PT1758267E

PT1758267E - Aparelho para medição e comunicação de informações sobre o estado de canal

Info

Publication number: PT1758267E
Application number: PT06014173T
Authority: PT
Inventors: S Wallace Mark; R Walton Jay; Jalali Ahmad
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2016-06-24
Also published as: JP2012182803A; JP2005341603A; EP1628419A2; DK1628419T3; PT1628419E; NO334254B1; IL195020A; EP1758267A1; EP2779478A1; IL195020A0; AU4592101A; PT2237440T; EP1269665B1; JP5122714B2; BR0109693A; RU2002129011A; WO2001076110A3; MXPA02009370A; UA72583C2; US6473467B1

Description

DESCRIÇÃO

"APARELHO PARA MEDIÇÃO E COMUNICAÇÃO DE INFORMAÇÕES SOBRE O 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 medição ecomunicação de informações sobre o estado de canal num sistemade comunicações de elevada eficiência e desempenho elevado. II. Descrição da Técnica Relacionada

Um sistema atual de comunicações sem fios tem que funcionaratravés de canais que sofrem atenuação e desvanecimento etrajetórias múltiplas. Um tal sistema de comunicações é umsistema de acesso múltiplo por divisão de códiqo (CDMA) deacordo com a "TIA/EIA/IS-95 Mobile Station-Base StationCompatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread SpectrumCellular System", a seguir designada por norma IS-95. 0 sistemaCDMA suporta comunicação de voz e dados entre utilizadoresatravés de uma ligação terrestre. A utilização de técnicas CDMAnum sistema de comunicações de acesso múltiplo é divulgada naPatente U.S. N.2 4901307, intitulada "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE

ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" e Patente U.S. N.2 5103459, intitulada "SYSTEM ANDMETHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONESYSTEM", ambas atribuídas à Requerente da presente invenção.

Um sistema IS-95 pode funcionar eficientemente ao estimarparâmetros de canal numa unidade recetora, que utiliza essesparâmetros de canal estimados para desmodular um sinal recebido.O sistema IS-95 faz com que a estimação de canal seja eficienteao obrigar à transmissão de um sinal piloto por cada estaçãobase. Este sinal piloto é uma sequência de tipo PN de repetiçãoconhecida pela unidade recetora. A correlação do sinal pilotorecebido com uma réplica local do sinal piloto permite à unidaderecetora estimar a resposta impulsiva complexa do canal eajustar os parâmetros do desmodulador em conformidade. Para aforma de onda IS-95 e parâmetros do sistema, não é necessário oubenéfico comunicar informações sobre as condições de canalmedidas pela unidade recetora de volta para a unidadetransmissora. O documento US 5914933 descreve um sistema de multiportadorano qual blocos de dados são distribuídos através de umapluralidade de agrupamentos de modo a reduzir a relação potênciade pico-potência média durante a transmissão.

Dada a crescente procura por comunicações sem fios, édesejável um sistema de comunicações sem fios de maior eficiênciae desempenho mais elevado. Um tipo de sistema de comunicaçõessem fios com desempenho mais elevado é um sistema de MúltiplasEntras/Múltiplas Saídas (MIMO), que emprega múltiplas antenas detransmissão para transmissão através de um canal de propagaçãopara múltiplas antenas de receção. Como nos sistemas dedesempenho inferior, o canal de propagação num sistema MIMO está sujeito a efeitos nefastos devido a trajetórias múltiplas, bemcomo à interferência de antenas adjacentes. As trajetóriasmúltiplas ocorrem quando um sinal transmitido chega a umaunidade recetora através de múltiplas trajetórias de propagaçãocom tempos de propagação diferentes. Quando os sinais chegam apartir de múltiplas trajetórias de propagação, os componentesdos sinais podem combinar-se destrutivamente, o que é designadopor "atenuação". De modo a melhorar a eficácia e reduzir acomplexidade do sistema MIMO, as informações sobre as caracteristicas do canal de propagação podem ser transmitidas devolta para a unidade transmissora, de modo a pré-condicionar osinal antes da transmissão. 0 pré-condicionamento do sinal pode ser difícil quando ascaracteristicas do canal de propagação mudam rapidamente. Aresposta de canal pode mudar com o tempo devido ao movimento daunidade recetora ou a alterações no ambiente envolvente daunidade recetora. No caso de um ambiente móvel, um desempenhoideal requer que a informação sobre as caracteristicas doscanais, tais como estatísticas de atenuação e interferências,sejam determinadas e transmitidas rapidamente para a unidadetransmissora antes de as caracteristicas do canal mudaremsignificativamente. À medida que o atraso do processo de mediçãoe de comunicação das informações aumenta, a utilidade dasinformações sobre a resposta de canal diminui. Existe,atualmente, a necessidade de técnicas eficientes queproporcionem uma rápida determinação das características docanal.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um aparelho para a medição ecomunicação de caracteristicas de transmissão de um canal depropagação num sistema de comunicação com múltiplas entradas/múltiplas saídas como exposto na reivindicação 1. Outrosdesenvolvimentos da invenção são o assunto das reivindicações dependentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As caracteristicas, natureza e vantagens da presenteinvenção irão ser mais evidentes a partir da descrição detalhadaabaixo apresentada quando considerada em conjunto com osdesenhos, nos quais caracteres de referência idênticos identificam elementos correspondentes em toda a descrição e emque: A FIG. 1 é um diagrama de um sistema de comunicação com múltiplas entradas/múltiplas saídas (MIMO); A FIG. 2 é um diagrama que ilustra graficamente um exemploespecífico de uma transmissão a partir de uma antena detransmissão numa unidade transmissora; A FIG. 3 é um diagrama de blocos de um processador de dadose de um modulador do sistema de comunicações ilustrado naFIG. 1;

As FIG. 4A e 4B são diagramas de blocos de duas versões deum processador de dados de canal que pode ser utilizado para o processamento de um fluxo de dados de canal, tais como dados de controlo, radiodifusão, voz ou tráfego;

As FIG. 5A a 5C são diagramas de blocos das unidades deprocessamento que podem ser utilizadas para gerar o sinalde transmissão mostrado na FIG. 2; A FIG. 6 é um diagrama de blocos de uma unidade recetoratendo múltiplas antenas de receção, que podem serutilizadas para receber um ou mais fluxos de dados decanal; e A FIG. 7 mostra gráficos que ilustram a eficiência espectralpassível de ser conseguida com alguns dos modos de operaçãode um sistema de comunicações de acordo com uma forma derealização.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO ESPECÍFICAS A FIG. 1 é um diagrama de um sistema 100 de comunicação comMúltiplas Entradas/Múltiplas saídas (MIMO) apto a implementaralgumas formas de realização da invenção. O sistema 100 decomunicações pode funcionar de modo a proporcionar uma combinação de diversidade de antenas, e frequências e temporalpara aumentar a eficiência espectral, melhorar o desempenho eaumentar a flexibilidade. O aumento da eficiência espectral écaracterizado pela capacidade de transmitir mais bits porsegundo por Hertz (bps/Hz) quando e onde for possível utilizarmelhor a largura de banda do sistema disponível. Técnicas para aobtenção de uma maior eficiência espectral são descritas commais detalhe abaixo. O desempenho melhorado pode serquantificado, por exemplo, por uma menor taxa de erros de bit(BER) ou taxa de erros de trama (FER) para uma determinadarelação portadora de ligação-ruído mais interferência (C/I). Euma maior flexibilidade é caracterizada pela capacidade deacomodar múltiplos utilizadores tendo requisitos diferentes e, tipicamente, dispares. Estes objetivos podem ser atingidos, emparte, ao empregar modulação multiportadora, multiplexagem pordivisão de tempo (TDM) , múltiplas antenas de transmissão e/oureceção e outras técnicas. As caracteristicas, aspetos evantagens da invenção são descritos abaixo em mais detalhe.

Como mostrado na FIG. 1, o sistema 100 de comunicaçõesinclui um primeiro sistema 110 em comunicação com um segundosistema 120. O sistema 110 inclui um processador 112 de dados(transmissão) que (1) recebe ou gera dados, (2) processa os dados para proporcionar diversidade de antenas, frequências outemporal, ou uma sua combinação, e (3) fornece símbolos de modulação processados a vários moduladores (MOD) 114a até 114t.Cada modulador 114 processa, ainda, os símbolos de modulação egera um sinal modulado de RF apropriado para transmissão. Ossinais modulados de RF provenientes dos moduladores 114a até 114tsão, depois, transmitidos por respetivas antenas 116a até 116t,através de ligações 118 para comunicação, para o sistema 120.

Na FIG. 1, o sistema 120 inclui várias antenas 122a a 122rde receção, que recebem os sinais transmitidos e fornecem os sinais recebidos a respetivos desmoduladores (DEMOD) 124a até124r. Como mostrado na FIG. 1, cada antena 122 de receção podereceber sinais de uma ou mais antenas 116 de transmissão,dependendo de vários fatores, tais como, por exemplo, o modooperativo utilizado no sistema 110, a diretividade das antenas de transmissão e receção, as caracteristicas das ligações paracomunicação e outros. Cada desmodulador 124 desmodula orespetivo sinal recebido utilizando um esquema de desmodulaçãoque é complementar ao esquema de modulação utilizado notransmissor. Os símbolos desmodulados provenientes dosdesmoduladores 124a até 124r são, em seguida, fornecidos a um processador 126 de dados (receção), que processa, ainda, ossímbolos para emitir os dados de saída. 0 processamento de dadosnas unidades transmissora e recetora é descrito com mais detalheabaixo. A FIG. 1 mostra apenas a transmissão de ligação direta dosistema 110 para o sistema 120. Esta configuração pode serutilizada para a radiodifusão de dados e outras aplicações detransmissão unidirecional de dados. Num sistema de comunicaçõesbidirecional, uma ligação inversa do sistema 120 para osistema 110 também é disponibilizada, embora não estejarepresentada na FIG. 1 por uma questão de simplificação. Nosistema de comunicações bidirecional, cada um dos sistemas 110 e120 pode funcionar como uma unidade transmissora ou uma unidaderecetora, ou ambas simultaneamente, dependendo de os dadosestarem a ser transmitidos de, ou recebidos na, unidade.

Por questões de simplicidade, o sistema 100 de comunicações,como mostrado, inclui uma unidade transmissora (i. e., osistema 110) e uma unidade recetora (i. e., o sistema 120) . Noentanto, em geral, múltiplas antenas de transmissão e múltiplasantenas de receção estão presentes em cada unidade transmissorae em cada unidade recetora. O sistema de comunicações dapresente invenção pode incluir um qualquer número de unidadestransmissoras e unidades recetoras.

Cada unidade transmissora pode incluir uma única antena detransmissão ou várias antenas de transmissão, tal como mostradona FIG. 1. Do mesmo modo, cada unidade recetora pode incluir umaúnica antena de receção ou várias antenas de receção, mais umavez, tal como mostrado na FIG. 1. Por exemplo, o sistema decomunicações pode incluir um sistema central (i. e., semelhante a uma estação base no sistema CDMA IS-95) tendo várias antenasque transmitem dados para, e recebem dados de, vários sistemasremotos (i. e., unidades de assinante, semelhantes às estações remotas no sistema CDMA), alguns dos quais podem incluir uma antena e outros podem incluir múltiplas antenas.

Como aqui utilizado, uma antena refere-se a uma coleção deum ou mais elementos de antena que estão distribuídos no espaço.Os elementos de antena podem estar localizados fisicamente numúnico local ou distribuídos por múltiplos locais. Os elementos de antena colocalizados fisicamente num único local podem seroperados como um conjunto de antenas (e. g., tal como para uma estação base CDMA). Uma rede de antenas consiste numa coleção deconjuntos de antenas ou elementos que estão fisicamenteseparados (e. g., várias estações base CDMA). Um conjunto de antenas ou uma rede de antenas podem ser concebidos com a capacidade de formar feixes e de transmitir múltiplos feixes apartir do conjunto ou rede de antenas. Por exemplo, uma estaçãobase CDMA pode ser concebida com a capacidade de transmitir atétrês feixes para três secções diferentes de uma área decobertura (ou setores) a partir do mesmo conjunto de antenas.Assim, os três feixes podem ser vistos como três transmissõesprovenientes de três antenas. 0 sistema de comunicações da invenção pode ser concebidopara proporcionar um esquema de comunicações multiutilizador deacesso múltiplo apto a suportar unidades de assinante tendorequisitos, bem como capacidades, diferentes. 0 esquema permiteque a largura de banda de funcionamento total do sistema, W,(e. g.r 1,2288 MHz) seja eficientemente partilhada entrediferentes tipos de serviços que podem ter requisitos díspares no que se refere à velocidade de transmissão de dados, atraso equalidade de serviço (QoS).

