específico em cada um dos modos próprios do canal para cada um dos sub-canais atribuídos. 0 processamento semelhantes baseado na CSI completa pode ser executado, no qual a transmissão em apenas num sub-conjunto dos modos próprios disponíveis é acomodada em cada um dos sub-canais atribuídos (e. g., para implementar o direccionamento de feixes). Devido ao custo associado com o processamento de CSI completa (e. g., complexidade acrescida nas unidades de transmissão e de recepção, excesso de bits acrescido para a transmissão da CSI a partir da unidade de recepção para a unidade de transmissão e, assim sucessivamente) , o processamento de CSI completa pode ser aplicado, em alguns casos, no modo de comunicações MIMO, no qual são justificados um aumento adicional no desempenho e eficiência.

Nos casos em que a CSI completa não está disponível, pode estar disponível informação menos descritiva sobre o caminho de transmissão (ou CSI parcial) e esta pode ser utilizada para pré-condicionar os dados antes da transmissão. Por exemplo, o C/I de cada um dos sub-canais pode estar disponível. A informação de C/I pode, depois, ser utilizada para controlar a transmissão a partir de várias antenas de transmissão para proporcionar o desempenho requerido nos sub-canais de interesse e aumentar a capacidade do sistema. 21

Como aqui utilizado, os modos de processamento de CSI completa indicam modos de processamento que utilizam a CSI completa e os modos de processamento de CSI parcial indicam modos de processamento que utilizam a CSI parcial. Os modos de processamento baseados na CSI completa incluem, por exemplo, o modo MIMO de CSI completa que utiliza o processamento baseado na CSI completa no modo de comunicações MIMO. Os modos de processamento baseados na CSI parcial incluem, por exemplo, o modo MIMO de CSI parcial que utiliza o processamento baseado na CSI parcial no modo de comunicações MIMO.

Nos casos em que o processamento de CSI completa ou de CSI parcial são empregues para permitir à unidade de transmissão pré-condicionar os dados utilizando a informação de estado de canal disponível (e. g., os modos próprios ou o C/I), é necessária informação de retorno a partir da unidade de recepção, que utiliza uma parte da capacidade da ligação de retorno. Portanto, existe um custo associado com os modos de processamento baseados em CSI completa e em CSI parcial. 0 custo deve ser tido como um factor na escolha de qual o modo de processamento a empregar. 0 modo de processamento baseado na CSI parcial requer menos excesso de bits e pode ser mais eficiente em alguns casos. 0 modo de processamento baseado na não utilização de CSI não tem excesso de bits e pode também ser mais eficiente do que o modo de processamento baseado na CSI completa ou do que o modo de processamento baseado na CSI parcial sob certas outras circunstâncias. A FIG. 2 é um diagrama que ilustra graficamente pelo menos alguns dos aspectos do sistema de comunicações da invenção. A FIG. 2 mostra um exemplo especifico de uma transmissão a partir 22 de uma das NT antenas de transmissão numa unidade de transmissão. Na FIG. 2, o eixo horizontal representa o tempo e o eixo vertical representa a frequência. Neste exemplo, o canal de transmissão inclui 16 sub-canais e é utilizado para transmitir uma sequência de símbolos OFDM, com cada símbolo OFDM a cobrir todos os 16 sub-canais (um símbolo OFDM é indicado no tôpo da FIG. 2 e inclui todas as 16 sub-bandas) . Uma estrutura TDM é também ilustrada na qual a transmissão de dados é particionada em intervalos de tempo, com cada intervalo de tempo possuindo a duração de, por exemplo, o comprimento de um símbolo de modulação (i. e., cada símbolo de modulação é utilizado como o intervalo de tempo TDM).

Os sub-canais disponíveis podem ser utilizados para transmitir sinalização, voz, tráfego de dados e outros. No exemplo mostrado na FIG. 2, o símbolo de modulação no intervalo de tempo 1 corresponde a dados piloto, que são transmitidos periodicamente para assistir as unidades de recepção na sincronização e a executar a estimação de canal. Outras técnicas para distribuir os dados piloto no tempo e na frequência podem também ser utilizadas e estão dentro do âmbito da presente invenção. Adicionalmente, pode ser vantajoso utilizar um esquema de modulação particular durante o intervalo piloto se todos os sub-canais forem empregues (e. g. , um código PN com uma duração de chip de, aproximadamente, 1/W) . A transmissão do símbolo de modulação piloto ocorre, tipicamente, para um débito binário particular, que é habitualmente seleccionado para ser suficientemente rápido para permitir o seguimento preciso das variações na ligação de comunicações.

Os intervalos de tempo não utilizados para transmissões piloto podem, depois, ser utilizados para transmitir vários 23 tipos de dados. Por exemplo, os sub-canais 1 e 2 podem ser reservados para a transmissão de dados de controlo e de difusão para as unidades de recepção. Os dados nestes sub-canais são em geral destinados a ser recebidos por todas as unidades de recepção. Contudo, algumas das mensagens no canal de controlo podem ser especificas de um utilizador e podem ser codificadas em conformidade.

Os dados de voz e os dados de tráfego podem ser transmitidos nos sub-canais restantes. Para o exemplo mostrado na FIG. 2, o sub-canal 3 nos intervalos de tempo 2 a 9 é utilizado para a chamada de voz 1, o sub-canal 4 nos intervalos de tempo 2 a 9 é utilizado para a chamada de voz 2, o sub-canal 5 nos intervalos de tempo 5 a 9 é utilizado para a chamada de voz 3 e o sub-canal 6 nos intervalos de tempo 7 a 9 é utilizado para a chamada de voz 5.

Os sub-canais e intervalos de tempo disponíveis restantes podem ser utilizados para transmissões de dados de tráfego. No exemplo mostrado na FIG. 2, a transmissão 1 de dados utiliza os sub-canais 5 a 16 no intervalo de tempo 2 e os sub-canais 7 a 16 no intervalo de tempo 7, a transmissão 2 de dados utiliza os sub-canais 5 a 16 nos intervalos de tempo 3 e 4 e os sub-canais 6 a 16 no intervalo de tempo 5, a transmissão 3 de dados utiliza os sub-canais 6 a 16 no intervalo de tempo 6, a transmissão 4 de dados utiliza os sub-canais 7 a 16 no intervalo de tempo 8, a transmissão 5 de dados utiliza os sub-canais 7 a 11 no intervalo de tempo 9 e a transmissão 6 de dados utiliza os sub-canais 12 a 16 no intervalo de tempo 9. As transmissões 1 a 6 de dados podem representar transmissões de dados de tráfego para uma ou mais unidades de recepção. 24 0 sistema de comunicações da invenção suporta de forma flexível as transmissões de dados de tráfego. Como mostrado na FIG. 2, uma transmissão de dados particular (e. g. , dados 2) pode ocorrer sobre múltiplos sub-canais e/ou múltiplos intervalos de tempo, e múltiplas transmissões de dados (e. g. , transmissões de dadosõ e 6) podem ocorrer num intervalo de tempo. Uma transmissão de dados (e. g. , dados 1) pode também ocorrer sobre intervalos de tempo não contíguos. 0 sistema pode também ser desenhado para suportar múltiplas transmissões de dados num sub-canal. Por exemplo, dados de voz podem ser multiplexados com dados de tráfego e transmitidos num sub-canal único. A multiplexagem das transmissões de dados pode mudar potencialmente de símbolo OFDM para símbolo. Além disso, o modo de comunicações pode ser diferente de utilizador para utilizador (e. g., de uma transmissão de voz ou de dados para outra) . Por exemplo, os utilizadores de voz podem utilizar o modo de comunicações com diversidade e os utilizadores de dados podem utilizar os modos de comunicações MIMO. Este conceito pode ser extendido ao nível de sub-canal. Por exemplo, um utilizador de dados pode utilizar o modo de comunicações MIMO em sub-canais que possuam um C/I suficiente e o modo de comunicações com diversidade nos sub-canais remanescentes. A diversidade de antenas, de frequência e no tempo podem ser alcançadas, respectivamente, transmitindo dados a partir de múltiplas antenas, em múltiplos sub-canais em diferentes sub-bandas, e sobre múltiplos intervalos de tempo. Por exemplo, a diversidade de antenas para uma transmissão particular (e. g., a chamada de voz 1) pode ser alcançada transmitindo os dados (de voz) num sub-canal particular (e. g. , o sub-canal 1) sobre duas 25 ou mais antenas. A diversidade de frequência para uma transmissão particular (e. g. , a chamada de voz 1) pode ser alcançada transmitindo os dados em dois ou mais sub-canais em sub-bandas diferentes (e. g. , os sub-canais 1 e 2) . Uma combinação de diversidade de antenas e de frequência pode ser obtida transmitindo dados a partir de duas ou mais antenas e em dois ou mais sub-canais. A diversidade no tempo pode ser alcançada transmitindo dados sobre múltiplos intervalos de tempo. Por exemplo, como mostrado na FIG.2, a transmissão 1 de dados no intervalo de tempo 7 é uma parte (e. g. , nova ou repetida) da transmissão 1 de dados no intervalo de tempo 2.

Os mesmos ou diferentes dados podem ser transmitidos a partir de múltiplas antenas e/ou múltiplas sub-bandas para obter a diversidade desejada. Por exemplo, os dados podem ser transmitidos em: (1) um sub-canal a partir de uma antena, (2) um sub-canal (e. g. , sub-canal 1) a partir de múltiplas antenas, (3) um sub-canal a partir de todas as NT antenas, (4) um conjunto de sub-canais (e. g. , sub-canais 1 e 2) a partir de uma antena, (5) um conjunto de sub-canais a partir de múltiplas antenas, (6) um conjunto de sub-canais a partir de todas as NT antenas ou (7) um conjunto de canais a partir de um conjunto de antenas (e. g., o sub-canal 1 a partir das antenas 1 e 2 num intervalo de tempo, os sub-canais 1 e 2 a partir da antena 2 noutro intervalo de tempo, e assim sucessivamente). Assim, qualquer combinação de sub-canais e antenas pode ser utilizada para proporcionar diversidade de antenas e de frequência.

