Método y aparato para transmisión con múltiples antenas.

Método para transmisión con múltiples antenas, comprendiendo el método las etapas de:

recibir una pluralidad de subportadoras en un receptor, transmitiéndose la pluralidad de subportadorasdesde un transmisor;

agrupar las subportadoras en una pluralidad de bloques de subportadoras, comprendiendo cada bloque desubportadoras K subportadoras; y

calcular para cada bloque de subportadoras una única matriz de ponderación Vc.

Método y aparato para transmisión con múltiples antenas Campo de la invención La presente invención se refiere en general a sistemas de comunicaciones y, en particular, a un método y un aparato para transmisión con múltiples antenas dentro de un sistema de comunicaciones.

Antecedentes de la invención La FIG. 1 ilustra un esquema de transmisión de Múltiples Entradas-Múltiples Salidas (MIMO) de la técnica anterior implementado en un sistema de Multiplexado por División Ortogonal de Frecuencia (OFDM) . En el sistema de la FIG. 1, el dispositivo 102 de transmisión utiliza múltiples antenas 104 para transmitir múltiples flujos continuos de datos a través de múltiples subportadoras OFDM hacia uno o más dispositivos 101 de recepción. Los múltiples flujos continuos de datos se indican como si (k) , donde el índice i indica el número de flujo continuo (1≤i≤Ns) y el índice k indica la subportadora (1≤k≤N) , donde N es el número de subportadoras, N≥1 es el número de flujos continuos de datos por subportadora. La señal alimentada a cada una de las Mtx antenas 104 de transmisión es generada mediante una Transformada Inversa Rápida de Fourier (IFFT) 108, un Dispositivo de Inserción de Prefijos Cíclicos 107 y un Conversor Paralelo a Serie 106. La técnica de transmisión OFDM divide el ancho de banda de frecuencia ocupado en N subportadoras ortogonales, donde cada entrada a la IFFT se corresponde con una subportadora, y se dice que la señal alimentada hacia cada entrada de la IFFT ocupa la subportadora correspondiente. Las N entradas a cada IFFT se denominan subportadoras, y en sistemas OFDM de una sola antena de transmisión de la técnica anterior, un símbolo de modulación codificado (es decir, QAM o PSK) se alimentaría típicamente a las entradas de subportadora de la IFFT, un símbolo por subportadora, o de forma equivalente, un flujo continuo de símbolos de datos por subportadora. No obstante, en el sistema MIMO-OFDM de la técnica anterior mostrado en la FIG. 1, en una subportadora dada (por ejemplo la késima) , los Ns símbolos correspondientes a los múltiples flujos continuos se alimentan, en cambio, en primer lugar hacia un conformador 105 de haz de transmisión de múltiples flujos continuos que tiene Ns entradas y Mtx salidas (donde Mtx es el número de antenas de transmisión) . A continuación, las Mtx salidas de cada conformador 105 de haz, indicadas como xm (k) (1≤m≤Mtx, 1≤k≤N) , se alimentan a sus entradas de subportadora respectivas en las Mtx IFFTs 108. En una realización del dispositivo 102 de transmisión MIMO-OFMD de la técnica anterior, el número de flujos continuos Ns es igual al número de antenas de transmisión Mtx, y en cada subportadora (por ejemplo, la késima) , el flujo continuo de datos iésimo correspondiente a la subportadora késima se alimenta hacia la entrada de subportadora késima de la antena de transmisión iésima, y no se usan los conformadores 105 de haces de transmisión de múltiples flujos continuos. No obstante, con frecuencia se puede obtener un mejor rendimiento si los conformadores 105 de haces se usan antes de las entradas de subportadora de las IFFT.