Exemplos de tais tipos díspares de serviços incluem serviçosde voz e serviços de dados. Os serviços de voz são, tipicamente,caracterizados por uma baixa velocidade de transmissão de dados(e. g.r 8 kbps a 32 kbps), atraso de processamento curto (e. g.ratraso global unidirecional de 3 ms a 100 ms) e utilizaçãoprolongada de um canal de comunicações por um período prolongadode tempo. Os requisitos de atraso curto impostos pelos serviçosde voz obrigam, tipicamente, a que uma pequena fração dosrecursos do sistema seja dedicada a cada chamada de voz durantea chamada. Em contrapartida, os serviços de dados são caracterizados por tráfegos de tipo "rajada", em que quantidadesvariáveis de dados são enviadas em momentos esporádicos. Aquantidade de dados pode variar significativamente de rajada-a-rajada e de utilizador-a-utilizador. Para que a eficiência sejaelevada, o sistema de comunicações da invenção pode serconcebido com a capacidade de alocar uma parte dos recursosdisponíveis aos serviços de voz, quando necessário, e osrecursos restantes aos serviços de dados. Uma fração dosrecursos do sistema disponíveis também pode ser dedicada adeterminados serviços de dados ou determinados tipos de serviçosde dados. A distribuição de velocidades de transmissão de dadosalcançáveis por cada unidade de assinante pode ter uma grandevariação entre alguns valores instantâneos máximos e mínimos(e. g., de 200 kbps até mais de 20 Mbps) . A velocidade detransmissão de dados alcançável para uma unidade de assinanteparticular num dado instante pode ser influenciada por váriosfatores, tais como a quantidade de potência de transmissão disponível, a qualidade da ligação para comunicações (i. e., a C/I), o esquema de codificação e outros. 0 requisito davelocidade de transmissão de dados de cada unidade de assinantetambém pode variar muito entre um valor mínimo (e. g., 8 kbps, para uma chamada de voz) até a velocidade de pico instantâneamáxima suportada (e. g., 20 Mbps para serviços de dados em rajada). A percentagem de tráfego de voz e de dados é, tipicamente,uma variável aleatória que muda ao longo do tempo. De acordo comdeterminados aspetos da invenção, para suportar de formaeficiente ambos os tipos de serviços ao mesmo tempo, o sistemade comunicações da invenção é concebido com a capacidade dealocar de forma dinâmica os recursos disponíveis com base naquantidade de tráfego de voz e dados. Um esquema para atribuirrecursos dinamicamente é descrito abaixo. Outro esquema paraatribuir recursos é descrito no Pedido de Patente U.S. com o N.2de Série 08/963386. O sistema de comunicações da invenção proporciona as características e vantagens acima descritas, e está apto asuportar diferentes tipos de serviços tendo requisitos díspares.As características são obtidas ao empregar diversidade de antenas, frequências ou temporal, ou uma sua combinação. Adiversidade de antenas, frequências ou temporal pode ser obtidaindependentemente e selecionada dinamicamente.

Como aqui utilizado, uma diversidade de antenas refere-se àtransmissão e/ou receção de dados abrangendo mais do que umaantena, a diversidade de frequências refere-se à transmissão dedados abrangendo mais do que uma sub-banda e a diversidadetemporal refere-se à transmissão de dados abrangendo mais do que um período de tempo. A diversidade de antenas, frequências etemporal pode incluir subcategorias. Por exemplo, diversidade detransmissão refere-se à utilização de mais do que uma antena detransmissão de modo a melhorar a fiabilidade da ligação paracomunicações, diversidade de receção refere-se à utilização demais do que uma antena de receção de modo a melhorar afiabilidade da ligação para comunicações, e a diversidadeespacial refere-se à utilização de múltiplas antenas detransmissão e de receção para melhorar a fiabilidade e/ouaumentar a capacidade da ligação para comunicações. Também sepode utilizar diversidade de transmissão e de receção de formacombinada para melhorar a fiabilidade da ligação para comunicações sem aumentar a capacidade da ligação. Váriascombinações de diversidade de antenas, frequências e temporal,podem, assim, ser obtidas e estão abrangidas pelo âmbito dapresente invenção. A diversidade de frequências pode ser proporcionada pelautilização de um esquema de modulação multiportadora, tal comomultiplexagem por divisão ortogonal de frequência (OFDM), quepermite a transmissão de dados através de várias sub-bandas dalargura de banda de funcionamento. A diversidade temporal éobtida ao transmitir os dados em diferentes momentos, o que podeser mais facilmente conseguido com a utilização de multiplexagempor divisão de tempo (TDM). Estes vários aspetos do sistema decomunicações da invenção são descritos em mais detalhe abaixo.

De acordo com um aspeto da invenção, a diversidade deantenas é obtida ao empregar várias (NT) antenas de transmissãona unidade transmissora ou várias (NR) antenas de receção naunidade recetora, ou múltiplas antenas nas unidades transmissorae recetora. Em sistemas de comunicações terrestres (e. g., um sistema celular, um sistema de radiodifusão, um sistema MMDS eoutros), um sinal modulado de RF proveniente de uma unidadetransmissora pode atingir a unidade recetora através de váriastrajetórias de transmissão. As caracteristicas das trajetóriasde transmissão, tipicamente, variam ao longo do tempo com baseem vários fatores. Se se utilizar mais do que uma antena detransmissão ou receção e se as trajetórias de transmissão entreas antenas de transmissão e de receção forem independentes(i. e., não correlacionadas), o que é, geralmente, verdade, pelomenos em certa medida, então, a probabilidade de recebercorretamente o sinal transmitido aumenta com o aumento do númerode antenas. De um modo geral, quando o número de antenas detransmissão e de receção aumenta, a diversidade aumenta e odesempenho melhora. A diversidade de antenas é proporcionada dinamicamente combase nas caracteristicas da ligação para comunicação paraproporcionar o desempenho exigido. Por exemplo, um maior grau dediversidade de antenas pode ser proporcionado para alguns tiposde comunicação (e. g., sinalização), para alguns tipos de serviços (e. g., voz), para algumas caracteristicas de ligação para comunicação (e. g., baixa C/I) ou para algumas outras condições ou considerações.

Como aqui utilizado, a diversidade de antenas incluidiversidade de transmissão e diversidade de receção. Nadiversidade de transmissão, os dados são transmitidos através demúltiplas antenas de transmissão. Tipicamente, é realizado umprocessamento adicional nos dados transmitidos pelas antenas detransmissão para obter a diversidade desejada. Por exemplo, osdados transmitidos por diferentes antenas de transmissão podemser atrasados ou reordenados no tempo, ou codificados e entrelaçados entre as antenas de transmissão disponíveis.Igualmente, a diversidade de frequências e temporal pode serutilizada em conjunto com as diferentes antenas de transmissão.Na diversidade de receção, sinais modulados são recebidos emmúltiplas antenas de receção e a diversidade é obtida ao recebersimplesmente os sinais através de diferentes trajetórias detransmissão.

De acordo com outro aspeto da invenção, a diversidade defrequências pode ser obtida ao empregar um esquema de modulaçãomultiportadora. Um tal esquema que tem inúmeras vantagens é oOFDM. Com uma modulação OFDM, o canal de transmissão global éessencialmente dividido em vários subcanais paralelos (L) quesão utilizados para transmitir dados iguais ou diferentes. 0canal de transmissão global ocupa a largura de banda defuncionamento total de W e cada um dos subcanais ocupa umasub-banda possuindo uma largura de banda de W/L e centrada numafrequência central diferente. Cada subcanal tem uma largura debanda que é uma parte da largura de banda de funcionamentototal. Cada um dos subcanais também pode ser considerado umcanal de transmissão de dados independente que pode estarassociado com um processamento, codificação e esquema demodulação particulares (e possivelmente únicos), como descritoabaixo.

Os dados podem ser particionados e transmitidos através deum qualquer conjunto definido de duas ou mais sub-bandas paraproporcionar diversidade de frequências. Por exemplo, atransmissão para uma unidade de assinante particular podeocorrer através do subcanal 1 no intervalo de tempo 1, subcanal 5no intervalo de tempo 2, subcanal 2 no intervalo de tempo 3 eassim por diante. Noutro exemplo, os dados para uma unidade de assinante particular podem ser transmitidos através desubcanais 1 e 2 no intervalo de tempo 1 (e. g., sendo os mesmosdados transmitidos em ambos os subcanais), subcanais 4 e 6 nointervalo de tempo 2, apenas um subcanal 2 no intervalo detempo 3 e assim por diante. A transmissão de dados através dediferentes subcanais ao longo do tempo pode melhorar odesempenho de um sistema de comunicações sofrendo uma atenuaçãode frequência seletiva e distorção de canal. Outros benefíciosda modulação OFDM são descritos abaixo.

De acordo com, ainda, outro aspeto da invenção, adiversidade temporal é obtida ao transmitir dados em momentosdiferentes, o que pode ser conseguido mais facilmente utilizandomultiplexagem por divisão de tempo (TDM). Para serviços de dados(e possivelmente para serviços de voz), a transmissão de dadosocorre em intervalos de tempo que podem ser selecionados paraproporcionar imunidade à degradação dependente do tempo naligação para comunicação. A diversidade temporal também pode serobtida através da utilização de entrelaçamento.

Por exemplo, a transmissão para uma unidade de assinanteparticular pode ocorrer nos intervalos de tempo 1 até x ou numsubconjunto dos possíveis intervalos de tempo de 1 até x (e. g.,intervalos de tempo 1, 5, 8 e assim por diante). A quantidade dedados transmitidos em cada intervalo de tempo pode ser fixa ouvariável. A transmissão em múltiplos intervalos de tempo melhoraa probabilidade de uma receção de dados correta devido a, porexemplo, ruído A combinação de diversidade de antenas, de frequências etemporal permite que o sistema de comunicações da invençãoproporcione um desempenho robusto. A diversidade de antenas, de frequências e/ou temporal aumenta a probabilidade de uma receçãocorreta de, pelo menos, alguns dos dados transmitidos, que pode,depois, ser utilizada (e. g., através de descodificação) paracorrigir alguns erros que possam ter ocorrido nas outrastransmissões. A combinação de diversidade de antenas, defrequências e temporal também permite que o sistema decomunicações acomode, simultaneamente, diferentes tipos deserviços tendo requisitos dispares no que se refere avelocidades de transmissão de dados, atraso de processamento equalidade do serviço. 0 sistema de comunicações da invenção pode ser concebido eutilizado numa série de diferentes modos de comunicação,empregando cada modo de comunicações uma diversidade de antenas,de frequências ou temporal, ou uma sua combinação. Os modos decomunicação incluem, por exemplo, um modo de comunicações dediversidade e um modo de comunicações MIMO. Várias combinaçõesdos modos de comunicações de diversidade e MIMO também podem sersuportadas pelo sistema de comunicações. Além disso, podem serimplementados outros modos de comunicações que estão abrangidospelo âmbito da presente invenção. 0 modo de comunicações de diversidade emprega diversidade detransmissão e/ou de receção, diversidade de frequências outemporal, ou uma sua combinação, e é geralmente utilizado paramelhorar a fiabilidade da ligação para comunicações. Numaimplementação do modo de comunicações de diversidade, a unidadetransmissora seleciona um esquema de modulação e codificação(i. e., configuração) a partir de um conjunto finito deconfigurações possíveis, que são conhecidas pelas unidadesrecetoras. Por exemplo, cada canal de informação complementar ecomum pode ser associado a uma configuração particular, que é conhecida por todas as unidades recetoras. Quando se utiliza omodo de comunicações de diversidade para um utilizador especifico(e. g.r para uma chamada de voz ou uma transmissão de dados), omodo e/ou configuração podem ser conhecidos a priori (e. g., apartir de um ajuste anterior) ou negociados (e. g., através deum canal comum) pela unidade recetora.

No modo de comunicações de diversidade, os dados sãotransmitidos em um ou mais subcanais, provenientes de uma oumais antenas, e em um ou mais períodos de tempo. Os subcanaisalocados podem estar associados com a mesma antena ou podem sersubcanais associados com diferentes antenas. Numa aplicaçãocomum do modo de comunicações de diversidade, que também édesignado por modo de comunicações de diversidade "puro", osdados são transmitidos por todas as antenas de transmissãodisponíveis para a unidade recetora de destino. 0 modo decomunicações de diversidade puro pode ser utilizado nos casos emque os requisitos de velocidade de transmissão de dados sãobaixos ou quando a C/I é baixa, ou quando ambos são verdadeiros. 0 modo de comunicações MIMO emprega diversidade de antenasem ambos os extremos da ligação para comunicação e é, de um modogeral, utilizado para melhorar a fiabilidade e aumentar acapacidade da ligação para comunicações. 0 modo de comunicaçõesMIMO pode ainda empregar diversidade de frequências e/outemporal em combinação com a diversidade de antenas. 0 modo decomunicações MIMO, que também pode ser aqui designado como modode comunicações espacial, emprega um ou mais modos deprocessamento a descrever abaixo. 0 modo de comunicações de diversidade tem, de um modo geral,uma menor eficiência espectral do que o modo de comunicações MIMO, especialmente em níveis elevados de C/I. No entanto, paravalores baixos a moderados de C/I, o modo de comunicações dediversidade obtém uma eficiência comparável e a sua implementaçãopode ser mais simples. Em geral, a utilização do modo decomunicações MIMO proporciona uma maior eficiência espectralquando utilizado, particularmente para valores moderados aelevados de C/I. 0 modo de comunicações MIMO pode, assim, serutilizado vantajosamente quando os requisitos de velocidade detransmissão de dados são moderados a elevados. 0 sistema de comunicações pode ser concebido para suportar,simultaneamente, modos de comunicações de diversidade e MIMO. Osmodos de comunicações podem ser aplicados de diferentes formase, para aumentar a flexibilidade, podem ser aplicadosindependentemente com base em subcanais. 0 modo de comunicaçõesMIMO é, tipicamente, aplicado a utilizadores específicos. Noentanto, cada modo de comunicações pode ser aplicado em cadasubcanal independentemente, abrangendo um subconjunto desubcanais, abrangendo todos os subcanais ou em alguma outrabase. Por exemplo, a utilização do modo de comunicações MIMOpode ser aplicada a um utilizador específico (e. g., umutilizador de dados) e, simultaneamente, a utilização do modo decomunicações de diversidade pode ser aplicada a outro utilizadorespecífico (e. g., um utilizador de voz) num subcanal diferente.0 modo de comunicações de diversidade também pode ser aplicado,por exemplo, em subcanais, experimentando uma atenuação detransmissão mais elevada. 0 sistema de comunicações da invenção também pode serconcebido para suportar vários modos de processamento. Quando aunidade transmissora é dotada com informações indicativas dascondições (i. e., o "estado") das ligações para comunicações, um processamento adicional pode ser realizado na unidadetransmissora para melhorar ainda mais o desempenho e aumentar aeficiência. As informações completas de estado de canal (CSI) ouCSI parciais podem estar disponíveis para a unidade transmissora.As CSI completas incluem uma caracterização suficiente datrajetória de propagação (i. e., amplitude e fase) entre todosos pares de antenas de transmissão e de receção para cadasub-banda. As CSI completas também incluem a C/I por sub-banda.As CSI completas podem ser materializadas num conjunto dematrizes de valores de ganho complexo que sejam descritivas dascondições das trajetórias de transmissão das antenas detransmissão para as antenas de receção, como descrito abaixo. AsCSI parciais podem incluir, por exemplo, a C/I da sub-banda. Comas CSI completas ou CSI parciais, a unidade transmissorapré-condiciona os dados antes da transmissão para a unidaderecetora. A unidade transmissora pode pré-condicionar os sinaisapresentados nas antenas de transmissão de uma forma que éexclusiva para uma unidade recetora específica (e. g., opré-condicionamento é realizado para cada sub-banda atribuída aessa unidade recetora). Desde que o canal não se altereapreciavelmente desde o momento em que é medido pela unidaderecetora e, subsequentemente, enviado de volta ao transmissor eutilizado para pré-condicionar a transmissão, a unidade recetorapretendida pode desmodular a transmissão. Nesta implementação,uma comunicação MIMO baseada em CSI completas só pode serdesmodulada pela unidade recetora associada com a CSI utilizadapara pré-condicionar os sinais transmitidos.

