Método para implementar la codificación de bloque de frecuencias espaciales,

SFBC, para comunicación inalámbrica OFDM, comprendiendo el método

llevar a cabo una codificación de canal sobre un flujo de datos de entrada; y

multiplexar el flujo de datos codificado a por lo menos dos flujos de datos; caracterizado por:

obtener información del estado del canal, CSI;

calcular la energía del canal para cada uno de una serie de modos propios para la formación de haces propios de múltiple entrada múltiple salida, MIMO, siendo calculada la energía del canal en función de valores propios de matrices de canal para todas las subportadoras;

calcular relaciones señal/ruido e interferencia, SNIRs, para los modos propios en función de la energía del canal calculada;

agrupar modos propios en un orden de la energía del canal de los modos propios, de manera que la mitad de los modos propios con las energías de canal mayores están en un grupo, y la otra mitad con las energías de canal menores están en el otro;

calcular la separación de las SNIRs de cada mitad;

determinar una velocidad de transmisión de datos que puede ser soportada en función de la CSI;

distribuir velocidades binarias entre los modos propios en función de la separación de las SNIRs;

emparejar subportadoras y modos propios para la codificación SFBC;

llevar a cabo codificación SFBC sobre los pares de modos propios y subportadoras;

llevar a cabo la formación de haces propios en función de la CSI para distribuir haces propios a una pluralidad de antenas de transmisión; y

llevar a cabo transformada de Fourier inversa para convertir los flujos resultantes en frecuencia a datos en el dominio de tiempo para la transmisión

Método y aparato para implementar la codificación de bloque de frecuencias espaciales en un sistema de comunicación inalámbrica de multiplexación por división en frecuencias ortogonales.

Campo de la invención

La presente invención está relacionada con sistemas de comunicación inalámbrica. Más en concreto, la presente invención está relacionada con un método y un aparato para implementar la codificación de bloque de frecuencias espaciales (SFBC, space frequency block coding) en un sistema de comunicación inalámbrica de multiplexación por división en frecuencias ortogonales (OFDM, orthogonal frequency division multiplexing).

Antecedentes

OFDM es un esquema de transmisión de datos en el que los datos son divididos en una serie de flujos menores y cada flujo es transmitido utilizando una subportadora con un ancho de banda menor que el ancho de banda total disponible para la transmisión. La eficiencia del OFDM depende de elegir estas subportadoras ortogonales entre ellas. Las subportadoras no interfieren entre ellas mientras que cada una lleva una parte de los datos totales del usuario.

Los sistemas OFDM tienen ventajas sobre otros sistemas de comunicación inalámbrica. Cuando los datos de usuario son divididos en flujos transportados por diferentes subportadoras, la velocidad de transmisión de datos de cada subportadora es mucho menor. Por lo tanto, la duración de los símbolos es mucho mayor. Una gran duración de los símbolos puede tolerar dispersiones mayores en los retardos. En otras palabras, no se ve afectada tan severamente por el multitrayecto. Por lo tanto, los símbolos OFDM pueden tolerar dispersiones en los retardos sin complicados diseños del receptor. Sin embargo, los sistemas inalámbricos típicos requieren complejos esquemas de ecualización de canal para combatir el desvanecimiento por multitrayecto.

Otra ventaja de OFDM es que la generación de subportadoras ortogonales en el transmisor y en el receptor puede ser realizada utilizando máquinas de transformada rápida de Fourier inversa (IFFT, inverse fast Fourier transform) y transformada rápida de Fourier (FFT, fast Fourier transform). Puesto que las implementaciones de IFFT y FFT son bien conocidas, OFDM puede implementarse fácilmente y no necesita complicados receptores.

Múltiple entrada múltiple salida (MIMO, multiple-input multiple-output) se refiere al tipo de esquema de transmisión y recepción inalámbricas en los que tanto un transmisor como un receptor utilizan más de una antena. Un sistema MIMO toma ventaja de la diversidad espacial o de la multiplexación espacial y mejora la relación señal/ruido (SNR, signal-to-noise ratio) e incrementa el rendimiento global.

SFBC es un esquema para transmitir símbolos de una codificación con diversidad espacial sobre subportadoras vecinas en lugar de hacerlo sobre la misma subportadora en los segmentos de tiempo sucesivos. La SFBC evita el problema de variaciones temporales rápidas en la codificación de bloque espacio temporal. Sin embargo, es necesario que el canal sea constante sobre las subportadoras sobre las que tiene lugar la combinación.