De acordo com certas formas de realização da invenção que proporcionam a maior flexibilidade e são capazes de alcançar um elevado desempenho e eficiência, cada sub-canal, em cada intervalo de tempo, para cada antena de transmissão, pode ser 26 visto como uma unidade de transmissão independente (i. e., um símbolo de modulação) que pode ser utilizada para transmitir qualquer tipo de dados, tais como pilotos, sinalização, difusão, voz, dados de tráfego, e outros, ou uma combinação destes (e. g. , voz e dados de tráfego multiplexados) . Neste tipo de desenho , podem ser atribuídos diferentes sub-canais a uma chamada de voz ao longo do tempo.

Flexibilidade, desempenho e eficiência são ainda alcançados permitindo a independência entre os símbolos de modulação, tal como descrito em seguida. Por exemplo, cada símbolo de modulação pode ser gerado a partir de um esquema de modulação (e. g. , M-PSK, M-QAM e outras) que resulta na melhor utilização dos recursos de tempo, frequência e espaço particulares.

Pode ser colocado várias restrições para simplificar o desenho e a implementação das unidades de transmissão e de recepção. Por exemplo, uma chamada de voz pode ser atribuída a um sub-canal particular durante a duração da chamada ou até que seja executada a reatribuição de sub-canal. Os dados de sinalização e/ou de difusão também podem ser designados para alguns sub-canais fixos (e. g., o sub-canal 1 para dados de controlo e o sub-canal 2 para dados de difusão, como mostrado na FIG. 2) de modo a que a unidade receptora conheça antecipadamente quais os sub-canais a desmodular para receber os dados.

Cada canal ou sub-canal de transmissão de dados pode também ser restrito a um esquema de modulação particular (e. g. , M-PSK, M-QAM) durante a duração da transmissão ou até ao instante em que seja atribuída um novo esquema de modulação. Por exemplo, na FIG. 2, a chamada 1 de voz no sub-canal 3 pode utilizar em QPSK, 27 a chamada 2 de voz no sub-canal 4 pode utilizar 16-QAM, a transmissão 1 de dados no intervalo de tempo 2 pode utilizar 8-PSK, a transmissão 2 de dados nos intervalos de tempo 3 a 5 podem utilizar 16-QAM e assim sucessivamente. A utilização de TDM permite uma maior flexibilidade na transmissão de dados de voz e dados de tráfego e várias atribuições de recursos podem ser contempladas. Por exemplo, um utilizador pode ter um sub-canal atribuído para cada intervalo de tempo ou, equivalentemente, quatro sub-canais de quatro em quatro intervalos de tempo ou algumas outras atribuições. 0 TDM permite que os dados sejam agregados e transmitidos em intervalo (s) de tempo designado(s) para uma eficiência melhorada.

Se for implementada a actividade de voz no transmissor, depois, nos intervalos, quando nenhuma voz está a ser transmitida, o transmissor pode atribuir outros utilizadores ao sub-canal para que a eficiência do sub-canal seja maximizada. No caso de não estarem nenhuns dados disponíveis para transmissão durante os períodos de voz inactivos, o transmissor pode diminuir (ou desligar) a potência transmitida no sub-canal, reduzindo os níveis de interferência apresentados aos outros utilizadores do sistema que estão a utilizar o mesmo sub-canal noutra célula na rede. A mesma característica pode também ser extendida ao excesso de bits, ao controlo, aos dados e outros canais.

A atribuição de uma pequena parte de recursos disponíveis sobre um período de tempo contínuo resulta, tipicamente, em atrasos mais baixos e pode ser mais adequado para serviços sensíveis ao atraso como a voz. A transmissão utilizando TDM 28 pode proporcionar uma maior eficiência, à custa de possíveis atrasos adicionais. 0 sistema de comunicações da invenção pode atribuir recursos para satisfazer os requisitos de utilizador e alcançar uma eficiência e um desempenho elevados.

MEDIDA E RELATÓRIO DE INFORMAÇÃO DE ESTADO DE CANAL NUM SISTEMA MIMO

Dada a complexidade de um sistema utilizando múltiplas antenas de transmissão e múltiplas antenas de recepção, com os efeitos de canal dispersivo associados, a técnica de modulação preferida é a OFDM, que decompõe efectivamente o canal num conjunto de canais de banda estreita não interferentes, ou sub-canais. Com o desenho do sinal OFDM adequado, um sinal transmitido num sub-canal observa "desvanecimento constante", i. e., a resposta do canal é efectivamente constante sobre a largura de banda do sub-canal. A informação de estado de canal ou CSI inclui uma caracterização suficiente do caminho de propagação (i. e., amplitude e fase) entre todos os pares de antenas de transmissão e de recepção para cada sub-canal. A CSI inclui, também, a informação dos níveis relativos de interferência e ruído em cada sub-canal, que é conhecida como informação C/I. A CSI pode ser indicada num conjunto de matrizes de valores de ganho complexo que são descritivas das condições dos caminhos de transmissão a partir das antenas de transmissão para as antenas de recepção, como descrito em seguida. Com a CSI, a unidade de transmissão pré-condiciona os dados antes da transmissão para a unidade de recepção. 0 processamento da CSI é descrito brevemente de seguida. Quando a CSI está disponível na unidade de transmissão, uma 29 abordagem simples é decompor o canal multi-entradas/multi-saídas num conjunto de canais independentes. Dada a função de transferência de canal nos transmissores, os vectores próprios esquerdos podem ser utilizados para transmitir diferentes fluxos de dados. 0 alfabeto de modulação utilizado com cada vector próprio é determinado pelo C/I disponível desse modo, dado pelos valores próprios. Se H for a matriz NR x NT que representa a resposta de canal para os NT elementos de antena de transmissão e para os NR elementos de antena de recepção num instante específico, e x for o vector de tamanho NT das entradas para o canal, então o sinal recebido pode ser expresso como: Σ = Hx + n, em que n é vector NR representando o ruído mais interferência. A decomposição em vectores próprios da matriz Hermitiana formada pelo produto da matriz de canal com a sua transposta conjugada pode ser expressa por: H*H = EÉE' em que o símbolo * indica a transposta conjugada, E é a matriz de vectores próprios, e E é a matriz diagonal de valores próprios, ambas de dimensão NT x NT. 0 transmissor converte um conjunto de NT símbolos de modulação b utilizando a matriz de vectores próprios E. Os símbolos de modulação transmitidos a partir das NT antenas de transmissão pode assim ser expresso como: x = Eb. 30

Para todas as antenas, o pré-condicionamento pode assim ser alcançado por uma operação de multiplicação de matrizes expressa como: Γ .. Ί ΛΙ Γ -ell> ê|2» Ί C1 Vt --1 __ 1 *2 = ^21» » e2Nr • h Eq(2) *M eNTiJ effTifT _ -1 £ em que bi, ~bzr · · · e bN, são respectivamente os símbolos de modulação para um sub-canal particular nas antenas de transmissão 1, 2, ... NT, onde cada símbolo de modulação pode ser gerado utilizando, por exemplo, M-PSK, M-QAM, e assim sucessivamente, tal como descrito em seguida; E = é a matriz de vectores próprios relacionada com a perda de transmissão a partir das antenas de transmissão para as antenas de recepção; e Xi, X2, · · · Xní são os símbolos de modulação pré- condicionados, que podem ser expressos como:

x, =b} ·β„ +b2»el2 + ... +bUr ·βΧΝτ *2*^*«ai +i2*^a + ··· +bnT*e2»T f e

*Ht ·*ΝΤ 1 +bl *eNr2 + - + V

Uma vez que H*H é Hermitiana, a matriz de vectores próprios é unitária. Assim, se os elementos de b tiverem potência igual, os elementos de x também possuem potência igual. 0 sinal recebido pode então ser expresso como: Y=HEb+n. 31 0 receptor executa uma operação de filtragem adaptada do canal, seguida de uma multiplicação pelos vectores próprios direitos. 0 resultado da operação de filtragem adaptada do canal é o vector z, que pode ser expresso como: z - E'&BEb +is*H*n =Êb+fi - — — — —' (eq) onde o novo termo de ruido tem uma covariância que pode ser expressa como: E(m*) « £(£*HWH£) = £*H*H£ = Λ i. e., as componentes de ruido são independentes com variâncias dadas pelos valores próprios. 0 C/I da i-ésima componente de z é λι, o i-ésimo elemento diagonal de È. A unidade de transmissão pode, assim, seleccionar um alfabeto de modulação (i. e., uma constelação de sinal) para cada um dos vectores próprios com base no C/I que é dado pelo valor próprio. Desde que as condições do canal não mudem de forma apreciável no intervalo entre o instante em que a CSI é medida no receptor e reportada e utilizada para pré-condicionar a transmissão no transmissor, o desempenho do sistema de comunicações será equivalente àquela de um conjunto de canais AWGN independentes com C/I conhecidos. A unidade 140 de transmissão converte dados em múltiplos sub-canais de dados. Podem ser utilizadas diferentes constelações QAM, dependendo da SNR do modo e sub-canal. Os dados para cada sub-canal são pré-condicionados pela matriz de 32 modos próprios para esse sub-canal. Os dados pré-condicionados para uma antena particular são sujeitos a uma operação de Transformada Inversa de Fourie Rápida (IFFT) para produzir um sinal no domínio do tempo. Uma extensão cíclica ou um prefixo cíclico é acrescentado ao sinal no domínio do tempo de forma a manter a ortogonalidade entre os sub-canais OFDM na presença de dispersão temporal no canal de propagação. Um valor de símbolo extendido é gerado por cada sub-canal OFDM e será referido a partir de agora como um símbolo OFDM. Os símbolos OFDM são transmitidos a partir de múltiplas antenas de transmissão.