Nos modos de processamento de CSI parciais ou CSIinexistentes, a unidade transmissora pode empregar um esquema de modulação e codificação comum (e. g., em cada transmissão decanal de dados), que pode, então, ser (em teoria) desmoduladopor todas as unidades recetoras. No modo de processamento de CSIparciais, uma única unidade recetora pode especificar a C/I e amodulação empregue em todas as antenas pode ser selecionada emcomo tal (e. g., para uma transmissão fiável) para essa unidaderecetora. Outras unidades recetoras podem tentar desmodular atransmissão e, se tiverem uma C/I adequada, podem conseguirrecuperar de uma forma bem-sucedida a transmissão. Um canal(e. g.r radiodifusão) comum pode utilizar um modo deprocessamento de CSI inexistentes para chegar a todos osutilizadores.

Num exemplo, assume-se que o modo de comunicações MIMO éaplicado a um fluxo de dados de canal que é transmitido numsubcanal particular a partir de quatro antenas de transmissão. 0fluxo de dados de canal é desmultiplexado em quatro subfluxos dedados, um subfluxo de dados para cada antena de transmissão.Cada subfluxo de dados é, depois, modulado utilizando um esquemade modulação particular (e. g., M-PSK, M-QAM ou outro)selecionado com base nas CSI para essa sub-banda e para essaantena de transmissão. Quatro subfluxos de modulação são, assim,gerados para os quatro subfluxos de dados, incluindo cadasubfluxo de modulação um fluxo de símbolos de modulação. Osquatro subfluxos de modulação são, depois, pré-condicionadosutilizando a matriz de vetores próprios, como expresso abaixo naequação (1), para gerar símbolos de modulação pré-condicionados.Os quatro fluxos de símbolos de modulação pré-condicionados são,respetivamente, fornecidos aos quatro combinadores das quatroantenas de transmissão. Cada combinador combina os símbolos demodulação pré-condicionados recebidos com os símbolos demodulação para os outros subcanais para gerar um fluxo de vetores de símbolos de modulação para a antena de transmissãoassociada. 0 processamento com base em CSI completas é, tipicamente,empregue no modo de comunicações de dados MIMO, em que fluxos dedados paralelos são transmitidos para um utilizador específicoem cada um dos modos próprios de canal para o de cada um dossubcanais alocados. Um processamento semelhante baseado nas CSIcompletas pode ser realizado quando uma transmissão em apenas umsubconjunto dos modos próprios disponíveis é acomodada em cadaum dos subcanais alocados (e. g., para implementar orientação defeixe). Devido ao custo associado com o processamento de CSIcompletas (e. g., aumento da complexidade nas unidades transmissora e recetora, mais carga adicional para a transmissãodas CSI desde a unidade recetora para a unidade transmissora eassim por diante) , o processamento de CSI completas pode seraplicado em determinados casos, no modo de comunicações MIMO,onde se justifica o aumento adicional no desempenho eeficiência.

Nos casos em que as CSI completas não se encontramdisponíveis, informações menos descritivas sobre a trajetória detransmissão (ou CSI parciais) podem ser disponibilizadas e podemser utilizadas para pré-condicionar os dados antes datransmissão. Por exemplo, a C/I de cada um dos subcanais podeestar disponível. As informações de C/I podem, então, serutilizadas para controlar a transmissão desde várias antenas detransmissão para proporcionar o desempenho requerido nossubcanais de interesse e aumentar a capacidade do sistema.

Como aqui utilizado, modos de processamento com base nas CSIcompletas indicam modos de processamento que utilizam CSI completas, e modos de processamento com base em CSI parciaisindicam modos de processamento que utilizam CSI parciais. Osmodos de processamento com base em CSI completas incluem, porexemplo, o modo MIMO de CSI completas que utiliza processamentocom base em CSI completas no modo de comunicações MIMO. Os modoscom base nas CSI parciais incluem, por exemplo, o modo MIMO deCSI parciais que utiliza processamento com base em CSI parciaisno modo de comunicações MIMO.

Nos casos em que o processamento de CSI parciais ou CSIcompletas é empregue para permitir que a unidade transmissorapré-condicione os dados utilizando as informações de estado decanal disponíveis (e. g., os modos próprios ou C/I), sãonecessárias informações de retorno da unidade recetora, queutiliza uma parte da capacidade de ligação inversa. Porconseguinte, há um custo associado com os modos de processamentocom base em CSI completas e CSI parciais. 0 custo deve ser tidoem conta na escolha de que modo de processamento a empregar. 0modo de processamento com base em CSI parciais requer menosinformação complementar e pode ser mais eficiente em algunscasos. 0 modo de processamento com base em CSI inexistentes nãoexige qualquer informação complementar e também pode ser maiseficiente que o modo de processamento com base em CSI completasou o modo de processamento com base em CSI parciais em algumasoutras circunstâncias. A FIG. 2 é um diagrama que ilustra graficamente, pelo menos,alguns dos aspetos do sistema de comunicações da invenção. AFIG. 2 mostra um exemplo específico de uma transmissão por umade NT antenas de transmissão numa unidade transmissora. NaFIG. 2, o eixo horizontal representa o tempo e o eixo verticalrepresenta a frequência. Neste exemplo, o canal de transmissão inclui 16 subcanais e é utilizado para transmitir uma sequênciade símbolos OFDM, abrangendo cada símbolo OFDM todos os16 subcanais (um símbolo OFDM é indicado na parte superior daFIG. 2 e inclui todas as 16 sub-bandas). Também é ilustrada umaestrutura TDM na qual a transmissão de dados é dividida emintervalos de tempo, tendo cada intervalo de tempo a duração de,por exemplo, o comprimento de um símbolo de modulação (i. e.,cada símbolo de modulação é utilizado como o intervalo de TDM).

Os subcanais disponíveis podem ser utilizados paratransmitir sinalização, voz, dados de tráfego e outros. Noexemplo mostrado na FIG. 2, o símbolo de modulação no intervalode tempo 1 corresponde a dados piloto, que são periodicamentetransmitidos para auxiliar as unidades recetoras a sincronizar-see executar estimação de canal. Outras técnicas para adistribuição de dados piloto no tempo e frequência também podemser utilizadas e estão abrangidas pelo âmbito da presenteinvenção. Além disso, pode ser vantajoso utilizar um esquema demodulação particular durante o intervalo piloto se todos ossubcanais forem empregues (e. g., um código PN com uma duraçãode segmento de, aproximadamente, 1/W) . A transmissão do símbolode modulação piloto ocorre, tipicamente, com uma velocidade detransmissão de tramas particular, que é, de um modo geral,selecionada de forma a ser suficientemente rápida para permitirum acompanhamento preciso de variações na ligação paracomunicações.

Os intervalos de tempo não utilizados para transmissõespiloto podem, então, ser utilizados para transmitir vários tiposde dados. Por exemplo, os subcanais 1 e 2 podem ser reservadospara a transmissão de dados de controlo e radiodifusão para asunidades recetoras. Pretende-se que os dados nestes subcanais sejam, de um modo geral, recebidos por todas as unidadesrecetoras. No entanto, algumas das mensagens no canal decontrolo podem ser específicas do utilizador e podem sercodificadas em conformidade.

Dados de voz e dados de tráfego podem ser transmitido nossubcanais restantes. Para o exemplo mostrado na FIG. 2, osubcanal 3 nos intervalos de tempo 2 até 9 é utilizado para umachamada 1 de voz, o subcanal 4 nos intervalos de tempo 2 a 9 éutilizado para uma chamada 2 de voz, o subcanal 5 nos intervalosde tempo 5 a 9 é utilizado para uma chamada 3 de voz e osubcanal 6 nos intervalos de tempo 7 a 9 é utilizado para umachamada 5 de voz.

Os subcanais e intervalos de tempo disponíveis restantespodem ser utilizados para transmissões de dados de tráfego. Noexemplo mostrado na FIG. 2, uma transmissão de dados 1 utilizasubcanais 5 até 16 no intervalo de tempo 2 e subcanais 7 até 16no intervalo de tempo 7, uma transmissão de dados 2 utilizasubcanais 5 até 16 nos intervalos de tempo 3 e 4 e subcanais 6até 16 no intervalo de tempo 5, uma transmissão de dados 3utiliza subcanais 6 até 16 no intervalo de tempo 6, umatransmissão de dados 4 utiliza subcanais 7 até 16 no intervalode tempo 8, uma transmissão de dados 5 utiliza subcanais 7 até11 no intervalo de tempo 9 e uma transmissão de dados 6 utilizasubcanais 12 até 16 no intervalo de tempo 9. As transmissões dedados 1 até 6 podem representar transmissões de dados de tráfegopara uma ou mais unidades recetoras. 0 sistema de comunicações da invenção suporta de formaflexível as transmissões de dados de tráfego. Como mostrado naFIG. 2, uma transmissão de dados em particular (e. g., dados 2) pode ocorrer através de múltiplos subcanais e/ou múltiplosintervalos de tempo, e múltiplas transmissões de dados (e. g., dados 5 e 6) podem ocorrer num intervalo de tempo. Umatransmissão de dados (e. g., dados 1) também pode ocorrer ao longo de intervalos de tempo não contíguos. 0 sistema tambémpode ser concebido para suportar múltiplas transmissões de dadosnum subcanal. Por exemplo, dados de voz podem ser multiplexadoscom dados de tráfego e transmitidos num único subcanal. A multiplexagem das transmissões de dados pode mudar,potencialmente, de símbolo OFDM para símbolo. Além disso, o modode comunicações pode ser diferente de utilizador para utilizador(e. g.r de uma transmissão de voz ou dados para outra) . Porexemplo, os utilizadores de voz podem utilizar o modo decomunicações de diversidade e os utilizadores de dados podemutilizar os modos de comunicações MIMO. Este conceito pode seralargado ao nível de subcanal. Por exemplo, um utilizador dedados pode utilizar o modo de comunicações MIMO em subcanais quetêm uma C/I suficiente e o modo de comunicações de diversidadeem subcanais restantes. A diversidade de antenas, de frequências e temporal podeser, respetivamente, obtida ao transmitir dados a partir demúltiplas antenas, em múltiplos subcanais em diferentes sub-bandas, e ao longo de múltiplos intervalos de tempo. Porexemplo, uma diversidade de antenas para uma transmissãoparticular (e. g., chamada 1 de voz) pode ser obtida ao transmitir os dados (voz) num subcanal em particular (e. g., subcanal 1) através de duas ou mais antenas. A diversidade defrequências para uma transmissão particular (e. g., chamada 1 devoz) pode ser obtida ao transmitir os dados em dois ou maissubcanais em diferentes sub-bandas (e. g., subcanais 1 e 2). Uma combinação de diversidade de antenas e de frequências pode serobtida ao transmitir dados a partir de duas ou mais antenas e emdois ou mais subcanais. Uma diversidade temporal pode ser obtidaao transmitir dados ao longo de múltiplos intervalos de tempo.Por exemplo, como mostrado na FIG. 2, uma transmissão de dados 1no intervalo de tempo 7 é uma parte (e. g., nova ou repetida) datransmissão de dados 1 no intervalo de tempo 2.

Os dados iguais ou diferentes podem ser transmitidos pormúltiplas antenas e/ou em múltiplas sub-bandas para obter adiversidade desejada. Por exemplo, os dados podem sertransmitidos em: (1) um subcanal por uma antena, (2) um subcanal(e. g.r subcanal 1) por múltiplas antenas, (3) um subcanal portodas as NT antenas, (4) um conjunto de subcanais (e. g.,subcanais 1 e 2) por uma antena, (5), um conjunto de subcanaispor múltiplas antenas, (6) um conjunto de subcanais por todas asNT antenas, ou (7) um conjunto de canais por um conjunto deantenas (e. g., subcanal 1 pelas antenas 1 e 2 num intervalo detempo, subcanais 1 e 2 pela antena 2 noutro intervalo de tempo eassim por diante) . Assim, qualquer combinação de subcanais eantenas pode ser utilizada para proporcionar diversidade deantenas e de frequências.