La FIG. 2 ilustra más detalladamente un conformador 105 de haz de transmisión de múltiples flujos continuos de la técnica anterior que se usa antes de cada entrada de subportadora en las Mtx IFFTs 108 del dispositivo 102 de transmisión. Tal como se muestra en la FIG. 2, cada conformador 105 de haz de transmisión de múltiples flujos continuos del dispositivo 102 de transmisión utiliza pesos de la matriz de antenas de transmisión indicados con la matriz de MtxxNs V (k) = (v1 (k) , v2 (k) , ..., vNs (k) ) , donde Mtx es el número de antenas de transmisión, Ns es el número de flujos continuos de datos que se entregan en la subportadora késima, y la columna iésima de V (k) se indica por medio del vector vi (k) de Mtx x 1 columnas que contiene los Mtx coeficientes de ponderación para el flujo continuo de datos iésimo en la subportadora késima. Con el fin de calcular valores apropiados para V (k) , en general el dispositivo 102 de transmisión requiere cierta información sobre la respuesta del canal entre las antenas 104 de transmisión y la antena

o antenas de recepción en los dispositivos 101 de recepción.

Volviendo a la FIG. 1, el dispositivo 101 de recepción mide la respuesta del canal de enlace descendente y es responsable de enviar de vuelta la información que va a ser usada por el dispositivo 102 de transmisión para calcular los pesos de la matriz de antenas de transmisión (V (k) = (v1 (k) , v2 (k) , ..., vNs (k) ) , donde k es la subportadora y Ns es el número de flujos continuos de datos por subportadora) que se aplican a cada flujo continuo de datos de subportadora. Típicamente, esta información que se envía de vuelta consta de los vectores de pesos de transmisión

o un índice en un libro de códigos de posibles vectores de pesos, u otra información basada en una técnica similar. A continuación, los Ns flujos continuos de datos se multiplican por vectores de pesos V (k=1) a V (k=N) para entregar efectivamente los múltiples flujos continuos al receptor 101.

Tal como resulta evidente, un sistema de este tipo requiere que el transmisor 102 conozca la respuesta frecuencial de la matriz entre las matrices de transmisión y recepción, lo cual puede plantear dificultades en canales de banda ancha selectivos en cuanto a frecuencia y que varían rápidamente, tales como el tipo de canales que se encuentran en sistemas de comunicaciones de móviles que utilizan el OFDM. Más particularmente, en un sistema de matriz de transmisión basado en realimentación, tal como el ilustrado en la FIG. 1, el vector de pesos de transmisión debe realimentarse hacia el transmisor 102 y se debe actualizar para realizar un seguimiento de las variaciones del canal que se producen a través del tiempo y la frecuencia para obtener un rendimiento óptimo. Desafortunadamente, un mecanismo que permita el seguimiento completo de la respuesta del canal puede requerir niveles prohibitivos de realimentación entre el dispositivo de recepción y el dispositivo de transmisión. Por lo tanto, existe una necesidad de un método y un aparato para transmisión con múltiples antenas dentro de un sistema de comunicaciones, que no

requieran niveles prohibitivos de realimentación cuando se envía de vuelta información del canal a usar por el dispositivo de transmisión.

El documento WO 01/63870 A1 da a conocer un sistema de transmisión para transmitir una señal multiportadora desde un transmisor a un receptor. La señal multiportadora comprende una pluralidad de subportadoras. El receptor comprende un estimador de canales para estimar amplitudes de las subportadoras y para estimar derivadas en el tiempo de las amplitudes. El receptor comprende además un ecualizador para cancelar la interferencia entre portadoras incluida en la señal multiportadora recibida en función de las amplitudes y derivadas estimadas. El estimador de canales y/o el ecualizador están dispuestos para aprovechar una correlación de amplitud entre las amplitudes de diferentes subportadoras y/o para aprovechar una correlación de derivada entre las derivadas de diferentes subportadoras.