As múltiplas antenas numa unidade 145 de recepção recebem sinais. Os sinais recebidos são sujeitos a uma operação de

Transformada de Fourier Discreta (DFT) para canalizar os sinais recebidos. Os dados são processados a partir de cada um sub-canais sobre todas as antenas. Neste passo de processamento, a informação referente às características de canal é extraída a partir dos dados e convertida num formato mais comprimido. Uma técnica de compressão é a utilização da resposta de canal conjugada e da matriz de modos próprios para reduzir a quantidade de informação necessária para descrever as características de canal. Uma mensagem contendo a informação de estado de canal é transmitida a partir da unidade 145 de recepção para a unidade 140 de transmissão, que pode, depois, ser utilizada para pré-condicionar futuras transmissões.

Para facilitar a derivação da CSI, a forma de onda transmitida é feita de símbolos piloto conhecidos para um preâmbulo inicial. As formas de onda piloto para diferentes antenas de transmissão compreendem conjuntos disjuntos de sub-canais OFDM. 33

Com a modulação OFDM, o canal de propagação é dividido em L sub-canais paralelos. De forma a determinar rapidamente a CSI, é transmitido um preâmbulo consistindo inteiramente de símbolos conhecidos. De forma a distinguir eficientemente as diferentes respostas de canal dos diferentes padrões de antenas de transmissão-recepção, aos sinais piloto são atribuídos sub-conjuntos disjuntos de sub-canais. Um conjunto de sub-canais composto de sub-canais [0, 1, 2,...2n-l] é decomposto em quatro sub-conjuntos disjuntos de sub-canais A = [0, 4, 8,...2n-4], B = [1, 5, 9, ...2n-3], C = [2, 6, 10,...2n-2] e D = [3, 7, 11, . . .2n—1] . 0 sub-conjunto A de sub-canais é transmitido na antena de transmissão Txl, o sub-conjunto de sub-canais é transmitido na antena de transmissão Tx2, o sub-conjunto C de sub-canais é transmitido na antena de transmissão Tx3 e o sub-conjunto D de sub-canais é transmitido na antena de transmissão Tx4. Em geral, cada antena de transmissão transmite em todos os N-ésimos sub-canais sobre o canal para que todos os sub-canais sejam disjuntos entre antenas de transmissão. Os símbolos piloto conhecidos podem ser transmitidos em todos os sub-canais de um sub-conjunto de sub-canais. O espaçamento mínimo entre os sub-canais utilizados por uma antena de transmissão particular é uma função dos parâmetros de canal. Se a resposta de canal tiver um grande espalhamento de atraso, então, um espaçamento apertado pode ser necessário. Se o número de antenas for sufientemente grande, então, o espaçamento requerido pode ser alcançado para todos os utilizadores com um único símbolo OFDM, depois, podem ser empregues vários símbolos OFDM consecutivos, com atribuição a cada antena de um sub-conjunto disjunto de sub-canais num ou mais dos múltiplos símbolos piloto. 34 A partir de cada antena de transmissão numa unidade de transmissão, a unidade de recepção recebe símbolos piloto em sub-canais disjuntos e efectua determinações acerca das características de canal dos sub-canais disjuntos. Como discutido anteriormente, a unidade de recepção pode possuir uma ou mais antenas de recepção. Suponha-se que x = {xi, i =1, . ..,

K} são os valores dos símbolos piloto para ser transmitidos em K sub-canais piloto para uma única antena de transmissão. A unidade de recepção receberá os valores yij = hij xi + nij em que hij é a resposta de canal complexa para o i-ésimo sub-canal piloto recebido na j-ésima antena de recepção e nij é o ruído. A partir desta relação, a unidade de recepção pode determinar estimativas de ruído da resposta de canal dos K sub-canais de uma única antena de transmissão. Estas estimativas de ruído podem ser utilizadas para derivar estimativas para todos os sub-canais do canal de propagação através de várias métodos diferentes, tais como a interpolação simples até a uma estimação mais complexa utilizando informação a priori sobre a dispersão de canal e nível de ruído. As estimativas podem ser melhoradas transmitindo símbolos piloto sobre símbolos OFDM consecutivos e fazendo, depois, a média das estimativas para cada símbolo OFDM consecutivo.

As estimativas são geradas em cada antena de recepção para cada antena de transmissão difundindo símbolos piloto. A CSI para o canal de propagação completo pode ser representada pelo conjunto de matrizes de resposta de canal {Hif i = 1, 2, ... , 2n}, onde a matriz Hi está associada com o i-ésimo sub-canal, e os elementos de cada matriz Hi são {h±jk , j = 1, . . . , Nrf k = 1 ,...,iVt}, os valores da resposta de canal complexa para cada uma das Nt antenas de transmissão e das Nr antenas de recepção. 35 A utilização de sub-conjuntos disjuntos de sub-canais podem ainda ser aplicados num sistema em que ligações múltiplas, e. g. , um canal de propagação a partir de uma unidade de transmissão para uma ou mais unidades de recepção, estão localizadas na proximidade umas das outras. Num sistema onde uma estação de base transmite sinais de acordo com os sectores, a área de transmissão de um sector pode sobrepor-se à área de transmissão de outro sector. Numa estação de base ideal, as antenas de transmissão em cada sector transmitem sinais numa direcção que é completamente disjunta das direcções atribuídas às antenas de transmissão dos outros sectores. Infelizmente, existem áreas sobrepostas na maior parte das estações de base sectorizadas. Utilizando esta forma de realização da invenção, são atribuídos sub-conjuntos disjuntos de sub-canais a todas as antenas de transmissão de uma estação de base para evitar interferência entre os sectores dessa estação de base. De forma semelhante, estações de base vizinhas podem também ser a causa de interferência significativa e conjuntos disjuntos de sub-canais podem ser atribuídos entre as estações de base.

Em geral, a computação da resposta de canal pode ser feita para cada ligação à qual é atribuído um sub-conjunto disjunto de sub-canais, do mesmo modo como a resposta é calculada para a ligação principal. Contudo, pode ser reportada para a unidade de transmissão uma quantidade reduzida de CSI destas ligações interferentes. Por exemplo, pode ser transmitida informação sobre o nível de interferência total médio das ligações vizinhas e utilizada para determinar o débito binário suportável pela ligação principal. Se várias ligações interferentes dominarem o nível de interferência total médio, então, a informação de interferência destas ligações pode ser reportada individualmente 36 parao sistema de forma a determinar um agrupamento de sub-canais mais eficiente em cada sub-conjunto disjunto de sub-canais.

Outra informação de CSI que pode ser entregue à unidade de transmissão é a potência medida total nos sub-canais não atribuídos à ligação principal. A potência medida total dos sub-canais atribuídos às ligações vizinhas dá uma estimativa da inteferência total mais a potência de ruído. Se vários símbolos OFDM forem utilizados como símbolos piloto, então, a resposta de canal medida média e os valores de sinal realmente recebidos podem ser utilizados para fazer uma estimativa directa do ruído total num dado sub-canal.

Em geral, a atribuição de sub-canais a uma rede de estações de base deve seguir um padrão de "reutilização de frequências", em que os mesmos sub-canais são utilizados apenas quando as ligações estão suficientemente separadas pela distância. Se um grande número de ligações estiverem a interferir umas com as outras, então, o número de sub-canais OFDM pode ser inadequado para permitir a atribuição de sub-canais por cada símbolo OFDM piloto. Nestas circunstâncias, podem ser atribuídos sub-canais às antenas de transmissão para cada P-ésimo símbolo piloto, onde P é um valor inteiro maior do que um (1).

Noutra forma de realização da invenção, o esquema OFDM é desenhado para criar valores de símbolos OFDM que minimizam ou eliminam interferência entre as antenas de transmissão que utilizam, ou sub-canais idênticos, ou sub-canais disjuntos. Um código ortogonal, tal como um código de Walsh, pode ser utilizado para transformar Q sinais ortogonais em Q sinais ortogonais representativos dos sinais piloto. No caso em que é utilizado um código de Walsh, o número de sinais piloto será uma 37 potência de dois. A utilização de códigos ortogonais pode ser utilizada conjuntamente com os sub-conjuntos de sub-canais disjuntos discutidos anteriormente de forma a reduzir a interferência a partir das ligações vizinhas. Por exemplo, num sistema MIMO 4x4 com uma largura de banda de sistema de aproximadamente, 1 MHz, assume-se que serão utilizados 256 sub-canais OFDM. Se o multipercurso estiver limitado a dez microssegundos, os sub-canais disjuntos transportando símbolos piloto devem estar espaçados de aproximadamente 50 kHz ou menos. Cada sub-canal tem aproximadamente 4 kHz de largura de forma que um espaçamento de doze sub-canais tem uma largura de 48 kHz. Se os sub-canais OFDM forem divididos em doze conjuntos de 20 sub-canais cada, são deixados por utilizar dezasseis sub-canais. Dois símbolos OFDM consecutivos são utilizados como um sinal piloto e é empregue codificação ortogonal nestes dois símbolos. Portanto, existem vinte e quatro pilotos ortogonais atribuídos às diferentes antenas de transmissão e ligações para minimizar a interferência.

Noutra forma de realização da invenção, um número elevado de símbolos OFDM periódicos podem ser utilizados como dados piloto. 0 número de símbolos OFDM deve ser suficientemente grande para que possam ser efectuadas medidas de níveis de interferência a partir de um número elevado de diferentes antenas de transmissão. Estes níveis de interferência médios serão utilizados para estabelecer restrições ao nível do sistema ou transmissões simultâneas a partir de vários sítios, i. e., um esquema de restrições adaptativo para permitir a todos os utilizadores um desempenho quase equivalente.

Numa forma de realização alternativa da invenção, a CSI de um canal de propagação MIMO pode ser determinado e transmitido 38 para um sistema MIMO que não utiliza símbolos OFDM como sinais piloto. Em vez disso, pode ser utilizada uma sequência de Registo de Deslocamento de Comprimento Máximo (sequência m) para sondar o canal de propagação. Uma sequência m é a saída de um registo de deslocamento com feedback. As sequências m possuem propriedades de autocorrelacção desejáveis, incluindo a propriedade de que a correlacção sobre um período completo da sequência com qualquer deslocamento circular não-nulo da sequência dá o valor de -1, em que os valores da sequência são +/-1. Portanto, a correlacção com um deslocamento zero é igual a Rf em que R é o comprimento da sequência. De forma a manter as propriedades desejadas, tais como a correlacção na presença de multipercurso, tem de ser repetida uma parte da sequência igual ao espalhamento de atraso do canal.