De acordo com determinadas formas de realização da invençãoque proporcionam a maior flexibilidade e que estão aptas a obterum desempenho e eficiência elevados, cada subcanal em cadaintervalo de tempo para cada antena de transmissão pode servisto como uma unidade de transmissão independente (i. e., umsímbolo de modulação) que pode ser utilizada para transmitirqualquer tipo de dados, tais como pilotos, sinalização,radiodifusão, voz, dados de tráfego e outros, ou uma suacombinação (e. g., dados de voz e tráfego multiplexados) . Numa tal conceção, a uma chamada de voz podem ser atribuídosdinamicamente diferentes subcanais ao longo do tempo.

Flexibilidade, desempenho e eficiência são, ainda, obtidosao permitir uma independência entre os símbolos de modulação,como descrito abaixo. Por exemplo, cada símbolo de modulaçãopode ser gerado a partir de um esquema de modulação (e. g.,M-PSK, M-QAM e outros) que resulta na melhor utilização dorecurso naquele tempo, frequência e espaço particulares. Várias restrições podem ser colocadas para simplificar aconceção e implementação das unidades transmissoras e recetoras.Por exemplo, uma chamada de voz pode ser atribuída a um subcanalparticular durante a chamada ou até ao momento em que se executauma reatribuição de subcanal. Igualmente, dados de sinalizaçãoe/ou de radiodifusão podem ser designados para alguns subcanaisfixos (e. g.r subcanal 1 para dados de controlo e subcanal 2para dados de radiodifusão, como mostrado na FIG. 2), de modoa que as unidades recetoras saibam a priori que subcanaisdesmodular para receber os dados.

Igualmente, cada canal ou subcanal de transmissão de dadospode ser limitado a um esquema de modulação particular (e. g., M-PSK, M-QAM) durante a transmissão ou até ao momento em que umnovo esquema de modulação é atribuído. Por exemplo, na FIG. 2, achamada 1 de voz no subcanal 3 pode utilizar QPSK, a chamada 2de voz no subcanal 4 pode utilizar 16-QAM, a transmissão dedados 1 no intervalo de tempo 2 pode utilizar 8-PSK, atransmissão de dados 2 nos intervalos de tempo 3 até 5 podeutilizar 16-QAM e assim por diante. A utilização de TDM permite uma maior flexibilidade natransmissão de dados de voz e dados de tráfego, e podemconsiderar-se várias atribuições de recursos. Por exemplo, a umutilizador pode ser atribuído um subcanal para cada intervalo detempo ou, equivalentemente, quatro subcanais de quatro em quatrointervalos de tempo, ou algumas outras alocações. A TDM permiteque os dados sejam agregados e transmitidos num ou em maisintervalos de tempo designados para melhorar a eficiência.

Se a atividade de voz for implementada no transmissor,então, nos intervalos em que não há transmissão de voz, otransmissor pode atribuir outros utilizadores ao subcanal, demodo a maximizar a eficiência do subcanal. No caso em que não hádados disponíveis para transmitir durante os períodos de vozociosos, o transmissor pode diminuir (ou desligar) a potênciatransmitida no subcanal, reduzindo os níveis de interferênciaapresentados a outros utilizadores no sistema que está a utilizaro mesmo subcanal noutra célula na rede. A mesma funcionalidadetambém pode ser alargada à informação complementar, controlo,dados e outros canais. A alocação de uma pequena parte dos recursos disponíveis aolongo de um período de tempo contínuo resulta, tipicamente, emmenores atrasos e pode ser mais adequada para serviços sensíveisa atrasos, tais como voz. Uma transmissão utilizando TDM podeproporcionar uma maior eficiência, com o custo de possíveisatrasos adicionais. 0 sistema de comunicações da invenção podealocar recursos para satisfazer as necessidades dos utilizadorese obter uma eficiência e desempenho elevados.

Medição e Comunicação de Informações de Estado de vim Canalnum Sistema MIMO

Dada a complexidade de um sistema utilizando múltiplasantenas de transmissão e múltiplas antenas de receção, com osefeitos de canal dispersivos associados, a técnica de modulaçãopreferida é OFDM, que decompõe, efetivamente, o canal numconjunto de canais não interferentes de banda estreita, ousubcanais. Com uma conceção adequada de sinal OFDM, um sinaltransmitido num subcanal observa uma "atenuação nivelada",i. e., a resposta de canal é efetivamente constante ao longo dalargura de banda do subcanal. As informações sobre o estado decanal ou CSI incluem uma caracterização suficiente da trajetóriade propagação (i. e., amplitude e fase) entre todos os pares deantenas de transmissão e receção para cada subcanal. As CSItambém incluem informações sobre os níveis relativos deinterferência e ruído em cada subcanal, que são conhecidas comoinformações C/I. As CSI podem ser materializadas num conjunto dematrizes de valores de ganho complexo que são descritivas dascondições das trajetórias de transmissão das antenas detransmissão para as antenas de receção, como descrito abaixo.Com as CSI, a unidade transmissora pré-condiciona os dados antesda transmissão para a unidade recetora. 0 processamento de CSI é resumidamente descrito abaixo.Quando as CSI se encontram disponíveis na unidade transmissora,uma abordagem simples é decompor o canal de múltiplas entradas/múltiplas saídas num conjunto de canais independentes. Dada afunção de transferência de canal nos transmissores, os vetorespróprios da esquerda podem ser utilizados para transmitirdiferentes fluxos de dados. 0 alfabeto de modulação utilizadocom cada vetor próprio é determinado pela C/I disponível desse modo, dada pelos valores próprios. Se H for a matriz NR x NT quedá a resposta de canal para os NT elementos de antena detransmissor e NR elementos de antena de recetor num momentoespecífico, e x for o vetor NT de entradas para o canal, então, osinal recebido pode ser expresso como:

em que n é um vetor NR representando ruído mais interferência. Adecomposição de vetores próprios da matriz Hermitiana formadapelo produto da matriz de canal pela sua transposta conjugadapode ser expressa como:

em que o símbolo * indica transposta conjugada, E é a matriz devetores próprios e E é uma matriz diagonal de valores próprios,tendo as duas uma dimensão NTxNT. 0 transmissor converte umconjunto de NT símbolos de modulação b utilizando a matriz E devetores próprios. Os símbolos de modulação transmitidos pelasNT antenas de transmissão podem, assim, ser expressos como:

Para todas as antenas, o pré-condicionamento pode, assim,ser obtido por uma operação de multiplicação de matrizes expressapor:

Eq (1) em que bi, b2, ... e bNr são, respetivamente, os símbolos de modulação para um subcanal particular nas antenas detransmissão 1, 2, ... NT, em que cada símbolo de modulação pode ser gerado utilizando, por exemplo, M-PSK, M-QAM eassim por diante, como descrito abaixo; E = é a matriz de vetores próprios relacionada com a perdade transmissão das antenas de transmissão para as antenasde receção; e xi, x2, · · · xnt são os símbolos de modulação pré-condicionados, que podem ser expressos como:

e

Dado que H*H é Hermitiana, a matriz de vetores próprios éunitária. Assim, se os elementos de b tiverem uma potênciaigual, os elementos de x também têm uma potência igual. 0 sinalrecebido pode, então, ser expresso como:

0 recetor executa uma operação de filtro adaptado de canal,seguida de multiplicação pelos vetores próprios da direita. 0resultado da operação de filtro adaptado de canal é o vetor z,que pode ser expresso como:

Eq.(2) em que o novo termo de ruido tem uma covariância que pode serexpressa como:

i. e., os componentes de ruido são independentes com umavariância dada pelos valores próprios. A C/I do i-ésimocomponente de z é Xlr o i-ésimo elemento diagonal de È. A unidade transmissora pode, assim, selecionar um alfabetode modulação (i. e., constelação de sinal) para cada um dosvetores próprios com base na C/I que é dada pelo valor próprio.Desde que as condições de canal não se alterem apreciavelmenteno intervalo entre o momento em que as CSI são medidas norecetor e comunicadas, e utilizadas para pré-condicionar atransmissão no transmissor, o desempenho do sistema de comunicações será equivalente ao de um conjunto de canais AWGNindependente com C/I conhecidas. A unidade 140 transmissora converte dados em múltiplossubcanais de dados. São empregues diferentes constelações QAM,dependendo da SNR do modo e subcanal. Os dados para cadasubcanal são pré-condicionados pela matriz de modos própriospara esse subcanal. Os dados pré-condicionados para uma antena particular são submetidos a uma operação de Transformada Rápidade Fourier inversa (IFFT) para produzir um sinal no domínio dotempo. Uma extensão cíclica ou um prefixo cíclico é acrescentadoao sinal no domínio do tempo, de modo a manter a ortogonalidadeentre os subcanais OFDM na presença de dispersão-tempo no canalde propagação. Um valor de símbolo estendido é gerado para cadasubcanal OFDM e será designado daqui em diante por símbolo OFDM.Os símbolos OFDM são transmitidos pelas múltiplas antenas detransmissão. Múltiplas antenas numa unidade 145 recetora recebem sinais.Os sinais recebidos são submetidos a uma operação deTransformada Discreta de Fourier (DFT) para canalizar os sinaisrecebidos. Os dados de cada subcanal abrangendo todas as antenasde receção são processados. Neste passo de processamento, asinformações referentes às características do canal são extraídasdos dados e convertidas num formato mais comprimido. Uma técnicade compressão é a utilização da resposta de canal conjugada ematriz de modos próprios para reduzir a quantidade de informaçãonecessária para descrever características do canal. Uma mensagemcontendo as informações comprimidas sobre o estado do canal étransmitida da unidade 145 recetora para a unidade 140transmissora, e irá, em seguida, ser utilizada parapré-condicionar mais transmissões.

Para facilitar a derivação das CSI, a forma de onda detransmissão é composta por símbolos piloto conhecidos para umpreâmbulo inicial. As formas de onda piloto para diferentesantenas de transmissão compreendem conjuntos disjuntos desubcanais OFDM.

Com modulação OFDM, o canal de propagação é dividido em Lsubcanais paralelos. De modo a determinar rapidamente as CSI, umpreâmbulo inicial consistindo inteiramente de símbolosconhecidos é transmitido. De forma a distinguir eficientementeas diferentes respostas de canal dos diferentes padrões deantena de transmissão-receção, aos sinais piloto são atribuídossubconjuntos disjuntos de subcanais. Um conjunto de subcanaiscomposto por subcanais {0, 1, 2,..., 2n-l} é decomposto em quatro subconjuntos disjuntos de subcanais 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} . O subconjunto A de subcanais é transmitido na antenaTxl de transmissão, O subconjunto B de subcanais é transmitidona antena Tx2 de transmissão, o subconjunto C de subcanais étransmitido na antena Tx3 de transmissão e o subconjunto D desubcanais é transmitido na antena Tx4 de transmissão. De um modogeral, cada antena de transmissão transmite em cada

Nesim° subcanal ao longo do canal para que todos os subcanaissejam disjuntos entre antenas de transmissão. Símbolos pilotoconhecidos podem ser transmitidos em todos os subcanais de umsubconjunto de subcanais. O espaçamento mínimo entre os subcanais utilizados por uma antena de transmissão particular éuma função dos parâmetros do canal. Se a resposta de canal tiveruma grande dispersão dos tempos de propagação, então, um espaçamento estreito pode ser necessário. Se o número de antenasfor suficientemente grande impedindo que o espaçamentonecessário seja alcançado para todos os utilizadores com um único símbolo OFDM, então, podem empregar-se vários símbolosOFDM consecutivos, sendo atribuído a cada antena um subconjuntodisjunto de subcanais num ou mais dos múltiplos símbolos piloto. A partir de cada antena de transmissão numa unidadetransmissora, a unidade recetora recebe símbolos piloto em subcanais disjuntos e determina como canalizar caracteristicasdos subcanais disjuntos. Como discutido anteriormente, a unidaderecetora pode ter uma ou mais antenas de receção. Assumindo quex = {xlf i = 1, K} são os valores de símbolos piloto a transmitir em K subcanais piloto para uma antena de transmissãoúnica. A unidade recetora vai receber os valores y13 = h1jX1 + n13,em que h13 é a resposta de canal complexa para o iesimo subcanalpiloto recebido na jesima antena de receção, e n13 é ruído. Apartir desta relação, a unidade recetora pode determinarestimativas de ruído da resposta de canal dos K subcanais numaantena de transmissão única. Estas estimativas de ruído podemser utilizadas para derivar estimativas para todos os subcanaisdo canal de propagação utilizando vários métodos diferentes,tais como uma interpolação simples a uma estimação mais complexautilizando informações a priori sobre a dispersão de canal enível de ruído. As estimativas podem ser melhoradas aotransmitir símbolos piloto abrangendo símbolos OFDM consecutivose, em seguida, calcular a média das estimativas para cadasímbolo OFDM consecutivo.

As estimativas são geradas em cada antena de receção paracada antena de transmissão que emite símbolos piloto. As CSIpara o canal de propagação completo podem ser representadas peloconjunto de matrizes de resposta de canal {Ηχ, i = 1, 2, ..., 2n}, em que a matriz Hx está associada com o iesimo subcanal e oselementos de cada matriz Hi são {hljk, j=l,..., Nr, k=l,...,Nt}, osvalores de resposta de canal complexa para cada umadas Nt antenas de transmissão e Nr antenas de receção. A utilização de subconjuntos de subcanais disjuntos pode,ainda, ser aplicada num sistema em que múltiplas ligações,e. g., um canal de propagação de uma unidade transmissora para uma ou mais unidades recetoras, estão posicionadas em estreitaproximidade. Num sistema em que uma estação base transmitesinais de acordo com setores, a área de transmissão de um setorpode sobrepor-se à área de transmissão de outro setor. Numaestação base ideal, as antenas de transmissão em cada setortransmitem sinais numa direção que é completamente disjunta dasdireções atribuídas às antenas de transmissão dos outrossetores. Infelizmente, existem áreas de sobreposição na maioriadas estações base com transmissão por setores. Utilizando estaforma de realização da invenção, a todas as antenas detransmissão de uma estação base são atribuídos subconjuntosdisjuntos de subcanais para evitar interferência entre ossetores dessa estação base. De modo semelhante, as estações basevizinhas também podem ser a causa de uma interferênciasignificativa e conjuntos disjuntos de subcanais podem seratribuídos entre estações base.

