Un método de comunicación para usar en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario (R41,

..., R4K; R51,..., R5K) que comunican con al menos un nodo transmisor (T4; T5), dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas, cada uno de dichos terminales de usuario que comprende al menos una antena, dicho método que se caracteriza por:

seleccionar un primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario que comprende al menos un terminal de usuario,

seleccionar un segundo conjunto (R42,..., R4K; R53,..., R5K) de terminales de usuario no comprendidos en el primer conjunto,

adaptar los primeros parámetros de comunicación para el primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario de acuerdo con un primer principio adecuable para optimizar la comunicación con el primer conjunto de terminales de usuario,

adaptar los segundos parámetros de comunicación del segundo conjunto (R42,..., R4K; R53,..., R5K) de terminales de usuario de acuerdo con un segundo principio que es distinto del primer principio, en respuesta a los parámetros de comunicación seleccionados por el primer conjunto,

transmitir al primer conjunto de terminales de usuario de acuerdo con los primeros parámetros de comunicación y al segundo conjunto de terminales de usuario de acuerdo con los segundos parámetros de comunicación

Método y aparato en un sistema de comunicación basado en MIMO (Entrada Múltiple Salida Múltiple).

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de comunicación para uso en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario que comunican con al menos un nodo transmisor, dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas, cada uno de dichos terminales de usuario que comprende al menos una antena. La invención también se refiere a un nodo transmisor como se define en el preámbulo de la reivindicación 8 y a una red de comunicación basada en MIMO como se define en el preámbulo de la reivindicación 15.

Antecedentes y Técnica anterior

Las soluciones que implican configuraciones de antena de Entrada Múltiple Salida Múltiple (MIMO), en las que tanto el transmisor como los receptores tienen múltiples antenas, están siendo consideradas para usar en redes de comunicaciones inalámbricas para mejorar el rendimiento del sistema en términos de tasa de transmisión de datos de pico, cobertura y capacidad.

En el caso general, en tal sistema, tanto el transmisor como los receptores tienen múltiples antenas. Esto provoca una serie de posibles canales de radio, entre cada antena transmisora y receptora. Se puede definir una matriz de canales H para caracterizar todos los canales. Si se usan N antenas de transmisión y M antenas de recepción el tamaño de la matriz de canales H será M x N. H generalmente varía con el tiempo.

En el caso cuando el canal es conocido para el receptor pero no para el transmisor, los datos se transmiten uniformemente en todas las direcciones, y la capacidad del canal se puede expresar como

donde N es el número de antenas en el transmisor, p es la potencia de transmisión recibida total dividida por la potencia de ruido en el lado de recepción, I es la matriz de identidad, y * es el operador Hermítico.

Se conoce bien que en condiciones de desvanecimiento con el canal de propagación no correlado estadísticamente, la capacidad del canal medida en bits por canal usa escalas (desde un punto de vista de teoría de la información con la potencia media de transmisión fija) en media como

donde C_SISO es la capacidad del canal para comunicación de antena de transmisión única recepción única (Entrada Única Salida Única) (tradicional), es decir

donde SNR_SISD es la relación señal ruido SISO y C_MIMO es la capacidad del canal MIMO resultante. Cuando M=N la capacidad del canal es N veces la capacidad del canal SISO, es decir

Cabe señalar que la comunicación SISO tiene una relación logarítmica para la capacidad del canal con respecto a la SNR (ver la ec.(3)). El beneficio de la transmisión MIMO con múltiples secuencias de datos es que en lugar de usar toda la potencia en una secuencia, se usan secuencias paralelas múltiples con la SNR ligeramente inferior en su lugar. De esta forma se obtiene una multiplicación de la capacidad en lugar de un incremento logarítmico en capacidad.

Hasta ahora, la discusión ha sido afectada con el caso de que el transmisor no sabe nada sobre la matriz de canal H. En el caso cuando el transmisor tiene conocimiento sobre el canal, el rendimiento se puede mejorar además transmitiendo secuencias de datos con distintas potencias en los distintos modos del canal. Además, el conocimiento del canal también se puede usar para reducir la complejidad del terminal cuando se desmodulan y descodifican las señales recibidas.

Una descripción extensa de MIMO se encuentra en A. Goldsmith, S. A. Jafar, N. Jindal, S. Vishwanath, Límites de Capacidad de Canales MIMO, Diario del IEEE en Áreas Seleccionadas de Com., VOL. 21, NO. 5 de Junio de 2003.

Una forma reciente, alternativa, de manejar la comunicación en sistemas MIMO es la MIMO oportunista, que también se llama algunas veces MIMO de diversidad multiusuario. La idea es que uno puede enviar, para cada uno de los potencialmente muchos canales, no todas las secuencias MIMO (de aquí en adelante llamadas subcanales MIMO) a un usuario único, pero en su lugar distribuir los subcanales MIMO sobre varios usuarios. Esto se puede consumar de una manera oportunista seleccionando los usuarios en base a la realimentación de la información de la Relación Portadora a Interferencia (CIR) de los usuarios que reciben. En MIMO, la información de la CIR se realimenta para cada subcanal MIMO. Cuantos más receptores presentes, más probable será que uno encuentre buenos canales, y esto se garantiza en un sentido estadístico. La arquitectura MIMO oportunista se ilustra, por ejemplo, en W. Rhee, W. Yu y J.M. Cioffi: Utilizando Diversidad Multiusuario para el Sistema de Antenas Múltiples, Actas de la Conferencia de Interconexión y Comunicación Inalámbrica del IEEE (WCNC), páginas 420-425, Septiembre de 2000, Chicago, USA.