Por exemplo, se é conhecido que o canal multipercurso está limitado a um intervalo de tempo Tm e o comprimento da sequência piloto é, pelo menos, Rim, então R deslocamentos diferentes da mesma sequência m podem ser utilizados com apenas uma interferência mútua mínima. Estes R deslocamentos diferentes são atribuídos a diferentes antenas de transmissão de uma estação de base e a outras estações de base que são a causa de interferência mais importante. Às ligações no sistema MIMO que estão muito separadas em distância podem ser atribuídas diferentes sequências m. As propriedades de correlacção cruzada de diferentes sequências m não exibem as propriedades de correlacção mínimas de uma única sequência e dos seus deslocamentos, mas as diferentes sequências m comportam-se, mais ou menos, como sequências aleatórias e proporcionam um nível de correlacção médio de em que R é o 39 comprimento da sequência. Este nivel de correlacção médio é, em geral, adequado para utilização num sistema MIMO, devido à separação entre as ligações.

Um registo de deslocamento com realimentação gera todas as sequências m possíveis, pelo que as sequências são meras versões deslocadas de uma única palavra de código de comprimento R = 2m-l, em que m é um valor inteiro positivo. Portanto, existe um número limitado de sequências m binárias diferentes. De forma a evitar a reutilização da mesma sequência m numa área onde pode resultar interferência significativa, podem ser utilizadas versões filtradas de sequências m mais longas. Uma versão filtrada da sequência m já não é binária, mas apresentará ainda as mesmas propriedades de correlacção básicas.

Por exemplo, suponha-se que a sequência piloto deve ser transmitida a um ritmo de 1 MHz e que o multipercur so está limitado a dez microssegundos. Assuma-se que uma estação de base tem três sectores, em que quatro antenas de transmissão são atribuídas a cada sector para um total de doze antenas de transmissão por sítio. Se for empregue uma sequência m de comprimento 127, então, doze deslocamentos diferentes da sequência podem ser atribuídos às antenas de uma única estação de base, com deslocamentos relativos de dez amostras cada um. 0 comprimento total do piloto transmitido é, então, de 137 microssegundos, o que é um período completo da sequência mais dez amostras adicionais para acomodar o espalhamento multipercurso. Então podem ser atribuídas sequências m diferentes a diferentes estações de base, com sequências m repetidas num padrão de reutilização de códigos desenhado para minimizar os efeitos da interferência a partir da mesma sequência m. 40

As formas de realização da invenção aqui discutidas foram direccionadas para o desenho e transmissão de sinais piloto que permitirão a um especialista na técnica derivar caracteristicas do canal de propagação e a relatar tais caracteristicas para o sítio de transmissão. Contudo, a CSI completa é uma quantidade elevada de informação e também altamente redundante. Muitos métodos estão disponíveis para comprimir a quantidade de informação da CSI a ser transmitida. Um método discutido anteriormente é a utilização da matriz Hermitiana H*H, em que H é a resposta do canal como determinada na unidade de recepção. A matriz Hermitiana H*H pode ser reportada para a unidade de transmissão e ser utilizada para pré-condicionar as transmissões. Devido às propriedades das matrizes Hermitianas, apenas metade dos elementos da matriz necessitam de ser enviados, tais como a parte triangular inferior complexa da matriz H*H e os elementos reais da diagonal. Eficiências adicionais são realizadas se o número de antenas de recepção for maior do que o número de antenas de transmissão. Outro método para reduzir a quantidade de informação transmitida para a unidade de transmissão na ligação ascendente é relatar apenas um sub-conjunto de matrizes H± de resposta de canal para a unidade de transmissão, a partir das quais podem ser determinadas as matrizes de resposta de canal não reportadas através de esquemas de interpolação. Noutro método, uma representação funcional da resposta de canal sobre os sub-canais pode ser derivada para cada par de antenas de transmissão/recepção, e. g. , pode ser gerada uma função polinomial representativa da resposta de canal. Os coeficientes da função polinomial são, depiois, transmitidos para a unidade de transmissão. 41

Como alternativa para estes métodos para comprimir a informação CSI, uma forma de realização da presente invenção é direccionada à transmissão da representação no domínio do tempo da resposta de canal, que é a resposta impulsiva do canal. Se a representação no domínio do tempo da resposta de canal é simples, como nos casos onde só existem duas ou três componentes de multipercurso, uma FFT inversa pode ser executada sobre o conjunto de respostas em frequência do canal. A operação de FFT inversa pode ser executada para cada ligação entre um par de antenas de transmissão/recepção. As respostas impulsivas de canal resultantes são então traduzidas num conjunto de amplitudes e atrasos que são reportados para o transmissor.

Como discutido anteriormente, existe um custo associado com a transmissão da CSI na ligação ascendente, que é reduzido quando as formas de realização da invenção descritas anteriormente são implementadas no sistema MIMO. Outro método para reduzir o custo é seleccionar utilizadores de acordo com a média de curta duração dos seus requisitos de CSI. Os requisitos de CSI mudam quando o canal desvanece, pelo que uma eficiência melhorada na ligação ascendente é alcançada se os utilizadores estimarem a quantidade de CSI requerida e informarem a estação de base em intervalos que podem ser periódicos ou não periódicos, dependendo da taxa de mudança do canal de propagação observada pelo utilizador. A estação de base pode, depois, incluir este factor no escalonamento da utilização das ligações descendente e ascendente. 0 escalonamento pode ser feito para que utilizadores associados com canais de propagação com uma variação lenta reportem com menos frequência do que os utilizadores associados com canais de propagação com uma variação rápida. A estação de base pode também fazer o 42 escalonamento para ter em conta factores, tais como o número de utilizadores do sistema e a justiça do escalonamento.

Noutro aspecto desta forma de realização da invenção, pode ser atribuído um intervalo de tempo para que as actualizações da CSI num período de transmissão longo possam ser ajustadas de acordo com as variações verdadeiras do canal de propagação. As mudanças no canal de propagação podem ser monitorizadas no sítio de recepção de uma de entre várias maneiras possíveis. Por exemplo, a diferença entre a decisão branda sobre os símbolos e o valor mais próximo da constelação QAM pode ser determinado e utilizado como critério, ou também podem ser utilizados os tamanhos relativos das métricas do descodificador. Quando a qualidade de um dado critério desce abaixo de um limiar pré-determinado, é reportada uma actualização da CSI para a unidade de transmissão. 0 perfil de atraso de potência de multipercurso global de uma ligação varia lentamente porque a potência média observada nos vários tempos de atraso permanece constante, apesar do desvanecimento de canal poder ocorrer frequentemente. Portanto, a quantidade de CSI requerida para caracterizar uma ligação pode variar substancialmente de ligação para ligação. Para optimizar o desempenho, a codificação da CSI é adequada aos requisitos da ligação específica. Se a CSI é enviada na sua forma no domínio da frequência, i. e., um conjunto de matrizes de respostas de canal que serão interpoladas, então as ligações com pouco multipercurso requerem apenas um conjunto pequeno de matrizes de resposta de canal. 43

Componentes Estruturais de um Sistema de Comunicação de Eficiência Elevada e de Desempenho Elevado A FIG. 3 é um diagrama de blocos de um processador 112 de dados e de um modulador 114 do sistema 110 da FIG. 1. O fluxo de dados agregados de entrada que inclui todos os dados a ser transmitidos pelo sistema 110 é proporcionado para um desmultiplexador (DEMUX) 310 dentro do processador 112 de dados. O desmultiplexador 310 desmultiplexa o fluxo de dados de entrada num número (K) de fluxos de dados de canal, Si a S*. Cada fluxo de dados de canal pode corresponder a, por exemplo, um canal de sinalização, um canal de difusão, uma chamada de voz, ou uma transmissão de tráfego de dados. Cada fluxo de dados de canal é proporcionado para um codificador 312 respectivo que codifica os dados utilizando um esquema de codificação particular. A codificação pode incluir codificação para correcção de erros ou codificação para detecção de erros ou ambas, utilizadas para aumentar a fiabilidade da ligação. Mais especificamente, tal codificação pode incluir, por exemplo, entrelaçamento, codificação convolucional, codificação Turbo, codificação Trellis, codificação de blocos (e. g., codificação Reed-Solomon), verificação de redundância cíclica (CRC), e outras. A codificação turbo é descrita em maior detalhe na Patente U.S., Pedido N° 09/205511, apresentado em 4 de Dezembro de 1998 intitulado "Turbo Code Interleaver Using Linear Congruential Sequences" e num documento intitulado "The cdma 2000 ITU-R RTT Candidate Submission" referido daqui em diante como a norma IS-2000. A codificação pode ser executada na base de um canal de cada vez, i. e., em cada fluxo de dados de canal, tal como 44 mostrado na FIG. 3. Contudo, a codificação pode também ser executada sobre o fluxo de dados agregados de entrada, nvárias fluxos de dados de canal, numa parte de um fluxo de dados de canal, sobre um conjunto de antenas, sobre um conjunto de sub-canais, sobre um conjunto de sub-canais e antenas, sobre cada sub-canal, em cada símbolo de modulação ou em alguma outra unidade de tempo, espaço e frequência. Os dados codificados a partir dos codificadores 312a a 312k são, depois, fornecidos a um processador 320 de dados que processa os dados para gerar símbolos de modulação.