Em geral, o cálculo da resposta de canal pode ser realizadopara cada ligação a qual é atribuído um subconjunto de subcanaisdisjuntos, do mesmo modo que a resposta é calculada para aligação principal. No entanto, uma quantidade reduzida de CSIprovenientes destas ligações interferentes pode ser comunicada àunidade transmissora. Por exemplo, as informações sobre o nívelde interferência total médio de ligações vizinhas podem sertransmitidas e utilizadas para determinar a velocidade detransmissão de dados suportável da ligação principal. Se váriasligações interferentes dominarem o nível de interferência totalmédio, então as informações sobre a interferência destasligações podem ser comunicadas individualmente ao sistema, demodo a determinar um agrupamento mais eficiente de subcanais emcada subconjunto de subcanais disjuntos.

Outra informação CSI que pode ser transportada para aunidade transmissora é a potência total medida em subcanais nãoatribuídos à ligação principal. A potência total medida desubcanais atribuídos a ligações vizinhas dá uma estimativa dapotência de interferência mais ruído total. Se vários símbolosOFDM forem utilizados como o símbolo piloto, então, a respostade canal medida média e os valores de sinal recebidos reaispodem ser utilizados para fazer uma estimativa direta do ruídototal num dado subcanal.

Em geral, a atribuição de subcanais para uma rede deestações base deve seguir um padrão de "reutilização defrequência", em que os mesmos subcanais são utilizados apenasquando as ligações se encontram suficientemente distanciadasentre si. Se muitas ligações estiverem a interferir umas com asoutras, então o número de subcanais OFDM pode ser inadequadopara permitir a atribuição de subcanais piloto para cada símboloOFDM piloto. Nesta circunstância, às antenas de transmissãopodem ser atribuídos subcanais piloto para cada P-ésimo símbolopiloto, em que P é um valor inteiro maior do que um (1).

Noutra forma de realização da invenção, o esquema OFDM éconcebido para criar valores de símbolo OFDM que minimizem oueliminem a interferência entre antenas de transmissão queutilizam subcanais idênticos ou subcanais disjuntos. Um códigoortogonal, tal como codificação Walsh, pode ser utilizado paratransformar Q sinais piloto em Q sinais ortogonais representativos dos sinais piloto. No caso em que se utiliza umcódigo Walsh, o número de sinais piloto seria uma potência dedois. A utilização de códigos ortogonais pode ser utilizadaconjuntamente com os subconjuntos de subcanais disjuntosdiscutidos anteriormente, de modo a reduzir a interferência proveniente de ligações vizinhas. Por exemplo, num sistema MIMO4x4 com uma largura de banda de sistema de, aproximadamente,1 MHz, assume-se uma utilização de 256 subcanais OFDM. Se oatraso de tempo devido a propagação por trajetórias múltiplasfor limitado a dez microssegundos, os subcanais disjuntostransportando símbolos piloto devem ser afastados ou aproximadospor, aproximadamente, 50 kHz. Cada subcanal tem uma larguraaproximada de 4 kHz de largura, pelo que um espaçamento de dozesubcanais tem uma largura de 48 kHz. Se os subcanais OFDM foremdivididos em doze conjuntos de vinte subcanais cada, dezasseisnão são utilizados. Dois símbolos OFDM consecutivos sãoutilizados como um sinal piloto e emprega-se uma codificaçãoortogonal nestes dois símbolos. Assim, há vinte e quatroatribuições de pilotos ortogonais diferentes. Estes vinte equatro pilotos ortogonais são atribuídos a diferentes antenas detransmissão e ligações para minimizar a interferência.

Noutra forma de realização da invenção, um grande número desímbolos OFDM periódicos podem ser utilizados como dados piloto.O número de símbolos OFDM tem que ser suficientemente grande, demodo a poder fazer-se medições exatas de níveis de interferênciaa partir de um grande número de diferentes antenas detransmissão. Estes níveis de interferência médios seriamutilizados para configurar restrições de todo o sistema emtransmissões simultâneas de vários locais, i. e., um esquema desupressão adaptativa para permitir um desempenho quaseequivalente a todos os utilizadores.

Numa forma de realização alternativa da invenção, as CSI deum canal de propagação MIMO podem ser determinadas etransmitidas para um sistema MIMO que não utiliza símbolos OFDMcomo sinais piloto. Em vez disso, pode utilizar-se uma sequência de Registo de Deslocamento de Comprimento Máximo (sequência-m)para sondar o canal de propagação. Uma sequência-m é a saída deum registo de deslocamento com realimentação. As sequências-mtêm propriedades de autocorrelação desejáveis, incluindo apropriedade de a correlação abrangendo um período completo dasequência com um qualquer deslocamento circular não nulo dasequência resultar no valor -1, em que os valores de sequênciasão +/- 1. Por isso, a correlação no deslocamento nulo é R, emque R é o comprimento da sequência. De modo a manterpropriedades desejáveis, tais como a correlação na presença detrajetórias múltiplas, uma parte da sequência igual à dispersãodos tempos de propagação do canal tem que ser repetida.

Por exemplo, se se souber que o atraso de tempo devido apropagação por trajetórias múltiplas de canal está limitado a umtempo e o comprimento da sequência piloto é, pelo menos, RTm,então, podem utilizar-se R deslocamentos diferentes da mesmasequência-m apenas com uma interferência mútua mínima. Estes Rdeslocamentos diferentes são atribuídos a diferentes antenas detransmissão de uma estação base e a outras estações base que sãoa causa de uma interferência significativa.

As ligações no sistema MIMO que se encontram distantementeseparadas podem ser atribuídas diferentes sequências-m. Aspropriedades de correlação cruzada de diferentes sequências-mnão apresentam as propriedades de correlação mínima de uma únicasequência e seus deslocamentos, mas diferentes sequências-mcomportam-se mais ou menos como sequências aleatórias e proporcionam um nível de correlação média de

em que R é ocomprimento da sequência. Este nível de correlação média é, de um modo geral, adequado para utilização num sistema MIMO, devidoà separação entre as ligações.

Um registo de deslocamento com realimentação gera todas assequências-m possíveis, pelo que as sequências são apenasversões deslocadas de uma única palavra de código decomprimento R = 2m-l, em que m é um valor inteiro positivo.Assim, existe um número limitado de diferentes sequências-mbinárias. De modo a evitar a reutilização da mesma sequência-mnuma área onde pode resultar uma interferência significativa,podem ser utilizadas versões filtradas de sequências-m maislongas. Uma versão filtrada de uma sequência-m já não é binária,mas continua a apresentar as mesmas propriedades de correlaçãobásicas.

Por exemplo, assumindo que a sequência piloto deve sertransmitida a uma cadência de 1 MHz e que o atraso de tempodevido a propagação por trajetórias múltiplas está limitado adez microssegundos. Assumindo que uma estação base tem trêssetores, em que quatro antenas de transmissão são atribuídas acada setor perfazendo um total de doze antenas de transmissãopor local. Se se empregar uma sequência-m de comprimento 127,então, doze deslocamentos diferentes da sequência podem seratribuídos às antenas de uma única estação base, comdeslocamentos relativos de dez amostras cada. 0 comprimentototal do piloto transmitido é, então, de 137 microssegundos, queé um período completo da sequência mais dez amostras adicionaispara acomodar a dispersão dos tempos de propagação. Em seguida,a estações base diferentes podem ser atribuídas diferentessequências-m, com sequências-m repetidas num padrão dereutilização de código concebido para minimizar os efeitos dainterferência proveniente da mesma sequência-m.

As formas de realização da invenção aqui discutidas têm-sereferido à conceção e transmissão de sinais piloto quepermitirão aos especialistas na técnica derivar característicasdo canal de propagação e comunicar tais características para olocal de transmissão. No entanto, as CSI completas são umagrande quantidade de informações e, além disso, altamenteredundantes. Há muitos métodos disponíveis para comprimir aquantidade de informações CSI a transmitir. Um método discutidoanteriormente é a utilização da matriz Hermitiana H*H, em que Hé a resposta do canal determinada na unidade recetora. A matrizHermitiana H*H pode ser comunicada à unidade transmissora e serutilizada para pré-condicionar transmissões. Devido àspropriedades das matrizes Hermitianas, apenas metade doselementos da matriz necessitam de ser transmitidos, tais como aparte triangular inferior complexa da matriz H*H e a diagonal devalores reais. Obtêm-se eficiências adicionais se o número deantenas de receção for maior do que o número de antenas detransmissão. Outro método para reduzir a quantidade deinformações transmitidas para a unidade transmissora na ligaçãoinversa é comunicar apenas um subconjunto das matrizes deresposta de canal, Hlr para a unidade transmissora, a partir doqual as matrizes de resposta de canal não comunicadas podem serdeterminadas por meio de esquemas de interpolação. Noutrométodo, uma representação funcional da resposta de canalabrangendo os subcanais pode ser derivada para cada par deantenas transmissão/receção, e. g., pode ser gerada uma funçãopolinomial representativa da resposta de canal. Os coeficientesda função polinomial são, depois, transmitidos para a unidadetransmissora.

Numa alternativa a estes métodos para comprimir informaçõesCSI, uma forma de realização da invenção refere-se à transmissãode uma representação de domínio de tempo da resposta de canal,que é a resposta impulsiva do canal. Se uma representação dedomínio de tempo da resposta do canal for simples, como noscasos em que há apenas dois ou três componentes de propagaçãopor trajetórias múltiplas, uma FFT inversa pode ser realizadasobre o conjunto de respostas de frequência do canal. A operaçãode FFT inversa pode ser realizada para cada ligação entre um parde antenas de transmissão/receção. As respostas impulsivas docanal resultantes são, depois, convertidas num conjunto deamplitudes e atrasos que são comunicados ao transmissor.

Como discutido anteriormente, existe um custo associado coma transmissão de CSI na ligação inversa, que é reduzido quandoas formas de realização acima da invenção são implementadas nosistema MIMO. Outro método para reduzir o custo é selecionarutilizadores de acordo com a média de curto prazo dos seusrequisitos em termos de CSI. Os requisitos de CSI mudam com aatenuação do canal e, assim, obtém-se uma maior eficiência naligação inversa se os utilizadores estimarem a quantidade de CSInecessária e informarem a estação base em intervalos que podemser periódicos ou aperiódicos, dependendo da taxa de variação docanal de propagação observada pelo utilizador. A estação basepode, então, incluir este fator no escalonamento da utilizaçãodas ligações direta e inversa. 0 escalonamento pode serorganizado de modo a que os utilizadores associados com canaisde propagação de mudança comuniquem com menos frequência do queos utilizadores associados com canais de propagação de mudançarápida. A estação base também pode organizar o escalonamento demodo a considerar determinados fatores, tais como o número deutilizadores de sistema e equidade.

Noutro aspeto desta forma de realização da invenção, umintervalo de tempo pode ser atribuído de modo a que asatualizações das CSI num período de transmissão longo possam serajustadas de acordo com as mudanças reais no canal depropagação. As alterações no canal de propagação podem sermonitorizadas no local de receção de uma de entre várias formaspossíveis. Por exemplo, a diferença entre a decisão ponderadasobre os símbolos e o valor de constelação QAM mais próximo podeser determinada e utilizada como um critério ou também se podemutilizar as dimensões relativas das métricas de descodificador.Quando a qualidade de um dado critério cai abaixo de um limiarpredeterminado, uma atualização para as CSI é comunicada àunidade transmissora. 0 perfil global de atraso-potência da propagação portrajetórias múltiplas de uma ligação muda muito lentamente,porque a potência média observada em vários atrasos de tempos depropagação permanece constante, apesar de uma atenuação de canalpoder ocorrer com frequência. Assim, a quantidade de CSInecessária para caracterizar uma ligação pode variarsubstancialmente de ligação para ligação. Para otimizar odesempenho, a codificação das CSI é adaptada aos requisitosespecíficos da ligação. Se as CSI forem enviadas em forma dedomínio da frequência, i. e., um conjunto de matrizes deresposta de canal a interpolar, então, as ligações com poucoatraso devido a propagação por trajetórias múltiplas exigemapenas um pequeno conjunto de matrizes de resposta de canal.