A partir del documento US2003/218973 se conoce un sistema que combina la formación de haces MIMO y la codificación de bloque de frecuencias espaciales OFDM.

Compendio

La presente invención está relacionada con un método y un aparato para implementar codificación de bloque de frecuencias espaciales (SFBC) en un sistema de comunicación inalámbrica de multiplexación por división en frecuencias ortogonales (OFDM). La presente invención es aplicable a un modo en bucle cerrado y a un modo en bucle abierto. En el modo en bucle cerrado, la carga de potencia y la formación de haces propios se llevan a cabo en función de información del estado del canal (CSI, channel state information). Un flujo de datos codificados del canal es multiplexado en dos o más flujos de datos. La carga de potencia se lleva a cabo en función de la CSI en cada uno de los flujos de datos multiplexados. La codificación SFBC se lleva a cabo sobre los flujos de datos para cada una de las subportadoras emparejadas. A continuación, se lleva a cabo la formación de haces propios en función de la CSI para calcular los haces propios sobre múltiples antenas de transmisión. La carga de potencia puede llevarse a cabo sobre dos o más bloques de codificación SFBC o sobre cada uno de los modos propios. Adicionalmente, la carga de potencia puede llevarse a cabo a través de subportadoras o de grupos de subportadoras para modos propios débiles.

De acuerdo con la presente invención, puede proporcionarse una estimación robusta de canal en todas las condiciones del canal, con o sin retroalimentación de información de canal, y se consigue una complejidad baja tanto en el transmisor como en el receptor. Además, se puede utilizar una solución escalable con cualquier configuración de antena y se proporciona compatibilidad hacia atrás con rendimiento mejorado con 802.11a/g.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema OFDM-MIMO que implementa un modo en bucle cerrado.

La figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema que implementa un bucle abierto.

La figura 3 es un diagrama de bloques de un transmisor para describir la carga de potencia.

La figura 4 es un diagrama de un ejemplo de carga de potencia y modulación adaptativa y mapeo de codificación entre dos pares de modos.

La figura 5 muestra un ejemplo de emparejamiento de grupos de subportadoras para carga de potencia/bits.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

En adelante, el término "estación" (STA) incluye de forma no limitativa un equipo de usuario, una unidad inalámbrica de transmisión/recepción, una unidad de abonado fija o móvil, un receptor de radiobúsqueda o cualquier otro tipo de dispositivo que pueda funcionar en un entorno inalámbrico. Cuando sea aludido en adelante, el término "punto de acceso" (AP) incluye de forma no limitativa un nodo B, una estación base, un controlador de sitio o cualquier otro tipo de dispositivo de interfaz en un entorno inalámbrico.

La presente invención se describirá haciendo referencia a las figuras de dibujos en las que los mismos números iguales representan elementos iguales. Debe observarse que las figuras previstas en la presente invención son diagramas de bloques funcionales de alto nivel y las funciones implementadas por los bloques funcionales pueden ser implementadas por más o menos bloques. Las características de la presente invención pueden estar incorporadas en un circuito integrado (IC) o configurarse en un circuito que comprenda una multitud de componentes interconectados.

Las realizaciones de la presente invención dan a conocer un transmisor que implementa codificación SFBC MIMO y un filtro adaptado en el receptor. Las realizaciones proporcionan asimismo precodificación de canal en el transmisor y procesamiento de antena en el receptor así como funciones de descomposición del canal.

Hay dos modos de funcionamiento del sistema: un bucle abierto y un bucle cerrado. El bucle cerrado se utiliza cuando la información de estado del canal (CSI) está disponible para el transmisor. El bucle abierto se utiliza cuando la CSI no está disponible. Se puede utilizar una variante para transmisión a STA legado, donde ésta proporciona beneficios de diversidad.

En el modo de bucle cerrado, la CSI se utiliza para crear canales virtuales independientes descomponiendo y diagonalizando la matriz de canal y mediante la precodificación en el transmisor. Dada la dispersión de los valores propios de canales TGn la presente invención utiliza una codificación MIMO ortogonal de frecuencias espaciales en el transmisor a la entrada al precodificador de canal para incrementar la solidez a costa de disminuir la velocidad de transmisión de datos. Cualquier esquema de codificación en MIMO tiene que tratar con el equilibrio de ganancia de diversidad frente a multiplexación. Es deseable tener un esquema de equilibrio que sea el más adecuado para unas estadísticas de canal concretas. Se escoge una SFBC debido a la baja movilidad y al largo tiempo de coherencia del canal. Este esquema permite una implementación en el receptor más sencilla que un receptor MMSE. La solución combinada permite un rendimiento global superior sobre un intervalo mayor. Las realizaciones de la presente invención permiten carga de potencia/bits por subportadora y mantienen una conexión robusta sostenida a través del funcionamiento en bucle cerrado...