Numa implementação, o processador 320 de dados atribui cada fluxo de dados de canal a um ou mais sub-canais, num ou mais intervalos de tempo e numa ou mais antenas. Por exemplo, para um fluxo dedos de canal correspondendo a uma chamada de voz, o processador 320 de dados pode atribuir um sub-canal numa antena (se a diversidade de transmissão não for utilizada) ou múltiplas antenas (se a diversidade de transmissão for utilizada) para tantos intervalos de tempo quantos os necessários para aquela chamada. Para um fluxo de dados de canal correspondendo a um canal de sinalização ou de difusão, o processador 320 de dados pode atribuir o sub-canal designado numa ou mais antenas, mais uma vez, dependendo se a diversidade de transmissão é utilizada. O processador 320 de dados atribui então os restantes recursos disponíveis para fluxos de dados de canal correspondendo a transmissões de dados. Devido à natureza em rajada da transmissão de dados e à maior tolerância a atrasos, o processador 320 de dados pode atribuir os recursos disponíveis de forma a que sejam alcançados os objectivos do sistema de desempenho elevado e de eficiência elevada. As transmissões de dados são, assim, "escalonadas" para alcançar os objectivos do sistema. 45

Depois de atribuir cada fluxo de dados de canal para os seus respectivos intervalo(s) de tempo, sub-canal(is) e antena(s), os dados no fluxo de dados de canal são modulados utilizando modulação multi-portadora. A modulação OFDM é utilizada para proporcionar numerosas vantagens. Numa implementação da modulação OFDM, os dados de cada fluxo de dados de canal são agrupados em blocos, com cada bloco possuindo um número particular de bits de dados. Os bits de dados em cada bloco são, depois, atribuídos a um ou mais sub-canais associados com aquele fluxo de dados de canal.

Os bits em cada bloco são então desmultiplexados em sub-canais separados, com cada um dos sub-canais transportando várias bits portencialmente diferente (i. e., baseado no C/I do sub-canal e de o processamento MIMO ser empregue ou não) . Para cada um dstes sub-canais, os bits são agrupados em simbolos de modulação utilizando um esquema de modulação particular (e. g. , M-PSK ou M-QAM) associado com esse sub-canal. Por exemplo, com 16-QAM, a constelação de sinais é composta de 16 pontos num plano complexo (í. e., a + j*b), com cada ponto no plano complexo transportando 4 bits de informação. No modo de processamento MIMO, cada símbolo de modulação no sub-canal representa uma combinação linear de símbolos de modulação, cada um dos quais pode ser seleccionado a partir de uma constelação diferente.

A colecção de L símbolos de modulação forma um vector V de símbolos de modulação de dimensão L. Cada elemento do vector V de símbolos de modulação está associado com um sub-canal especifico possuindo uma única frequência ou tom sobre o qual os símbolos de modulação são transportados. A colecção destes L 46 símbolos de modulação são todos ortogonais uns aos outros. Em cada intervalo de tempo e para cada antena, os L símbolos de modulação correspondentes aos L sub-canais são combinados num símbolo OFDM utilizando uma transformada de Fourier inversa rápida (IFFT). Cada símbolo OFDM inclui dados a partir dos fluxos de dados de canal atribuídos aos L sub-canais. A modulação OFDM é descrita com maior detalhe num artigo intitulado "Multicarrier Modulation for Data Transmission: An Idea Whose Time Has Come", de John A.C. Bingham, IEEE Communications Magazine, Maio de 1990.

Assim o processador 320 de dados recebe e processa os dados codificados correspondendo a K fluxos de dados de canal para proporcionar NT vectores de símbolos de modulação, Vi a VNT. um vector de símbolos de modulação para cada antena de transmissão. Em algumas implementações, alguns dos vectores de símbolos de modulação podem possuir informação duplicada em sub-canais específicos destinados a diferentes antenas de transmissão. Os vectores de símbolos de modulação, Vi a VNT, são proporcionados aos moduladores 114a a 114t, respectivamente.

Na FIG. 3, cada modulador 114 inclui uma IFFT 330, um gerador 332 de prefixo cíclico e um conversor 334 de frequência. A IFFT 330 converte os vectores de símbolos de modulação recebidos nas suas representações no domínio do tempo chamadas símbolos OFDM. A IFFT 330 pode ser desenhada para executar a IFFT em qualquer número de sub-canais (e. g. , 8, 16, 32 e assim sucessivamente). Em alternativa, para cada vector de símbolos de modulação convertido num símbolo OFDM, o gerador 332 de prefixo cíclico repete uma parte da representação no domínio do tempo do símbolo OFDM para formar o símbolo de transmissão para a antena 47 específica. 0 prefixo cíclico assegura que o simbolo de transmissão mantém as suas propriedades de ortogonalidade na presença de espalhamento de atraso por multipercurso, assim melhorando o desempenho contra os efeitos de percurso destrutivos como descrito em seguida. A implementação da IFFT 330 e do gerador 332 de prefixo cíclico é conhecida da técnica e não é aqui descrita em detalhe.

As representações no domínio do tempo a partir de cada gerador 332 de prefixo cíclico (i. e., os símbolos de transmissão de cada antena) são, depois, processadas pelo conversor 324 de frequência, convertidos num sinal analógico, modulado para uma frequência de RF, e condicionado (e. g., amplificado e filtrado) para gerar um sinal modulado RF que é, depois, transmitido a partir da respectiva antena 116. A FIG. 3 mostra também um diagrama de blocos de um processador 320 de dados. Os dados codificados para cada fluxo de dados de canal (i. e., o fluxo de dados codificados, X) é proporcionado para um processador 332 de dados de canal respectivo. Se o fluxo de dados de canal estiver para ser transmitido sobre múltiplos sub-canais e/ou múltiplas antenas (sem duplicação em, pelo menos, algumas das transmissões), o processador 332 de dados de canal desmultiplexa o fluxo de dados de canal nvárias (até L.NT) sub-fluxos de dados. Cada sub-fluxo de dados corresponde a uma transmissão num sub-canal particular numa antena particular. Nas implementações típicas, o número de sub-fluxos de dados é inferior a L.NT uma vez que alguns dos sub-canais são utilizados para sinalização, voz, e outros tipos de dados. Os sub-fluxos de dados são então processados para gerar os sub-fluxos correspondentes para cada um dos sub-canais atribuídos que são então proporcionados aos combinadores 334. Os 48 combinadores 334 combinam os símbolos de modulação designados para cada antena em vectores de simbolos de modulação que são então proporcionados como um fluxo de vectores de simbolos de modulação. Os NT fluxos de vectores de simbolos de modulação para as NT antenas são então proporcionados para os blocos de processamento subsequentes (i. e., os moduladores 114).

Num desenho que proporciona a maior flexibilidade, o melhor desempenho e a eficiência mais elevada, os símbolos de modulação a serem transmitidos em cada intervalo de tempo, em cada sub-canal, podem ser seleccionados individualmente e independentemente. Esta característica permite a melhor utilização do recurso disponível sobre todas as três dimensões -tempo, frequência e espaço. 0 número de bits de dados transmitidos por cada símbolo de modulação pode, portanto, ser diferente. A FIG. 4A é um diagrama de blocos de um processador 400 de dados de canal que pode ser utilizado para processar um fluxo de dados de canal. O processador 400 de dados de canal pode ser FIG. 3. A transmissão de um fluxo de dados de canal pode ocorrer sobre múltiplos sub-canais (e. g., para os dados 1 na FIG. 2) e pode também ocorrer a partir de múltiplas antenas. A transmissão sobre cada sub-canal e a partir de cada antena pode representar dados não duplicados.

Dentro do processador 400 de dados de canal, um desmultiplexador 420 recebe e desmultiplexa o fluxo de dados codificados, X±, nvárias fluxos de dados de sub-canal, Xi(i a Χ1;Κ, um fluxo de dados de sub-canal para cada sub-canal sendo utilizado para transmitir dados. A desmultiplexagem dos dados pode ser uniforme ou não uniforme. Por exemplo, se alguma 49 informação sobre os caminhos de transmissão é conhecida (i. e., é conhecida a CSI completa ou a CSI parcial), o desmultiplexador 420 pode direccionar mais bits de dados para os sub-canais capazes de transmitir mais bit/s/Hz. Contudo, se não for conhecida nenhuma CSI, o desmultiplexador 420 pode uniformemente dirigir vários bits aproximadamente iguais para cada um dos sub-canais atribuídos.

Cada fluxo de dados de sub-canal é, depois, proporcionado a um processador 430 de divisão espacial respectivo. Cada processador 430 de divisão espacial pode ainda desmultiplexar o fluxo de dados de sub-canal recebido nvárias (até NT) sub-fluxos de dados, um sub-fluxo de dados para cada antena utilizada para transmitir os dados. Assim, depois do desmultiplexador 420 e do processador 430 de divisão espacial, o fluxo Xi de dados codificados pode ser desmultiplexado em até L.NT sub- -fluxos de dados para serem transmitidos em até L sub-canais a partir de até NT antenas.