Componentes Estruturais de vim Sistema de Comunicação deEficiência Elevada e Desempenho Elevado A FIG. 3 é um diagrama de blocos de um processador 112 dedados e um modulador 114 do sistema 110 na FIG. 1. O fluxo dedados de entrada agregados que inclui todos os dados atransmitir pelo sistema 110 é fornecido a um desmultiplexador(DEMUX) 310 no interior do processador 112 de dados. Odesmultiplexador 310 desmultiplexa o fluxo de dados de entradaem vários (K) fluxos de dados de canal, Si até S^. Cada fluxo dedados de canal pode corresponder a, por exemplo, um canal desinalização, um canal de radiodifusão, uma chamada de voz ou umatransmissão de dados de tráfego. Cada fluxo de dados de canal éfornecido a um respetivo codificador 312, que codifica os dadosutilizando um esquema de codificação particular. A codificação pode incluir codificação por correção deerro ou codificação por deteção de erro, ou ambas, utilizadaspara aumentar a fiabilidade da ligação. Mais especificamente,uma tal codificação pode incluir, por exemplo, entrelaçamento,codificação convolucional, codificação Turbo, codificaçãoTrellis, codificação por blocos (e. g., codificaçãoReed-Solomon), codificação por verificação de redundânciacíclica (CRC) e outras. A codificação Turbo é descrita em maisdetalhe no Pedido de Patente U.S. com o N.2 de Série 09/205511,apresentado em 4 de dezembro de 1998 e intitulado "Turbo CodeInterleaver Using Linear Congruential Sequences" e num documentointitulado "The cdma2000 ITUR RTT Candidate Submission,",doravante designado como a norma IS-2000. A codificação pode ser realizada por canal, i. e., em cadafluxo de dados de canal, como mostrado na FIG. 3. No entanto, a codificação também pode ser realizada no fluxo de dados deentrada agregados, em vários fluxos de dados de canal, numaparte de um fluxo de dados de canal, abrangendo um conjunto deantenas, abrangendo um conjunto de subcanais, abrangendo umconjunto de subcanais e antenas, abrangendo cada subcanal, emcada símbolo de modulação ou em alguma outra unidade de tempo,espaço e frequência. Os dados codificados provenientes doscodificadores 312a até 312k são, depois, fornecidos a umprocessador 320 de dados, que processa os dados para gerarsímbolos de modulação.

Numa implementação, o processador 320 de dados atribui cadafluxo de dados de canal a um ou mais subcanais, num ou maisintervalos de tempo e, em uma ou mais antenas. Por exemplo, paraum fluxo de dados de canal correspondendo a uma chamada de voz,o processador 320 de dados pode atribuir um subcanal numa antena(se a diversidade de transmissão não for utilizada) ou emmúltiplas antenas (se a diversidade de transmissão forutilizada) para tantos intervalos de tempo quantos foremnecessários para essa chamada. Para um fluxo de dados de canalcorrespondendo a um canal de sinalização ou de radiodifusão, oprocessador 320 de dados pode atribuir o ou os subcanaisdesignados em uma ou mais antenas, dependendo, mais uma vez, sea diversidade de transmissão for utilizada. O processador 320 dedados, em seguida, atribui os restantes recursos disponíveispara fluxos de dados de canal correspondendo a transmissões dedados. Devido à natureza em rajadas das transmissões de dados ea uma maior tolerância a atrasos, o processador 320 de dadospode atribuir os recursos disponíveis de modo a que os objetivosde desempenho elevado e de elevada eficiência do sistema sejamalcançados. As transmissões de dados são, portanto,"programadas" para atingir os objetivos do sistema.

Depois de atribuir cada fluxo de dados de canal ao ou aosseus respetivos intervalos de tempo, subcanais e antenas, osdados no fluxo de dados de canal são modulados utilizandomodulação multiportadora. Uma modulação OFDM é utilizada paraproporcionar inúmeras vantagens. Numa implementação de modulaçãoOFDM, os dados em cada fluxo de dados de canal são agrupados emblocos, tendo cada bloco um determinado número de bits de dados.Os bits de dados em cada bloco são, depois, atribuídos a um oumais subcanais associados com esse fluxo de dados de canal.

Os bits em cada bloco são, depois, desmult iplexados emsubcanais separados, transportando cada um dos subcanais umnúmero potencialmente diferente de bits (i. e., com base na C/I do subcanal e se um processamento MIMO for empregue) . Para cadaum destes subcanais, os bits são agrupados em símbolos demodulação utilizando um esquema de modulação particular (e. g., M-PSK ou M-QAM) associado com esse subcanal. Por exemplo, com16-QAM, a constelação de sinal é composta por 16 pontos numplano complexo (i. e., a+j*b), possuindo cada ponto no plano complexo 4 bits de informação. No modo de processamento MIMO,cada símbolo de modulação no subcanal representa uma combinaçãolinear de símbolos de modulação, podendo cada um dos quais serselecionado de uma constelação diferente. 0 conjunto de L símbolos de modulação forma um vetor V desímbolos de modulação de dimensionalidade L. Cada elemento dovetor V de símbolos de modulação está associado com um subcanalespecífico tendo uma frequência ou tom únicos nos quais ossímbolos de modulação são transportados. 0 conjunto destes Lsímbolos de modulação são todos ortogonais entre si. Em cadaintervalo de tempo e para cada antena, os L símbolos de modulação correspondendo aos L subcanais são combinados numsímbolo OFDM utilizando uma transformada rápida de Fourierinversa (IFFT). Cada símbolo OFDM inclui dados dos fluxos dedados de canal atribuídos aos L subcanais. A modulação OFDM é descrita em mais detalhe num artigointitulado "Multicarrier Modulation for Data Transmission: An

Idea Whose Time Has Come," por John A.C. Bingham, IEEECommunications Magazine, maio de 1990. O processador 320 de dados, assim, recebe e processa osdados codificados correspondendo a K fluxos de dados de canalpara proporcionar NT vetores de símbolos de modulação, Vi até VNT,um vetor de símbolos de modulação para cada antena detransmissão. Em algumas implementações, alguns dos vetores desímbolos de modulação podem ter informação duplicada emsubcanais específicos destinados a diferentes antenas detransmissão. Os vetores VJ até VNT de símbolos de modulação sãofornecidos a moduladores 114a até 114t, respetivamente.

Na FIG. 3, cada modulador 114 inclui uma IFFT 330,gerador 332 de prefixo cíclico e um conversor 334 ascendente. AIFFT 330 converte os vetores de símbolos de modulação recebidosnas suas representações no domínio do tempo, denominadassímbolos OFDM. A IFFT 330 pode ser concebida para executar aIFFT em qualquer número de subcanais (e. g., 8, 16, 32 e assim por diante) . Em alternativa, para cada vetor de símbolos demodulação convertido para um símbolo OFDM, o gerador 332 deprefixo cíclico repete uma parte da representação no domínio detempo do símbolo OFDM para formar o símbolo de transmissão paraa antena específica. O prefixo cíclico garante que o símbolo detransmissão conserva as suas propriedades ortogonais na presença de uma dispersão de atrasos de trajetórias múltiplas, melhorando,assim, o desempenho contra efeitos negativos de trajetória, comodescrito abaixo. A implementação da IFFT 330 e do gerador 332 deprefixo cíclico é conhecida na técnica e não será descrita emdetalhe no presente documento.

As representações no domínio do tempo de cada gerador 332 deprefixo cíclico (i. e., os símbolos de transmissão para cada antena) são, então, processadas pelo conversor 332 ascendente,convertidas num sinal analógico, moduladas para uma frequênciade RF e condicionadas (e. g., amplificadas e filtradas) para gerar um sinal modulado de RF que é, depois, transmitido pelarespetiva antena 116. A FIG. 3 também mostra um diagrama de blocos de um processador 320 de dados. Os dados codificados para cada fluxode dados de canal (i. e., o fluxo de dados codificados, X) são fornecidos a um processador 332 de dados de canal respetivo. Sese pretender que o fluxo de dados de canal seja transmitidoabrangendo múltiplos subcanais e/ou múltiplas antenas (semduplicação em, pelo menos, algumas das transmissões), oprocessador 332 de dados de canal desmultiplexa o fluxo de dadosde canal para um número de (até L-NT) subfluxos de dados. Cadasubfluxo de dados corresponde a uma transmissão num subcanalparticular numa antena particular. Em implementações típicas, onúmero de subfluxos de dados é menor do que L-NT, dado que algunsdos subcanais são utilizados para sinalização, voz e outrostipos de dados. Os subfluxos de dados são, depois, processadospara gerar subfluxos correspondendo a cada um dos subcanaisatribuídos, que são, depois, fornecidos a combinadores 334. Oscombinadores 334 combinam os símbolos de modulação designadospara cada antena em vetores de símbolos de modulação que são, depois, fornecidos como um fluxo de vetores de símbolos demodulação. Os NT fluxos de vetores de símbolos de modulação paraas NT antenas são, depois, fornecidos aos blocos de processamentosubsequentes (i. e., moduladores 114).

Numa conceção que permite a maior flexibilidade, melhordesempenho e maior eficiência, o símbolo de modulação atransmitir em cada intervalo de tempo, em cada subcanal, pode serselecionado individual e independentemente. Esta funcionalidadepermite uma melhor utilização dos recursos disponíveis em todasas três dimensões - tempo, frequência e espaço. 0 número de bitsde dados transmitidos por cada símbolo de modulação pode,portanto, ser diferente. A FIG. 4A é um diagrama de blocos de um processador 400 dedados de canal, que pode ser utilizado para o processamento deum fluxo de dados de canal. O processador 400 de dados de canalpode ser utilizado para implementar um processador 332 de dadosde canal na FIG. 3. A transmissão de um fluxo de dados de canalpode ocorrer em múltiplos subcanais (e. g., como para os dados 1na FIG. 2) e também pode ocorrer a partir de múltiplas antenas.A transmissão em cada subcanal e a partir de cada antena poderepresentar dados não duplicados.

No interior do processador 400 de dados de canal, umdesmultiplexador 420 recebe e desmultiplexa o fluxo de dadoscodificado, Xx, num determinado número de fluxos de dados desubcanais, Xlfl a Xifk, sendo utilizado um fluxo de dados desubcanal para cada subcanal para transmitir dados. Adesmultiplexagem dos dados pode ser uniforme ou não uniforme.Por exemplo, se alguma informação sobre as trajetórias detransmissão for conhecida (i. e., CSI completas ou CSI parciais são conhecidas), o desmultiplexador 420 pode dirigir mais bitsde dados para os subcanais aptos a transmitir mais bps/Hz. Noentanto, se não forem conhecidas quaisquer CSI, odesmultiplexador 420 pode, uniformemente, dirigir númerosaproximadamente iguais de bits para cada um dos subcanaisalocados.

Cada fluxo de dados de subcanal é, em seguida, fornecido aum respetivo processador 430 de divisão espacial. Cadaprocessador 430 de divisão espacial pode ainda desmultiplexar ofluxo de dados de subcanal recebido num número de (até NT)subfluxos de dados, um subfluxo de dados para cada antenautilizada para transmitir os dados. Assim, depois dodesmultiplexador 420 e do processador 430 de divisão espacial, ofluxo de dados codificados X± pode ser desmultiplexado em atéL·NT subfluxos de dados a transmitir em até L subcanais a partirde até NT antenas.

Em qualquer intervalo de tempo particular, até NT símbolosde modulação podem ser gerados por cada processador 430 dedivisão espacial e fornecidos a NT combinadores 400a até 440t.Por exemplo, o processador 430a de divisão espacial atribuído aosubcanal 1 pode proporcionar até NT símbolos de modulação para osubcanal 1 de antenas 1 até NT. De modo semelhante, o processador430k de divisão espacial atribuído ao subcanal k podeproporcionar até NT símbolos para o subcanal k de antenas 1 atéNT. Cada combinador 440 recebe os símbolos de modulação para os Lsubcanais, combina os símbolos para cada intervalo de tempo numvetor de símbolos de modulação e fornece os vetores de símbolosde modulação como um fluxo de vetores de símbolos de modulação,V, para a próxima fase de processamento (e. g., modulador 114). 0 processador 400 de dados de canal também pode serconcebido para proporcionar o processamento necessário paraimplementar os modos de processamento de CSI completas ou CSIparciais descritos acima. O processamento das CSI pode serrealizado com base nas informações CSI disponíveis e em fluxosselecionados de dados de canal, subcanais, antenas, etc. Oprocessamento CSI também pode ser ativado e desativado seletivae dinamicamente. Por exemplo, o processamento das CSI pode serativado para uma transmissão particular e desativado paraalgumas outras transmissões. O processamento das CSI pode serativado em determinadas condições, por exemplo, quando a ligaçãode transmissão tem uma C/I adequada. O processador 400 de dados de canal na FIG. 4A permite umelevado grau de flexibilidade. No entanto, essa flexibilidadenão é, tipicamente, necessária para todos os fluxos de dados decanal. Por exemplo, os dados para uma chamada de voz são, tipicamente, transmitidos através de um subcanal durante achamada ou até ao momento em que o subcanal é reatribuído. Aconceção do processador de dados de canal pode ser, em grandemedida, simplificada para esses fluxos de dados de canal. A FIG. 4B é um diagrama de blocos do processamento que podeser empregue para um fluxo de dados de canal, tais como dados de informação complementar, de sinalização, de voz ou dados de tráfego. Um processador 450 de divisão espacial pode serutilizado para implementar um processador 332 de dados de canalna FIG. 3 e pode ser utilizado para suportar um fluxo de dadosde canal, tal como, por exemplo, uma chamada de voz. Uma chamadade voz é, tipicamente, atribuída a um subcanal para múltiplosintervalos de tempo (e. g., voz 1 na FIG. 2) e pode ser transmitida por múltiplas antenas. O fluxo de dados codificado,

Xi, é fornecido ao processador 450 de divisão espacial, queagrupa os dados em blocos, tendo cada bloco um determinadonúmero de bits que são utilizados para gerar um símbolode modulação. Os símbolos de modulação provenientes doprocessador 450 de divisão espacial são, em seguida, fornecidosa um ou mais combinadores 440 associados com a ou as antenasutilizadas para transmitir o fluxo de dados de canal.