El documento EP 1 276 251 A1 se refiere en general al campo de los sistemas de comunicaciones inalámbricas con acceso para móviles de alta velocidad, especialmente a sistemas de comunicaciones inalámbricas asistidos por señales piloto que tienen en cuenta la estimación de canales, y, más particularmente, a un método simple de cálculo de vectores de ponderación para soportar la cancelación de interferencias en dichos sistemas multi-portadora, en donde se aplica un Multiplexado por División Ortogonal de Frecuencia (OFDM) como técnica de modulación multiportadora. Para incrementar la relación de portadora/interferencia más ruido (CINR) , se aplica un algoritmo de filtrado espacial (conformación de haz) , en el cual se calculan vectores de ponderación de antena wk para cada subportadora k de tal modo que el denominador del cociente de Rayleigh asociado GAMMA k’, calculado por medio de la matriz de autocorrelación de los vectores de canal de la señal ak, los vectores de canal de interferencia bk, dichos vectores de ponderación de antena wk y la potencia de ruido sigma 2_K.1 del canal de radiocomunicaciones, resulte ser un mínimo, aumentándose al máximo así el numerador de dicho cociente de Rayleigh GAMMA k’. Para realizar una cancelación de interferencia única en dicho cálculo de los vectores de ponderación de antena wk, únicamente son necesarias una operación de producto interna y una resta de vectores.

Breve descripción de los dibujos La FIG. 1 es un diagrama de bloques de un sistema de... [Seguir leyendo]

1. Método para transmisión con múltiples antenas, comprendiendo el método las etapas de: recibir una pluralidad de subportadoras en un receptor, transmitiéndose la pluralidad de subportadoras desde un transmisor; 5 agrupar las subportadoras en una pluralidad de bloques de subportadoras, comprendiendo cada bloque de subportadoras K subportadoras; y calcular para cada bloque de subportadoras una única matriz de ponderación Vc;

2. Método de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de: transmitir las matrices de ponderación para los bloques de subportadoras al transmisor.

3. Método de la reivindicación 1, en el que la etapa de calcular Vc comprende la etapa de seleccionar Vc para maximizar:

K

1+0+/

K

+. −

2

Y

H

(k) Y (k)

P

!

E

y

+,

k

donde Y (k) =H (k) Vcs (k) +N (k) ,

H (k) es una respuesta de canal de matriz entre el transmisor y el receptor, N (k) es ruido recibido, y E es un operador de esperanza.

4. Método de la reivindicación 1, en el que la etapa de calcular Vc comprende la etapa de seleccionar Vc de manera que sea una función de los autovectores de la cantidad

!

K

2

H

H

(k) H (k)

R

!

HK

K

k

!

donde H (k) es una respuesta de canal de matriz entre el transmisor y el receptor e Y (k) =H (k) Vcs (k) +N (k) .

5. Método de la reivindicación 1, en el que la etapa de transmitir la matriz de ponderación al transmisor comprende la etapa de transmitir la matriz de ponderación al transmisor provocando que el transmisor pondere todas las subportadoras dentro del bloque de subportadoras con la matriz de ponderación.

6. Método de la reivindicación 1, que comprende además las etapas de: recibir, por parte del transmisor, la matriz de ponderación; y ponderar todas las subportadoras dentro de un bloque de subportadoras con la matriz de ponderación.

7. Aparato que comprende:

un controlador de pesos adaptativo, teniendo como entrada el controlador de pesos adaptativo una pluralidad de subportadoras y dando salida a una pluralidad de matrices de ponderación Vc, en donde:

se calcula una única matriz de ponderación para un bloque de subportadoras que comprende K subportadoras.

8. Aparato de la reivindicación 7, en el que el controlador de pesos adaptativo selecciona Vc para maximizar:

K

1+0+/

K

+. −

2

Y

H

(k) Y (k)

P

!

E

y

+,

!

donde k

Y (k) =H (k) Vcs (k) +N (k) , H (k) es una respuesta de canal de matriz entre el transmisor y el receptor, N (k) es ruido recibido, y E es un operador de esperanza.

9. Aparato de la reivindicación 7, en el que el controlador de pesos adaptativo selecciona Vc para que Vc sea el autovector correspondiente al autovalor más grande de la cantidad

K

RHK ! K 1 2HH (k) H (k)

k !1

donde H (k) es una respuesta de canal de matriz entre un transmisor y un receptor. 10 10. Aparato de la reivindicación 7, en el que cada una de la pluralidad de subportadoras se transmite sobre una frecuencia diferente.