Em qualquer intervalo de tempo particular, podem ser gerados até NT símbolos de modulação por cada processador 430 de divisão espacial e proporcionados a NT combinadores 400a a 440t. Por exemplo, o processador 430a de divisão espacial atribuído ao sub-canal 1 pode proporcionar até NT símbolos de modulação para o sub-canal 1 para as antenas 1 a NT. De uma forma semelhante, o processador 430k de divisão espacial atribuído ao sub-canal k pode proporcionar até NT símbolos de modulação para o sub-canal k para as antenas 1 a NT. Cada combinador 440 recebe os símbolos de modulação para os L sub-canais, combina os símbolos para cada intervalo de tempo num vector de símbolos de modulação e proporciona os vectores de símbolos de modulação como um fluxo 50 de vectores de símbolos de modulaçao, V, para o próximo andar de processamento (e. g. , o modulador 114). 0 processador 400 de dados de canal pode também ser desenhado para proporcionar o processamento necessário para implementar os modos de processamento de CSI completa ou de CSI parcial descritos anteriormente. O processamento CSI pode ser executado com base na informação CSI disponível e em fluxos de dados de canal, sub-canais, antenas, etc., seleccionados. O processamento CSI pode, também, ser ligado e desligado selectivamente e dinamicamente. Por exemplo, o processamento CSI pode ser ligado para uma transmissão particular e desligado para algumas outras transmissões. O processamento CSI pode ser ligado sob certas condições, por exemplo, quando a ligação de transmissão possui um C/I adequado. O processador 400 de dados de canal da FIG. 4 proporciona um nível elevado de flexibilidade. Contudo, tal flexibilidade não é tipicamente necessária para todos os fluxos de dados de canal. Por exemplo, os dados para uma chamada de voz são tipicamente transmitidos sobre um sub-canal durante a duração da chamada ou até ao instante de tempo em que o sub-canal é reatribuído. O desenho do processador de dados de canal pode ser grandemente simplificado para estes fluxos de dados de canal. A FIG. 4B é um diagrama de blocos do processamento que pode ser empregue para um fluxo de dados de canal tal como dados em excesso, sinalização, voz ou dados de tráfego. Um processador 450 de divisão espacial pode ser utilizado para implementar um processador 332 de dados de canal da FIG. 3 e pode ser utilizado para suportar um fluxo de dados de canal como, por exemplo, uma chamada de voz. Uma chamada de voz é tipicamente atribuída a um 51 sub-canal durante múltiplos intervalos de tempo (e. g., voz 1 na FIG. 2) e pode ser transmitido a partir de múltiplas antenas. 0 fluxo de dados codificados, Xi, é proporcionado para o processador 450 de divisão espacial que agrupa os dados em blocos, com cada bloco possuindo várias bits particular que são utilizados para gerar um símbolo de modulação. Os símbolos de modulação a partir do processador 450 de divisão espacial são, depois, proporcionados para um ou mais combinadores 440 associados com as uma ou mais antenas utilizadas para transmitir o fluxo de dados de canal.

Uma implementação específica de uma unidade de transmissão capaz de gerar o sinal de transmissão mostrado na FIG. 2 é agora descrito para uma melhor compreensão da invenção. No intervalo de tempo 2 na FIG. 2, os dados de controlo são transmitidos no sub-canal 1, os dados de difusão são transmitidos no sub-canal 2, as chamadas de voz 1 e 2 são atribuídas aos canais 3 e 4, respectivamente, e os dados de tráfego são transmitidos nos sub-canais 5 a 16. Neste exemplo, assume-se que a unidade de transmissão tem quatro antenas de transmissão (i. e., NT = 4) e são gerados quatro sinais de transmissão (i. e., quatro sinais modulados em RF) para as quatro antenas. A FIG. 5A é um diagrama de blocos de uma parte das unidades de processamento que podem ser utilizadas para gerar o sinal de transmissão para o intervalo de tempo 2 na FIG. 2. 0 fluxo de dados de entrada é proporcionado para um desmultiplexador (DEMUX) 510 que desmultiplexa o fluxo em cinco fluxos de dados de canal, Si a S5, correspondendo ao controlo, difusão, voz 1, voz 2 e dados 1 na Figura 2. Cada fluxo de dados de canal é proporcionado para o codificador 512 respectivo que codifica os 52 dados utilizando um esquema de codificação seleccionado para esse fluxo.

Neste exemplo, os fluxos de dados de canal Si a S5 são transmitidos utilizando diversidade de transmissão. Assim, cada um dos fluxos de dados codificados Xi a X5 é proporcionado para um processador 532 de dados de canal respectivo que gera os símbolos de modulação para esse fluxo. Os símbolos de modulação a partir de cada um dos processadores de dados de canal 532a a 532c são, depois, proporcionados para todos os quatro combinadores 540a a 540d. Cada combinador 540 recebe os símbolos de modulação para todos os 16 sub-canais designados para a antena associada com o combinador, combina os símbolos em cada sub-canal em cada intervalo de tempo para gerar um vector de símbolos de modulação e proporciona os vectores de símbolos de modulação como um fluxo de vectores de símbolos de modulação, V, para um modulador 114 associado. Como indicado na FIG. 5A, o fluxo de dados de canal Si é transmitido no sub-canal 1 a partir de todas as quatro antenas, o fluxo de dados de canal S2 é transmitido no sub-canal 2 a partir de todas as quatro antenas e o fluxo de dados de canal S3 é transmitido no sub-canal 3 a partir de todas as quatro antenas. A FIG. 5B é o diagrama de blocos de uma parte das unidades de processamento utilizadas para processar os dados codificados para o fluxo de dados de canal S4. Neste exemplo, o fluxo de dados de canal S4 é transmitido utilizando diversidade espacial (e não diversidade de transmissão como utilizado para os fluxos de dados de canal Si a S3) . Com a diversidade espacial, os dados são desmultiplexados e transmitidos (simultaneamente em cada um dos sub-canais atribuídos ou sobre diferentes intervalos de tempo) sobre múltiplas antenas. O fluxo de dados codificados X4 é 53 proporcionado para um processador 532d de dados de canal que gera os símbolos de modulação para esse fluxo. Os símbolos de modulação, neste caso, são combinações lineares de símbolos de modulação seleccionados de alfabetos de símbolos que correspondem a cada um dos modos próprios do canal. Neste exemplo, existem quatro modos próprios distintos, cada um dos quais é capaz de transportar uma quantidade de informação diferente. Como um exemplo, suponha-se que o modo próprio 1 tem um C/I que permite que 64-QAM (6 bits) seja transmitido fiavelmente, o modo próprio 2 permite 16-QAM (4 bits), o modo próprio 3 permite QPSK (2 bits) e o modo próprio 4 permite que seja utilizado BPSK (1 bit) . Assim, a combinação de todos os quatro modos próprios permite um total de 13 bits de informação para serem transmitidos simultaneamente como um símbolo de modulação efectivo sobre todas as quatro antenas no mesmo sub-canal. 0 símbolo de modulação efectivo para o sub-canal atribuído em cada antena é uma combinação linear dos símbolos individuais associados com cada modo próprio, como descrito na multiplicação de matrizes dada pela equação (1) acima. A FIG. 5C é um diagrama de blocos de uma parte das unidades de processamento utilizadas para processar o fluxo de dados de canal S5. 0 fluxo de dados codificados X5 é proporcionado para um desmultiplexador (DEMUX) 530 que desmultiplexa o fluxo X5 em doze fluxos de dados de sub-canal, X5(5 a X5,i6, um fluxo de dados de sub-canal para cada um dos sub-canais atribuídos 5 a 16. Cada fluxo de dados de sub-canal é, depois, proporcionado para o processador 536 de dados de sub-canal respectivo que gera os símbolos de modulação para o fluxo de dados de sub-canal associado. O fluxo de símbolos de sub-canal a partir dos processadores de dados sub-canal 536a a 5361 são, depois, proporcionados para os desmultiplexadores 538a a 5381, 54 respectivamente. Cada desmultiplexador 538 desmultiplexa o fluxo de símbolos de sub-canal recebido em quatro sub-fluxos de símbolos, com cada sub-fluxo de símbolos correspondendo a um sub-canal particular numa antena particular. Os quatro sub-fluxos de símbolos a partir de cada desmultiplexador 538 são, depois, proporcionados para os quatro combinadores 540a a 540d.

Na FIG. 5C, um fluxo de dados de sub-canal é processado para gerar um fluxo de símbolos de sub-canal que é, depois, desmultiplexado em quatro sub-fluxos de símbolos, um sub-fluxo de símbolos para um sub-canal particular em cada antena. Esta implementação é diferente daquela descrita para a FIG. 4A. Na FIG. 4A, o fluxo de dados de sub-canal designado para um sub-canal particular é desmultiplexado nvárias sub-fluxos de dados, um sub-fluxo para cada antena e, depois, processado para gerar os sub-fluxos de símbolos correspondentes. A desmultiplexagem na Figura 5C é executada depois da modulação de símbolo enquanto que a desmultiplexagem na FIG. 4A é executada antes da modulação de símbolo. Outras implementações podem também ser utilizadas e estão dentro do âmbito da presente invenção.

Cada combinação do processador 536 de dados de sub-canal e do desmultiplexador 538 na FIG. 5C actua de forma semelhante à combinação do processador 532d de dados de sub-canal e do desmultiplexador 534d na FIG. 5B. A taxa de cada sub-fluxo de símbolos a partir de cada desmultiplexador 538 é, em média, um quarto da taxa do fluxo de símbolos a partir do processador 536 de dados de canal associado. 55 A FIG.6 é um diagrama de blocos de uma unidade 600 de recepção, possuindo múltiplas antenas de recepção, que podem ser utilizadas para receber um ou mais fluxos de dados de canal. Um ou mais sinais transmitidos a partir de uma ou mais antenas de transmissão podem ser recebidos por cada uma das antenas 610a a 610r e encaminhados para o respectivo processador 612 de entrada. Por exemplo, a antena 610a de recepção pode receber vários sinais transmitidos a partir de várias antenas de transmissão e a antena 610r de recepção pode de forma semelhante receber múltiplos sinais transmitidos. Cada processador 612 de entrada condiciona (e. g. , filtra e amplifica) o sinal recebido, converte o sinal condicionado para uma frequência intermédia ou para a banda de base, e amostra e quantifica o sinal convertido. Cada processador 612 de entrada tipicamente, ainda desmodula as amostras associadas com a antena especifica com o piloto recebido para gerar amostras coerentes que são então proporcionadas para um processador 614 de FFT respectivo, um para cada antena de recepção.

Cada processador 614 de FFT gera representações transformadas das amostras recebidas e proporciona o respectivo fluxo de vectores de símbolos de modulação. Os fluxos de vectores de símbolos de modulação a partir dos processadores de FFT 614a a 614r são, depois, proporcionados para os desmultiplexadores e combinadores 620, que canalizam o fluxo de vectores de símbolos de modulação a partir de cada processador 614 de FFT para várias (até L) fluxos de símbolos sub-canal. Os fluxos de símbolos sub-canal a partir de todos os processadores 614 de FFT são, depois, processados com base no modo de comunicações utilizado (e. g. , diversidade ou MIMO), antes da desmodulação e descodificação. 56

Para um fluxo de dados de canal transmitido utilizando o modo de comunicações com diversidade, os fluxos de símbolos sub-canal a partir de todas as antenas utilizadas para a transmissão do fluxo de dados de canal são apresentados a um combinador que combina a informação redundante através do tempo, espaço e frequência. 0 fluxo de símbolos de modulação combinados é, depois, proporcionado para um processador 630 de canal (de diversidade) e desmodulados.