Uma implementação específica de uma unidade transmissoraapta a gerar o sinal de transmissão mostrada na FIG. 2 é, agora,descrita para uma melhor compreensão da invenção. No intervalode tempo 2, na FIG. 2, os dados de controlo são transmitidos nosubcanal 1, os dados de radiodifusão são transmitidos nosubcanal 2, as chamadas 1 e 2 de voz são atribuídas a subcanais3 e 4, respetivamente, e os dados de tráfego são transmitidosnos subcanais 5 até 16. Neste exemplo, assume-se que a unidadetransmissora inclui quatro antenas de transmissão (i. e., NT = 4)e são gerados quatro sinais de transmissão (i. e., quatro sinaismodulados de RF) para as quatro antenas. A FIG. 5A é um diagrama de blocos de uma parte das unidadesde processamento que podem ser utilizadas para gerar o sinal detransmissão para o intervalo de tempo 2 na FIG. 2. O fluxo dedados de entrada é fornecido a um desmultiplexador (DEMUX) 510que desmultiplexa o fluxo em cinco fluxos de dados de canal,Si até S5, correspondendo ao controlo, radiodifusão, voz 1, voz 2e dados 1 na FIG. 2. Cada fluxo de dados de canal é fornecido aum respetivo codificador 512, que codifica os dados utilizandoum esquema de codificação selecionado para esse fluxo.

Neste exemplo, os fluxos de dados de canal, Si até S3, sãotransmitidos utilizando diversidade de transmissão. Assim, cada um dos fluxos de dados codificados, Xi até X3, é fornecido a umprocessador 532 de dados de canal respetivo, que gera ossímbolos de modulação para esse fluxo. Os símbolos de modulaçãoprovenientes de cada um dos processadores de dados de canal,532a até 532c, são, depois, fornecidos a todos os quatrocombinadores 540a até 540d. Cada combinador 540 recebe ossímbolos de modulação para todos os 16 subcanais designados paraa antena associada com o combinador, combina os símbolos em cadasubcanal, em cada intervalo de tempo, para gerar um vetor desímbolos de modulação e fornece os vetores de símbolos demodulação como um fluxo de vetores de símbolos de modulação, V,a um modulador 114 associado. Como indicado na FIG. 5A, o fluxode dados de canal, Si, é transmitido no subcanal 1 a partir detodas as quatro antenas, o fluxo de dados de canal, S2, étransmitido no subcanal 2 a partir de todas as quatro antenas eo fluxo de dados de canal, S3, é transmitido no subcanal 3 apartir de todas as quatro antenas. A FIG. 5B é um diagrama de blocos de uma parte das unidadesde processamento utilizadas para processar os dados codificadospara o fluxo de dados de canal, S4. Neste exemplo, o fluxo dedados de canal, S4, é transmitido utilizando diversidade espacial(e não a diversidade de transmissão utilizada para os fluxos dedados de canal, S4 até S3) . Com a diversidade espacial, os dadossão desmultiplexados e transmitidos (simultaneamente em cada umdos subcanais atribuídos ou abrangendo diferentes intervalos detempo) abrangendo várias antenas. O fluxo de dados codificado,X4, é fornecido a um processador 532d de dados de canal, que geraos símbolos de modulação para esse fluxo. Os símbolos demodulação, neste caso, são combinações lineares de símbolos demodulação selecionados de alfabetos de símbolos que correspondema cada um dos modos próprios do canal. Neste exemplo, existem quatro modos próprios distintos, estando cada um dos quais aptoa transmitir uma quantidade diferente de informação. Numexemplo, assumindo que um modo próprio 1 tem uma C/I que permiteque 64-QAM (6 bits) seja transmitida fiavelmente, o modo próprio2 permite a utilização de 16-QAM (4 bits), o modo próprio 3permite QPSK (2 bits) e o modo próprio 4 permite BPSK (1 bit) .Assim, a combinação de todos os quatro modos próprios permiteque um total de 13 bits de informação seja transmitidosimultaneamente como um símbolo de modulação efetivo em todas asquatro antenas no mesmo subcanal. 0 símbolo de modulação efetivopara o subcanal atribuído em cada antena é uma combinação lineardos símbolos individuais associados com cada modo próprio, comodescrito pela multiplicação de matrizes dada na equação (1)acima. A FIG. 5C é um diagrama de blocos de uma parte das unidadesde processamento utilizadas para processar o fluxo de dados decanal, S5. 0 fluxo de dados codificado, X5, é fornecido a um desmultiplexador (DEMUX) 530 que desmultiplexa o fluxo X5 em dozefluxos de dados de subcanais, X5fll a X5,i6, um fluxo de dados desubcanal para cada um dos subcanais 5 até 16 alocados. Cadafluxo de dados de subcanal é, em seguida, fornecido a um processador 536 de dados de subcanal respetivo, que gera os símbolos de modulação para o fluxo de dados de subcanal associado. O fluxo de símbolos de subcanal proveniente deprocessadores de dados de subcanal, 536a até 5361, é, depois,fornecido aos desmultiplexadores 538a até 5381, respetivamente.Cada desmultiplexador 538 desmultiplexa o fluxo de símbolos desubcanal recebido em quatro subfluxos de símbolos, sendo cadasubfluxo de símbolos correspondente a um subcanal particularnuma antena particular. Os quatro subfluxos de símbolos provenientes de cada desmultiplexador 538 são, depois,fornecidos aos quatro combinadores 540a até 540d.

Na FIG. 5C, um fluxo de dados de subcanal é processado paragerar um fluxo de símbolos de subcanal, que, em seguida, édesmultiplexado em quatro subfluxos de símbolos, um subfluxo desímbolos para um determinado subcanal de cada antena. Esta implementação é diferente da descrita para a FIG. 4A. Na FIG. 4A,o fluxo de dados de subcanal designado para um subcanalparticular é desmultiplexado para vários subfluxos de dados, umsubfluxo de dados para cada antena e, em seguida, processado para gerar os subfluxos de símbolos correspondentes. Adesmult iplexagem na FIG. 5C é realizada após a modulação desímbolos, enquanto a desmultiplexagem na FIG. 4A é realizadaantes da modulação de símbolos. Também se podem utilizar outrasimplementações que são abrangidas pelo âmbito da presenteinvenção.

Cada combinação de processador 536 de dados de subcanal e desmultiplexador 538 na FIG. 5C tem um desempenho semelhante à combinação do processador 532d de dados de subcanal edesmultiplexador 534d na FIG. 5B. A taxa de cada subfluxo desímbolos proveniente de cada desmultiplexador 538 é, em média,um quarto da taxa do fluxo de símbolos proveniente doprocessador 536 de dados de canal associado. A FIG. 6 é um diagrama de blocos de uma unidade 600 recetoratendo múltiplas antenas de receção, que podem ser utilizadaspara receber um ou mais fluxos de dados de canal. Um ou maissinais transmitidos por uma ou mais antenas de transmissão podemser recebidos por cada uma das antenas 610a até 610r eencaminhados para o respetivo processador 612 frontal. Por exemplo, a antena 610a de receção pode receber uma série desinais transmitidos por várias antenas de transmissão e a antena610r de receção também pode receber múltiplos sinaistransmitidos. Cada processador 612 frontal condiciona (e. g.,filtra e amplifica) o sinal recebido, converte a frequência dosinal condicionado para uma frequência intermédia ou banda debase e amostra e quantifica o sinal com a frequência convertidapara valores inferiores. Cada processador 612 frontal,tipicamente, desmodula ainda as amostras associadas com a antenaespecifica com o piloto recebido para gerar amostras"coerentes", que são, depois, fornecidas a um respetivoprocessador 614 de FFT, um para cada antena de receção.

Cada processador 614 de FFT gera representaçõestransformadas das amostras recebidas e disponibiliza um respetivofluxo de vetores de símbolos de modulação. Os fluxos de vetoresde símbolos de modulação provenientes dos processadores deFFT, 614a até 614r, são, depois, fornecidos ao desmultiplexadore combinadores 620, que encaminham o fluxo de vetores desímbolos de modulação proveniente de cada processador 614 de FFTpara vários (até L) fluxos de símbolos de subcanal. Os fluxos desímbolos de subcanal de todos os processadores 614 de FFT são,depois, processados, com base no modo de comunicações (e. g.,diversidade ou MIMO) utilizado, antes da desmodulação edescodificação.

Para um fluxo de dados de canal transmitido utilizando omodo de comunicações de diversidade, os fluxos de símbolos desubcanal provenientes de todas as antenas utilizadas para atransmissão do fluxo de dados de canal são apresentados a umcombinador, que combina a informação redundante ao longo dotempo, espaço e frequência. O fluxo de símbolos de modulação combinados é, depois, fornecido a um processador 630 de canal (diversidade) e desmodulado como tal.

Para um fluxo de dados de canal transmitido utilizando o modo de comunicações MIMO, todos os fluxos de símbolos desubcanal utilizados para a transmissão do fluxo de dados decanal são apresentados a um processador MIMO que ortogonaliza ossímbolos de modulação recebidos em cada subcanal nos modospróprios distintos. O processador MIMO executa o processamentodescrito pela equação (2) acima e gera um número de subfluxos desímbolos independentes correspondente ao número de modospróprios utilizados na unidade transmissora. Por exemplo, oprocessador MIMO pode executar a multiplicação dos símbolos demodulação recebidos pelos vetores próprios da esquerda para gerar símbolos de modulação pós-condicionados, quecorrespondem aos símbolos de modulação antes do processador deCSI completas na unidade transmissora. Os (pós-condicionados)subfluxos de símbolos são, depois, fornecidos a umprocessador 630 de canal (MIMO) e desmodulados em conformidade.Assim, cada processador 630 de canal recebe um fluxo de símbolosde modulação (para o modo de comunicações de diversidade) ou umasérie de subfluxos de símbolos (para o modo de comunicaçõesMIMO). Cada fluxo ou subfluxo de símbolos de modulação é, depois, fornecido a um respetivo desmodulador (DESMOD), queimplementa um esquema de desmodulação (e. g., M-PSK, M-QAM ou outros), que é complementar ao esquema de modulação utilizado naunidade transmissora para o subcanal em processamento. No modode comunicações MIMO, os dados desmodulados provenientes de todosos desmoduladores atribuídos podem, então, ser descodificadosindependentemente ou multiplexados num fluxo de dados de canale, em seguida, descodificados, dependendo do método decodificação e modulação utilizado na unidade transmissora. Para os modos de comunicações de diversidade e MIMO, o fluxo de dadosde canal proveniente do processador 630 de canal pode, emseguida, ser fornecido a um respetivo descodificador 640, queimplementa um esquema de descodificação complementar aoutilizado na unidade transmissora para o fluxo de dados decanal. Os dados decodificados de cada descodificador 640representam uma estimativa dos dados transmitidos para essefluxo de dados de canal. A FIG. 6 representa uma forma de realização de uma unidaderecetora. Podem considerar-se outras conceções que estãoabrangidas pelo âmbito da presente invenção. Por exemplo, umaunidade recetora pode ser concebida com apenas uma antena dereceção ou pode ser concebida de modo a poder processarsimultaneamente múltiplos (e. g., voz, dados) fluxos de dados decanal.

Como observado acima, a modulação multiportadora é utilizadano sistema de comunicações da invenção. Em particular, amodulação OFDM pode ser empregue para proporcionar váriosbenefícios, incluindo um desempenho melhorado num ambiente detrajetórias múltiplas, complexidade de implementação reduzida(num sentido relativo, para o modo de operação MIMO) eflexibilidade. No entanto, outras variantes de modulaçãomultiportadora também podem ser utilizadas e estão abrangidaspelo âmbito da presente invenção. A modulação OFDM pode melhorar o desempenho do sistemadevido à dispersão dos tempos de atraso de trajetórias múltiplasou tempos de propagação diferenciais introduzidos pelo ambientede propagação entre a antena de transmissão e a antena dereceção. A ligação para comunicações (i. e., o canal RF) tem uma dispersão dos tempos de propagação que pode ser potencialmentemaior do que o inverso da largura de banda de funcionamento dosistema, W. Devido a isso, um sistema de comunicações empregandoum esquema de modulação que tem uma duração de símbolo detransmissão inferior à dispersão dos tempos de propagação vaisofrer interferências entre símbolos (ISI) . A ISI distorce osímbolo recebido e aumenta a probabilidade de uma deteçãoincorreta.

Com modulação OFDM, o canal de transmissão (ou largura debanda de funcionamento) é essencialmente dividido num determinadonúmero (grande) de subcanais paralelos (ou sub-bandas), que sãoutilizados para comunicar os dados. Como cada um dos subcanaistem uma largura de banda que é, tipicamente, muito menor do quea largura de banda de coerência da ligação para comunicações, aISI devida à dispersão dos tempos de propagação na ligação ésignificativamente reduzida ou eliminada utilizando modulaçãoOFDM. Em contrapartida, a maioria dos esquemas de modulaçãoconvencionais (e. g., QPSK) são sensíveis à ISI, a menos que avelocidade de transmissão de símbolos seja pequena em comparaçãocom a dispersão dos tempos de propagação da ligação paracomunicações.

Como notado acima, podem utilizar-se prefixos cíclicos paracombater os efeitos negativos de trajetórias múltiplas. Umprefixo cíclico é uma parte de um símbolo OFDM (habitualmente aparte frontal, após a IFFT) que é envolvida em torno da partetraseira do símbolo. 0 prefixo cíclico é utilizado para manter aortogonalidade do símbolo OFDM, que é tipicamente destruída pelapropagação por trajetórias múltiplas.

Como um exemplo, considere-se um sistema de comunicações noqual a dispersão dos tempos de propagação de canal é inferior a10 ps . Cada símbolo OFDM tem anexado um prefixo cíclico queassegura que o símbolo global conserva as suas propriedadesortogonais na presença de dispersão dos tempos de atraso portrajetórias múltiplas. Dado que o prefixo cíclico não transmitequalquer informação adicional, é, essencialmente, uma cargaadicional. Para manter uma boa eficiência, seleciona-se aduração do prefixo cíclico de modo a ser uma pequena fração daduração total do símbolo de transmissão. No exemplo acima,utilizando uma carga adicional de 5% para ter em conta oprefixo cíclico, uma duração de símbolo de transmissão de200 ps é adequada para uma dispersão dos tempos de propagaçãode canal de máxima de 10 ps. A duração do símbolo de transmissãode 200 ps corresponde a uma largura de banda de 5 kHz para cadauma das sub-bandas. Se a largura de banda total do sistemafor de 1,2288 MHz, podem proporcionar-se 250 subcanais de,aproximadamente, 5 kHz. Na prática, é conveniente que o númerode subcanais seja uma potência de dois. Assim, se a duração dosímbolo de transmissão aumentar para 205 ps e a largura de bandado sistema for dividida em M = 256 sub-bandas, cada subcanalterá uma largura de banda de 4,88 kHz.