La MIMO oportunista hace uso del hecho de que con un gran número de usuarios, es probable que los canales MIMO puedan tener realizaciones en las que se pueden recibir una o varias secuencias MIMO con alta calidad por uno o más usuarios a pesar del hecho de que no se usa la CSI para predecir las señales en el transmisor. Esto se logra incluso cuando se usan métodos simples de demodulación no óptima tales como forzar a cero. Al final, es la estación base la que determina qué subcanal de MIMO usar para qué usuario. Además de forzar a cero, se pueden usar otros métodos de demodulación bien conocidos tales como MMSE, Cancelación Sucesiva de Interferencia (SIC), Cancelación Paralela de Interferencia (PIC), u otros esquemas de detección Multiusuario (MUD).

La MIMO oportunista es factible en situaciones donde está implicado un gran número de usuarios y los datos están pendientes de transmisión a ellos. El rendimiento en situaciones donde solamente están implicados unos pocos usuarios es menor.

Objeto de la invención

Es un objetivo de la presente invención optimizar el uso global de los recursos de la red en una red de comunicación multiantena, multiusuario.

Compendio de la invención

Este objetivo se logra de acuerdo con la invención por medio de un método de comunicación para usar en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario que comunican con al menos un nodo de transmisión, dicho nodo de transmisión que comprende una pluralidad de antenas, cada uno de dichos terminales de usuario que comprende al menos una antena, dicho método que se caracteriza por:

El objetivo también se logra por medio de un nodo transmisor para usar en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario que comunican con el nodo transmisor, en donde cada uno de dichos terminales de usuario comprende al menos una antena, dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas de transmisión dispuestas a transmitir información a una pluralidad de nodos receptores, dicho nodo transmisor que comprende:

1. Un método de comunicación para usar en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario (R41,..., R4K; R51,..., R5K) que comunican con al menos un nodo transmisor (T4; T5), dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas, cada uno de dichos terminales de usuario que comprende al menos una antena, dicho método que se caracteriza por:

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer principio implica la optimización con respecto a la Información de Estado de Canal (CSI) parcial o completa, por ejemplo por medio de la Descomposición de Valor Singular (SVD).

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde el segundo principio hace uso de la comunicación MIMO oportunista.

4. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde los primeros parámetros de comunicación se refieren a la potencia de transmisión y la matriz de formación de haz (V) en el lado transmisor.

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende el paso de seleccionar el primer conjunto de terminales de usuario en dependencia de los parámetros de calidad de servicio y tráfico.

6. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende el paso de seleccionar el primer conjunto de terminales de usuario en dependencia del conocimiento de la CSI.

7. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende el paso de seleccionar el primer conjunto de terminales de usuario en dependencia de la configuración de la antena del receptor.

8. Un nodo transmisor (T4; T5) para usar en una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario (R41,..., R4K; R51,..., R5K) que comunican con el nodo transmisor, en donde cada uno de dichos terminales de usuario comprende al menos una antena, dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas de transmisión dispuestas a transmitir información a una pluralidad de nodos receptores, dicho nodo transmisor que comprende:

9. Un nodo transmisor de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los primeros medios de adaptación (91) se disponen para optimizar la comunicación con el primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario con respecto a la Información de Estado del Canal (CSI) parcial o completa, por ejemplo por medio de la Descomposición de Valor Singular (SVD).

10. Un nodo transmisor de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, en donde los segundos medios de adaptación (93) se disponen para optimizar la comunicación con el segundo conjunto de terminales de usuario (R42,..., R4K; R53,..., R5K) de acuerdo con la comunicación MIMO oportunista.

11. Un nodo transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en donde los primeros parámetros de comunicación se refieren a la potencia transmitida y la matriz de formación de haz (V) en el lado transmisor.

12. Un nodo transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-11, que comprende en donde los medios de selección se disponen a seleccionar el primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario en dependencia de los parámetros de calidad de servicio y tráfico.

13. Un nodo transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-11, en donde los medios de selección se disponen para seleccionar el primer conjunto (R41; R51, R52) de los terminales de usuario en dependencia del conocimiento de la CSI.

14. Un nodo transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-11, en donde los medios de selección se disponen para seleccionar el primer conjunto (R41; R51, R52) de terminales de usuario en dependencia de la configuración de antena receptora.

15. Una red de comunicación basada en MIMO que implica varios terminales de usuario (R41,..., R4K; R51,..., R5K) que comunican con al menos un nodo transmisor (T4; T5), dicho nodo transmisor que comprende una pluralidad de antenas, cada uno de dichos terminales de usuario (R41,..., R4K; R51,..., R5K) que comprende al menos una antena, caracterizada porque dicho al menos un nodo transmisor (T4; T5) es un nodo transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 - 14.