1. Método para implementar la codificación de bloque de frecuencias espaciales, SFBC, para comunicación inalámbrica OFDM, comprendiendo el método

llevar a cabo una codificación de canal sobre un flujo de datos de entrada; y

multiplexar el flujo de datos codificado a por lo menos dos flujos de datos; caracterizado por:

obtener información del estado del canal, CSI;

calcular la energía del canal para cada uno de una serie de modos propios para la formación de haces propios de múltiple entrada múltiple salida, MIMO, siendo calculada la energía del canal en función de valores propios de matrices de canal para todas las subportadoras;

calcular relaciones señal/ruido e interferencia, SNIRs, para los modos propios en función de la energía del canal calculada;

agrupar modos propios en un orden de la energía del canal de los modos propios, de manera que la mitad de los modos propios con las energías de canal mayores están en un grupo, y la otra mitad con las energías de canal menores están en el otro;

calcular la separación de las SNIRs de cada mitad;

determinar una velocidad de transmisión de datos que puede ser soportada en función de la CSI;

distribuir velocidades binarias entre los modos propios en función de la separación de las SNIRs;

emparejar subportadoras y modos propios para la codificación SFBC;

llevar a cabo codificación SFBC sobre los pares de modos propios y subportadoras;

llevar a cabo la formación de haces propios en función de la CSI para distribuir haces propios a una pluralidad de antenas de transmisión; y

llevar a cabo transformada de Fourier inversa para convertir los flujos resultantes en frecuencia a datos en el dominio de tiempo para la transmisión.

2. El método de la reivindicación 1, en el que las subportadoras se dividen en una serie de grupos de subportadoras.

3. El método de la reivindicación 2, en el que el ancho de banda del grupo de subportadoras es menor que el ancho de banda de coherencia de un canal.

4. Aparato para implementar codificación de bloque de frecuencias espaciales, SFBC, para comunicación inalámbrica OFDM, comprendiendo el aparato:

un codificador (112) de canal configurado para llevar a cabo una codificación de canal sobre un flujo de datos de entrada; y

un multiplexor (114) configurado para multiplexar el flujo de datos codificado a como mínimo dos flujos de datos; caracterizado por:

una unidad (116) de carga de potencia configurada para calcular la energía del canal para cada uno de una serie de modos propios para la formación de haces propios de múltiple entrada múltiple salida, MIMO, siendo calculada la energía del canal en función de valores propios de matrices de canal para todas las subportadoras, calcular relaciones señal/ruido e interferencia, SNIRs, para los modos propios a partir de la energía del canal, agrupar los modos propios en un orden de la energía de canal de los modos propios, de manera que la mitad de los modos propios con las energías mayores están en un grupo y la otra mitad con las energías menores están en el otro, calcular la separación de las SNIRs de cada mitad, determinar la velocidad de transmisión de datos que puede ser soportada en función de la información de estado del canal, CSI, obtenida, distribuir velocidades binarias entre los modos propios en función de la separación de las SNIRs y emparejar subportadoras y modos propios para la codificación SFBC;

una serie de unidades (118) de codificación SFBC configuradas para realizar codificación SFBC sobre los flujos de datos para cada par de subportadoras;

una serie de dispositivos (122) de formación de haces propios configurados para llevar a cabo la formación de haces propios en función de la CSI para distribuir haces propios a una serie de antenas de transmisión, estando agrupados los modos propios en un orden de la energía de canal de los modos propios;

una serie de unidades (124) de transformada de Fourier inversa configuradas para llevar a cabo transformada de Fourier inversa con el objeto de convertir los flujos resultantes en frecuencia a datos en el dominio de tiempos para la transmisión; y

una serie de antenas.

5. El aparato de la reivindicación 4, en el que las subportadoras están divididas en una serie de grupos de subportadoras.

6. El aparato de la reivindicación 5, en el que el ancho de banda del grupo de subportadoras es menor que el ancho de banda de coherencia de un canal.