Em determinadas formas de realização da invenção, amodulação OFDM pode reduzir a complexidade do sistema. Quando osistema de comunicações incorpora tecnologia MIMO, acomplexidade associada com a unidade recetora pode sersignificativa, particularmente quando há propagação portrajetórias múltiplas. A utilização da modulação OFDM permiteque cada um dos subcanais seja tratado de forma independentepelo processamento MIMO empregue. Assim, a modulação OFDM pode simplificar significativamente o processamento de sinal naunidade recetora quando se utiliza tecnologia MIMO. A modulação OFDM também pode permitir maior flexibilidade aopartilhar a largura de banda do sistema, W, entre múltiplosutilizadores. Especificamente, o espaço de transmissãodisponível para símbolos OFDM pode ser partilhado entre um grupode utilizadores. Por exemplo, a utilizadores de voz com baixavelocidade pode ser alocado um subcanal ou uma fração de umsubcanal num símbolo OFDM, enquanto os restantes subcanais podemser alocados a utilizadores de dados com base na procura global.Além disso, dados de informação complementar, de radiodifusão ede controlo podem ser transportados em alguns dos subcanaisdisponíveis ou (possivelmente) numa parte de um subcanal.

Como descrito acima, cada subcanal em cada intervalo detempo está associado a um símbolo de modulação, que é selecionadode algum alfabeto, tal como M-PSK ou M-QAM. Em determinadasformas de realização, o símbolo de modulação em cada um dos Lsubcanais pode ser selecionada de modo a utilizar de forma maiseficiente esse subcanal. Por exemplo, o subcanal 1 pode sergerado utilizando QPSK, o subcanal 2 pode ser gerado utilizandoBPSK, o subcanal 3 pode ser gerado utilizando 16-QAM e assim pordiante. Assim, para cada intervalo de tempo, até L símbolos demodulação para os L subcanais são gerados e combinados paragerar o vetor de símbolos de modulação para esse intervalo detempo.

Um ou mais subcanais podem ser alocados a um ou maisutilizadores. Por exemplo, a cada utilizador de voz pode seralocado um único subcanal. Os subcanais restantes podem seralocados dinamicamente a utilizadores de dados. Neste caso, os subcanais restantes podem ser alocados a um único utilizador dedados ou dividido entre múltiplos utilizadores de dados. Alémdisso, alguns subcanais podem ser reservados para a transmissãode dados de informação complementar, de radiodifusão e decontrolo. Em determinadas formas de realização da invenção, podeser desejável alterar a atribuição de subcanais de(possivelmente) símbolo de modulação para símbolo de uma formapseudoaleatória para aumentar a diversidade e proporcionaralguma atenuação da interferência por dispersão.

Num sistema CDMA, a potência de transmissão em cadatransmissão de ligação inversa é controlada de modo a que a taxade erro de trama (FER) necessária seja alcançada na estação basecom uma potência de transmissão mínima, minimizando, assim, ainterferência com outros utilizadores do sistema. Na ligaçãodireta do sistema CDMA, a potência de transmissão também éajustada para aumentar a capacidade do sistema.

No sistema de comunicações da presente invenção, a potênciade transmissão nas ligações direta e inversa pode ser controladapara minimizar a interferência e maximizar a capacidade dosistema. 0 controlo de potência pode ser conseguido de váriasformas. Por exemplo, o controlo de potência pode ser executadoem cada fluxo de dados de canal, em cada subcanal, em cadaantena ou em alguma outra unidade de medição. Quando se funcionano modo de comunicações de diversidade, se a atenuação datransmissão proveniente de uma antena particular for grande, atransmissão por esta antena pode ser reduzida ou silenciada,dado que pouco pode ser ganho na unidade recetora. Da mesmaforma, se a transmissão ocorrer abrangendo múltiplos subcanais,menor potência pode ser transmitida no ou nos subcanais quesofrem a maior atenuação de transmissão.

Numa aplicação, o controlo de potência pode ser conseguidocom um mecanismo de realimentação semelhante ao utilizado nosistema CDMA. Informações sobre o controlo de potência podem serenviadas periodicamente ou autonomamente pela unidade recetorapara a unidade transmissora para levar a unidade transmissora aaumentar ou diminuir a sua potência de transmissão. Os bits decontrolo de potência podem ser gerados com base em, por exemplo,a BER ou a FER na unidade recetora. A FIG. 7 mostra gráficos que ilustram a eficiência espectralassociada com alguns dos modos de comunicações do sistema decomunicações da invenção. Na FIG. 7, o número de bits porsímbolo de modulação para uma determinada taxa de erro de bits édado como uma função da C/I para um determinado número deconfigurações de sistema. A notação NTxNR indica adimensionalidade da configuração, sendo NT = número de antenas detransmissão e NR = número de antenas de receção. Duasconfigurações de diversidade, nomeadamente 1x2 e 1x4, e quatroconfigurações MIMO, nomeadamente 2x2, 2x4, 4x4 e 8x4, sãosimuladas e os resultados são fornecidos na FIG. 7.

Como mostrado nos gráficos, o número de bits por símbolopara uma dada BER varia de menos de 1 bps/Hz até quase 20 bps/Hz.Em valores baixos de C/I, a eficiência espectral do modo decomunicações de diversidade e modo de comunicações MIMO ésemelhante e o melhoramento da eficiência é menos percetível. Noentanto, em valores mais elevados de C/I, o aumento daeficiência espectral com a utilização do modo de comunicaçõesMIMO torna-se mais dramático. Em determinadas configurações MIMOe em determinadas condições, o melhoramento instantâneo pode ser20 vezes superior. A partir destes gráficos, pode ser observado que aeficiência espectral, de um modo geral, aumenta à medida que onúmero de antenas de transmissão e de receção aumenta. 0melhoramento também é, de um modo geral, limitado ao menor deNT e Nr. Por exemplo, as configurações de diversidade, 1x2 e 1x4,atingem, de forma assintomática, aproximadamente 6 bps/Hz.

Ao examinar as várias velocidades de transmissão de dados possíveis, os valores da eficiência espectral dados na FIG. 7podem ser aplicados aos resultados por subcanal para obter agama de velocidades de transmissão de dados possíveis para osubcanal. Num exemplo, para uma unidade de assinante funcionandocom uma C/I de 5 dB, a eficiência espectral realizável para estaunidade de assinante está compreendida entre 1 bps/Hz e2,25 bps/Hz, dependendo do modo de comunicações empregue. Assim,num subcanal de 5 kHz, esta unidade de assinante pode suportaruma velocidade de transmissão de dados de pico no intervalo de5 kbps a 10,5 kbps. Se a C/I for 10 dB, a mesma unidade deassinante pode suportar velocidades de transmissão de dados de pico no intervalo de 10,5 kbps a 25 kbps por subcanal. Com 256subcanais disponíveis, a velocidade de transmissão de dados de pico mantida para uma unidade de assinante funcionando com umaC/I de 10 dB é, então, 6,4 Mbps. Assim, dados os requisitos develocidade de transmissão de dados da unidade de assinante e aC/I de funcionamento para a unidade de assinante, o sistema podealocar o número necessário de subcanais para satisfazer osrequisitos. No caso de serviços de dados, o número de subcanaisalocados por intervalo de tempo pode variar dependendo de, porexemplo, outra carga de tráfego. A ligação inversa do sistema de comunicações pode serconcebida com uma estrutura semelhante à da ligação direta. No entanto, em vez de canais de radiodifusão e de controlo comuns,podem existir canais de acesso aleatório definidos em subcanaisespecíficos ou em posições específicas de símbolos de modulaçãoda trama, ou em ambos. Estes podem ser utilizados por algumas outodas as unidades de assinante para enviar pedidos de curtaduração (e. g., registo, pedido de recursos e assim por diante)para a estação central. Nos canais de acesso comuns, as unidadesde assinante podem empregar modulação e codificação comum. Oscanais restantes podem ser alocados para separar osutilizadores, como na ligação direta. A alocação e remoção dealocação de recursos (em ambas as ligações direta e inversa)podem ser controladas pelo sistema e podem ser comunicadas nocanal de controlo na ligação direta.

Uma consideração de conceção para a ligação inversa é oatraso de propagação diferencial máximo entre a unidade deassinante mais próxima e a unidade de assinante mais afastada.Em sistemas em que este atraso é pequeno em relação à duração doprefixo cíclico, pode não ser necessário efetuar uma correção naunidade transmissora. No entanto, em sistemas em que o atraso ésignificativo, o prefixo cíclico pode ser alargado para ter emconta o atraso incremental. Em alguns casos, pode ser possívelfazer uma estimativa razoável do atraso de ida e volta ecorrigir o tempo de transmissão de modo a que o símbolo chegue àestação central no momento correto. Habitualmente, existe algumerro residual e, assim, o prefixo cíclico também pode ser,ainda, alargado para acomodar este erro residual.

No sistema de comunicações, algumas unidades de assinante naárea de cobertura podem estar aptas a receber sinais de mais doque uma estação central. Se a informação transmitida pormúltiplas estações centrais for redundante em dois ou mais subcanais e/ou a partir de duas ou mais antenas, os sinaisrecebidos podem ser combinados e desmodulados pela unidade deassinante utilizando um esquema de combinação de diversidade. Seo prefixo cíclico empregue for suficiente para lidar com oatraso de propagação diferencial entre a informação que chegoumais cedo e a mais tardia, os sinais podem ser (otimamente)combinados no recetor e desmodulados corretamente. Esta receçãode diversidade é bem conhecida em aplicações de radiodifusão deOFDM. Quando os subcanais são alocados a unidades de assinanteespecíficas, é possível transmitir as mesmas informações numsubcanal específico a partir de várias estações centrais parauma unidade de assinante específica. Este conceito é semelhanteà transferência suave utilizada em sistemas CDMA.

Como mostrado acima, a unidade transmissora e a unidaderecetora são, cada, implementadas com várias unidades deprocessamento que incluem diferentes tipos de processadores dedados, codificadores, IFFT, FFT, desmultiplexadores, combinadorese assim por diante. Estas unidades de processamento podem serimplementadas de várias formas, tal como um circuito integradode aplicação específica (ASIC), um processador de sinal digital,um microcontrolador, um microprocessador ou outros circuitoseletrónicos concebidos para realizar as funções aqui descritas.Além disso, as unidades de processamento podem ser implementadascom um processador de utilização genérica ou um processadorespecialmente concebido operado de modo a executar códigos deinstrução que obtêm as funções aqui descritas. Assim, asunidades de processamento aqui descritas podem ser implementadasutilizando hardware, software ou uma sua combinação. A descrição anterior das formas de realização preferidas éproporcionada para permitir a qualquer especialista na técnica realizar ou utilizar a presente invenção. Várias modificaçõesdestas formas de realização serão facilmente evidentes para osespecialistas na técnica e os princípios genéricos aqui definidospoderão ser aplicados a outras formas de realização sem autilização da faculdade inventiva. Assim, não se pretende que apresente invenção esteja limitada às formas de realização aquiapresentadas, mas deve ser-lhe concedido o mais amplo âmbito,tal como definido pelas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para medir e comunicar características detransmissão de um canal de propagação num sistema (100) demúltiplas entradas/múltiplas saídas, compreendendo: meios para receber, por uma pluralidade de antenas(122a-122r) de receção, símbolos piloto em, pelo menos,alguns de subcanais de uma pluralidade de subconjuntosde subcanais a partir de uma respetiva pluralidade deantenas (116a-116t) de transmissão de uma unidadetransmissora, em que os subconjuntos de subcanais sãodisjuntos; meios para distinguir diferentes respostas de canal dediferentes padrões de antena de transmissão-receção aodeterminar um conjunto de características detransmissão para, pelo menos, um da pluralidade desubcanais, em que a determinação do conjunto decaracterísticas de transmissão utiliza os símbolospiloto recebidos nas antenas (122a -122r) de receção; emeios para comunicar um sinal de informação para aunidade transmissora, em que o sinal de informaçãotransporta o conjunto de características de transmissãopara, pelo menos, um da pluralidade de subcanais.
2. Aparelho da reivindicação 1, compreendendo, ainda, meiospara comprimir as características de transmissão numa matrizreduzida e em que os meios para a comunicação compreendemmeios para a comunicação de uma representação da matrizreduzida para a unidade (110) transmissora.
3. Aparelho da reivindicação 2, em que a representação da matriz reduzida é metade de uma matriz Hermitiana.
4. Aparelho da reivindicação 3, em que o, pelo menos um, símbolo piloto é codificado ortogonalmente.
5. Aparelho da reivindicação 4, em que o código ortogonal compreende um código Walsh.
6. Aparelho da reivindicação 1, em que o, pelo menos um, símbolo piloto compreende um preâmbulo.
7. Aparelho da reivindicação 1, em que o, pelo menos um, símbolo piloto compreende vários símbolos OFDM consecutivos.
8. Aparelho da reivindicação 1, em que as caracterí st icas de transmissão compreendem informações de interferência.
9. Aparelho da reivindicação 8, em que as caracterí st icas de transmissão compreendem informações de interferência paracada um da pluralidade de subcanais.
10. Aparelho da reivindicação 1, em que as caracterí st icas de transmissão compreendem um nível de interferência médio.