Para um fluxo de dados de canal transmitido utilizando o modo de comunicações MIMO, todos os fluxos de símbolos de sub-canal utilizados para a transmissão do fluxo de dados de canal são apresentados a um processador MIMO que ortogonaliza os símbolos de modulação recebidos em cada sub-canal nos modos próprios distintos. 0 processador MIMO executa o processamento descrito pela equação (2) anterior e gera várias sub-fluxos de símbolos independentes correspondendo ao número de modos próprios utilizado na unidade de transmissão. Por exemplo, o processador MIMO pode executar a multiplicação dos símbolos de modulação recebidos com os vectores próprios esquerdos para gerar símbolos de modulação pós-condicionados, que correspondem aos símbolos de modulação antes do processador de CSI completa na unidade de transmissão. Os sub-fluxos de símbolos (pós-condicionados) são, depois, proporcionados para um processador 630 de canal (MIMO) e desmodulados. Assim, cada processador 630 de canal recebe um fluxo de símbolos de modulação (para o modo de comunicações com diversidade) ou várias sub-fluxos de símbolos (para o modo de comunicações MIMO). Cada fluxo ou sub-fluxo de símbolos de modulação é então proporcionado para o desmodulador (DEMOD) respectivo que implementa um esquema de modulação (e. g. , M-PSK, M-QAM ou outros) que é complementar ao esquema de modulação utilizado na unidade de transmissão para o 57 sub-canal sendo processado. Para o modo decomunicações MIMO, os dados desmodulados a partir de todos os desmoduladores atribuídos podem, depois, ser descodificados independentemente ou mult iplexados num fluxo de dados de canal e então descodificados, dependendo da codificação e método de modulação empregues na unidade de transmissão. Para ambos os modos de comunicações por diversidade ou MIMO, o fluxo de dados de canal a partir do processador 630 de canal pode, depois, ser proporcionado ao descodificador 640 respectivo que implementa um esquema de descodificação complementar àquele utilizado na unidade de transmissão para o fluxo de dados de canal. Os dados descodificados a partir de cada descodificador 640 representam uma estimativa dos dados transmitidos para esse fluxo de dados de canal. A FIG. 6 representa uma forma de realização de uma unidade de recepção. Outros desenhos podem ser contemplados e estão dentro do âmbito da presente invenção. Por exemplo, uma unidade de recepção pode ser desenhada com apenas uma antena de recepção ou pode ser desenhada de forma a ser capaz de processar simultaneamente múltiplos fluxos de dados de canal (e. g., voz, dados).

Como indicado anteriormente, a modulação multiportadora é utilizada no sistema de comunicações da invenção. Em particular, a modulação OFDM pode ser empregue para proporcionar vários benefícios incluindo um desempenho melhorado num ambiente de multipercurso, complexidade de implementação reduzida (de uma forma relativa, para o modo de operação MIMO) e flexibilidade. Contudo, outras variantes de modulação multiportadora podem também ser utilizadas e estão dentro do âmbito da presente invenção. 58 A modulação OFDM pode melhorar o deseempenho do sistema devido ao espalhamento de atraso do multipercurso ou ao atraso diferencial de percurso introduzido pelo ambiente de propagação entre a antena de transmissão e a antena de recepção. A ligação de comunicações (i. e., o canal RF) tem um espalhamento de atraso que pode ser potencialmente maior do que o reciproco da largura de banda do sistema, W. Devido a este facto, um sistema de comunicações empregando um esquema de modulação que tem uma duração de um simbolo de transmissão menor do que o espalhamento de atraso sofrerá interferência inter-simbólica (ISI). A ISI distorce o simbolo recebido e aumenta a possibilidade de detecção incorrecta.

Com modulação OFDM, o canal de transmissão (ou largura de banda operacional) é dividido, essencialmente, num número (elevado) de sub-canais paraplelos (ou sub-bandas) que são utilizados para comunicar os dados. Uma vez que cada um dos sub-canais tem uma largura de banda que é tipicamente muito inferior do que a largura de banda de coerência da ligação de comunicações, a ISI devida ao espalhamento de atraso na ligação é reduzida significativamente ou eliminada utilizando modulação OFDM. Em contraste, a maior parte dos esquemas de modulação convencionais (e. g. , QPSK) são sensíveis à ISI a não ser que a taxa de símbolos de transmissão seja pequena em comparação com o espalhamento de atraso da ligação de comunicações.

Como mencionado anteriormente, os prefixos cíclicos podem ser utilizados para combater os efeitos de distorção do multipercurso. Um prefixo cíclico é uma parte de um símbolo OFDM (habitualmente a primeira parte, após a IFFT) que é ciclicamente colocado no fim do símbolo. 0 prefixo cíclico é utilizado para 59 manter a ortogonalidade do símbolo OFDM, que é tipicamente destruída pelo multipercurso.

Como exemplo, considere-se um sistema de comunicações no qual o espalhamento de atraso do canal é inferior a 10 ps. Cada símbolo OFDM tem agregado a ele um prefixo cíclico que assegura que o símbolo completo mantém as suas propriedades de ortogonalidade na presença de espalhamento de atraso multipercurso. Uma vez que o prefixo cíclico não transporta nenhuma informação adicional, este é, essencialmente, um excesso. Para manter uma boa eficiência, a duração do prefixo cíclico é seleccionada para ser uma pequena parte da duração total do símbolo de transmissão. Para o exemplo anterior, utilizando 5% de excesso para ter em conta o prefixo cíclico, uma duração de símbolo de transmissão de 200 ps é adequada para um espalhamento de atraso de canal máximo de 10 ps. A duração de símbolo de transmissão de 200 ps corresponde a uma largura de banda de 5 kHz para cada uma das sub-bandas. Se a largura de banda total do sistema for 1,2288 MHz, podem ser proporcionados 250 sub-canais de aproximadamente 5 kHz. Na práctica, é conveniente que o número de sub-canais seja uma potência de dois. Assim, se a duração do simbolo de transmissão é aumentada para 205 ps e a largura de banda do sistema é dividida em M = 256 sub-bandas, cada sub-canal terá uma largura de banda de 4,88 kHz.

Em certas formas de realização da invenção, a modulação OFDM pode reduzir a complexidade do sistema. Quando o sistema de comunicações incorpora tecnologia MIMO, a complexidade associada à unidade de recepção pode ser significativa, particularmente quando o multipercurso está presente. A utilização da modulação OFDM permite que cada uma das sub-bandas seja tratada de modo 60 independente pelo processamento MIMO empregue. Assim, a modulação OFDM pode simplificar significativamente o processamento de sinal na unidade de recepção quando é utilizada a tecnologia MIMO. A modulação OFDM pode também suportar uma flexibilidade acrescida ao partilhar a largura de banda do sistema, W, entre múltiplos utilizadores. Especificamente, o espaço de transmissão disponível para símbolos OFDM pode ser partilhado entre um grupo de utilizadores. Por exemplo, utilizadores de voz de baixo débito binário podem ser atribuídos a um sub-canal ou fracção de sub-canal num símbolo OFDM, enquanto os restantes sub-canais podem ser atribuídos a utilizadores de dados com base na agregação de pedidos. Além disso, dados de excesso, de difusão e de controlo podem ser transportados em alguns dos sub-canais disponíveis ou (possivelmente) numa parte de um sub-canal.

Como descrito anteriormente, cada sub-canal em cada intervalo de tempo está associado a um símbolo de modulação que é seleccionado de algum alfabeto tal como o M-PSK ou o M-QAM. Em certas formas de realização, o símbolo de modulação em cada um dos L sub-canais pode ser seleccionado de forma a que seja feita a utilização mais eficiente desse sub-canal. Por exemplo, o sub-canal 1 pode ser gerado utilizando QPSK, o sub-canal 2 pode ser gerado utilizando BPSK, o sub-canal 3 pode ser gerado utilizando 16-QAM, e assim sucessivamente. Assim, para cada intervalo de tempo, até L símbolos de modulação para os L sub-canais são gerados e combinados para gerar o vector de símbolos de modulação para aquele intervalo de tempo.

Um ou mais sub-canais podem ser atribuídos a um ou mais utilizadores. Por exemplo, cada utilizador de voz pode ser 61 atribuído a um único sub-canal. Os sub-canais restantes podem ser atribuídos dinamicamente aos utilizadores de dados. Neste caso, os sub-canais restantes podem ser atribuídos a um único utilizador de dados ou divididos entre múltiplos utilizadores de dados. Adicionalmente, alguns sub-canais podem ser reservados para transmitir os dados de excesso, de difusão e de controlo. Em certas formas de realização da invenção, pode ser desejável mudar a atribuição de sub-canal de (possivelmente) símbolo a símbolo de um modo pseudo-aleatório para aumentar a diversidade e proporcionar algum efeito de média na interferência.

Num sistema CDMA, a potência transmitida em cada transmissão na ligação ascendente é controlada para que seja alcançada a taxa de erro de trama (FER) requerida na estação de base com a potência tramnsmitida mínima, minimizando portanto a interferência para os outros utilizadores do sistema. Na ligação descendente do sistema CDMA, a potência de transmissão é também ajustada para aumentar a capacidade do sistema.

No sistema de comunicações da invenção, as potências de transmissão nas ligações descendente e ascendente podem ser controladas para minimizar a interferência e maximizar a capacidade do sistema. 0 controlo de potência pode ser alcançado de várias maneiras. Por exemplo, o controlo de potência pode ser executado em cada fluxo de dados de canal, em cada sub-canal, em cada antena, ou em alguma outra unidade de medida. Quando se opera no modo de comunicações com diversidade, se a atenuação de percurso a partir de uma antena particular for elevada, a transmissão a partir desta antena pode ser reduzida ou silenciada uma vez que se pode ganhar muito pouco na unidade de recepção. De forma semelhante, se a transmissão ocorrer sobre 62 múltiplos sub-canais, pode ser transmitida menos potência no(s) sub-canal(is) nos quais a atenuação de percurso é maior.

Numa implementação, o controlo de potência pode ser alcançado com um mecanismo de realimentação semelhante àquele utilizado no sistema CDMA. A informação de controlo de potência pode ser enviada periodicamente ou autonomamente a partir da unidade de recepção para a unidade de transmissão para indicar à unidade de transmissão para aumentar ou diminuir a potência de transmissão. Os bits de controlo de potência podem ser gerados com base em, por exemplo, a BER ou a FER na unidade de recepção. A FIG. 7 mostra gráficos que ilustram a eficiência espectral associada com alguns dos modos de comunicações do sistema de comunicações da invenção. Na FIG. 7, o número de bits por simbolo de modulação para uma dada taxa de erros binários é dado como uma função de C/I para várias configurações do sistema. A notação NTxNR indica a dimensionalidade da configuração, com NT = número de antenas de transmissão e NR = número de antenas de recepção. Duas configurações de diversidade, nomeadamente 1x2 e 1x4, e quatro configurações MIMO, nomeadamente 2x2, 2x4, 4x4, e 8x4, são simuladas e os resultados são proporcionados na FIG. 7.

Como mostardo nos gráficos, o número de bits por simbolo para uma dada BER varia numa gam de menos de 1 bit/s/Hz a quase 20 bit/s/Hz. Para valores baixos de C/I, a eficiência espectral do modo de comunicações com diversidade e do modo de comunicações MIMO é semelhante, e a melhoria na eficiência é menos visível. Contudo, para valores mais elevados de C/I. o aumento na eficiência espectral com a utilização do modo de comunicações MIMO torna-se mais dramático. Em certas 63 configurações MIMO e para certas condiçoes, a melhoria instantânea pode alcançar um factor de 20 vezes. A partir destes gráficos, pode observar-se que a eficiência espectral em geral aumenta quando o número de antenas de transmissão e de recepção aumentam. A melhoria está também geralmente limitada ao menor dos valores NT e NR. Por exemplo, as configurações de diversidade, 1x2 e 1x4, aproximam-se ambas assimptoticamente de 6 bit/s/Hz.

Ao examinar as várias taxas de dados alcançáveis, os valores de eficiência espectral dados na Figura 7 podem ser aplicados aos resultados sub-canal a sub-canal para obter a gama de valores possível para esse sub-canal. Como um exemplo, para uma unidade de assinante operando com um C/I de 5 dB, a eficiência espectral alcançável para esta unidade de assinante situa-se entre 1 bit/s/Hz e 2,25 bit/s/Hz, dependendo do modo de comunicações utilizado. Assim, num sub-canal de 5 kHz, esta unidade de assinante pode suportar uma taxa de dados de pico numa gama de 5 kbps/s a 10,5 kbps/s. Se o C/I for 10 dB, a meesma unidade de assinante pode suportar taxas de dados de pico na gama de 10,5 kbps/s a 25 kbps/s por sub-canal. Com 256 sub-canais disponíveis, a taxa sustentada de dados de pico para uma unidade de assinante operando a 10 dB é então de 6,4 Mbit/s. Assim, dados os requisitos de taxa de dados da unidade de assinante e o C/I de operação para a unidade de assinnate, o sistema pode atribuir o número necessário de sub-canais para corresponder aos requisitos. No caso de serviços de dados, o número de sub-canais atribuídos por intervalo de tempo pode variar dependendo de, por exemplo, outras cargas de tráfego. 64 A ligação ascendente de um sistema de comunicações pode ser desenhada de forma semelhante em estrutura à de uma ligação descendente. Contudo, em vez de canais de difusão e comuns de controlo, podem existir canais de acesso aleatório definidos em sub-canais específicos ou em posições de símbolo de modulação específicas na trama, ou ambos. Estes podem ser utilizados por algumas ou todas as unidades de assinante para enviar pedidos curtos (e. g., registo, pedidos de recursos, e assim sucessivamente) para a estação central. Nos canais comuns de acesso, as unidades de assinante podem empregar modulação e codificação comuns. Os canais restantes podem ser atribuídos para utilizadores separados, tal como na ligação descendente. A atribuição e o retirar de recursos (em ambas as ligações descendente e ascendente) pode ser controlada pelo sistema e pode ser cpmunicada no canal de controlo na ligação descendente.

Uma consideração de desenho a ter em conta para a ligação ascendente é o atraso de propagação diferencial máximo entre a unidade de assinante mais próxima e a unidade de assinante mais afastada. Em sistemas nos quais este atraso é pequeno relativamente à duração do prefixo cíclico, pode não ser necessário executar a correcção na unidade de transmissão. Contudo, em sistemas nos quais este atraso é significativo, o prefixo cíclico pode ser extendido para ter em conta o atraso incremental. Nalguns exemplos, pode ser possível fazer uma estimativa razoável do tempo de araso de ida e volta e corrigir o instante de transmissão de forma a que o símbolo chegue à estação central no instante correcto. Habitualmente existe algum erro residual, pelo que o prefixo cíclico pode ser ainda extendido para acomodar este erro residual. 65

No sistema de comunicações, algumas unidades de assinante na área de cobertura podem ser capazes de receber sinais a partir de mais do que uma estação central. Se a informação transmitida por múltiplas estações centrais é redundante em dois ou mais sub-canais e/ou a partir de duas ou mais antenas, os sinais recebidos podem ser combinados e desmodulados pela unidade de assinante utilizando um esquema de combinação de diversidade. Se o prefixo cíclico empregue for suficiente para tratar do atraso de propagação diferencial entre a primeira e a última chegadas, os sinais podem ser combinados (optimamente) no receptor e desmodulado correctamente. Esta recepção com diversidade é bem conhecida nas aplicações de difusão do OFDM. Quando os sub-canais são atribuídos a unidades de assinante específicas, é possível transmitir a mesma informação num sub-canal especifico a partir de várias estações centrais para uma unidade de assinante específica. Este conceito é semelhante ao de handover brando utilizado nos sistemas CDMA.

Assim,

Como mostrado anteriormente, a unidade de transmissão e a unidade de recepção são cada uma implementadas com várias unidades de processamento que incluem vários tipos de processadores de dados, codificadores, IFFT, FFT, desmultiplexadores, combinadores, e assim sucessivamente. Estas unidades de processamento podem ser implementadas de várias maneiras tal como um circuito integrado específico de aplicação (ASIC), um processador de sinal digital, um microcontrolador, um microprocessador ou outros circuitos electrónicos desenhados para executar as funções aqui descritas. As unidades de processamento podem também ser implementadas com um processador de propósito geral ou com um processador desenhado especificamente operado para executar códigos de instruções que alcançam as funções aqui descritas. Assim, as unidades de processamento aqui descritas podem ser implementadas utilizando hardware, software, ou uma combinação dos dois. A descrição anterior das formas de realização preferidas é proporcionada para permitir a qualquer especialista na técnica realizar ou utilizar a presente invenção. Várias modificações a estas formas de realização serão imediatamente evidentes para esses especialistas na técnica e os princípios genéricos aqui definidos podem ser aplicados a outras formas de realização sem a utilização da faculdade inventiva. Deste modo, a presente invenção não pretende limitadar-se às formas de realização aqui mostradas mas deve ser-lhe atribuído o âmbito mais largo como definido pelas reivindicações anexas.

Lisboa, 19 de Janeiro de 2012 67

Claims

REIVINDICAÇÕES Método de transmitir símbolos piloto num sistema (100) de comunicações multi-antena, compreendendo: atribuir cada uma de uma pluralidade de antenas, NT, com uma pluralidade de símbolos piloto e um diferente de uma pluralidade sub-conjuntos de sub-canais, em que cada um da pluralidade de sub-conjuntos de sub-canais inclui um sub-conjunto diferente de uma pluralidade de sub-canais e em que cada antena transmite em cada NT-ésimo sub-canal sobre o canal para que todos os sub-canais sejam disjuntos entre antenas de transmissão; modular a pluralidade de símbolos piloto atribuída na respectiva pluralidade de sub-conjuntos de sub-canais atribuída; e transmitir cada um da pluralidade de símbolos piloto atribuída, a partir da pluralidade de antenas utilizando, simultaneamente, a respectiva pluralidade de sub-conjuntos de sub-canais atribuída, em que a transmissão a partir de cada antena ocorre no sub-conjunto de sub-canais atribuído à antena. Método da reivindicação 1, em que o sistema de comunicações multi-antena utiliza multiplexagem ortogonal por divisão na frequência, OFDM. Aparelho para transmitir símbolos piloto num sistema (100) de comunicações multi-antena, compreendendo: 1 meios para atribuir (112) cada uma de uma pluralidade de antenas, NT, com uma pluralidade de símbolos piloto e um diferente de uma pluralidade sub-conjuntos de sub-canais, em que cada um da pluralidade de sub-conjuntos de sub-canais inclui um sub-conjunto diferente de uma pluralidade de sub-canais e em que cada antena transmite em cada NT-ésimo sub-canal sobre o canal para que todos os sub-canais sejam disjuntos entre antenas de transmissão; meios para modular a pluralidade de símbolos piloto atribuída, na respectiva pluralidade de sub-conjuntos de sub-canais atribuída; e meios para transmitir cada um da pluralidade de símbolos piloto atribuída a partir da pluralidade de antenas utilizando, simultaneamente, a respectiva pluralidade de sub-conjuntos de sub-canais atribuída, em que a transmissão a partir de cada antena ocorre no sub-conjunto de sub-canais atribuído à antena.
4. Aparelho da reivindicação 3, compreendendo ainda meios para codificar a pluralidade de símbolos piloto como uma pluralidade de símbolos periódicos de multiplexagem ortogonal por divisão na frequência, OFDM.
5. Aparelho das reivindicações 3 ou 4, em que o sistema de comunicações multi-antena utiliza multiplexagem ortogonal por divisão na frequência, OFDM. Lisboa, 19 de Janeiro de 2012 2