METODO Y SISTEMA PARA REDES DE COMUNICACION INALAMBRICAS QUE UTILIZAN REPETIDORES COOPERATIVOS.

Una estación base (410) adaptada para usar en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos,

en donde la red comprende una estación base (410), al menos dos estaciones móviles (420) y al menos una estación repetidora (415), en donde la estación repetidora (415) está adaptada para reenviar señales desde la estación base (410) a las estaciones móviles (420), la estación base (410) que comprende medios para recibir realimentación de la estación móvil en la transmisión a la estación móvil, caracterizada porque la estación base (410) está provista de:

- medios de optimización (515) adaptados para identificar demandas contradictorias desde dichas al menos dos estaciones móviles (420) con respecto al uso de dicha al menos una estación repetidora (415), dichas dos estaciones móviles (420) que tienen asociación débil a dicha al menos una estación repetidora (415), y adaptados para realizar un proceso de optimización para resolver las demandas contradictorias;

- medios de adaptación de los parámetros de transmisión (514) adaptados para determinar los parámetros de transmisión para la transmisión al menos a la al menos una estaciones repetidoras con las que las dos estaciones móviles tienen asociación débil, teniendo en cuenta el resultado del proceso de optimización

Método y sistema para redes de comunicación inalámbricas que utilizan repetidores cooperativos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la comunicación inalámbrica soportada por repetidor para mejorar el rendimiento de la comunicación. En particular la invención se refiere a un método y una arquitectura de sistema para reducir la complejidad de una red de comunicación inalámbrica de dos saltos que utiliza repetición cooperativa (repetidores cooperativos).

Antecedentes de la invención

Un principal esfuerzo en el desarrollo de redes y sistemas de comunicaciones inalámbricas/celulares es para proporcionar, aparte de otros muchos aspectos, cobertura aumentada o soporte de mayor velocidad de transmisión de datos, o una combinación de ambos. Al mismo tiempo, el aspecto del coste de construcción y mantenimiento del sistema es de gran importancia y se espera que llegue a ser incluso mayor en el futuro.

Hasta hace poco la principal topología de las redes inalámbricas ha estado realmente sin cambios, incluyendo las tres generaciones existentes de redes celulares. La topología caracterizada por la arquitectura celular con las estaciones base de radio fijas y las estaciones móviles como las entidades que transmiten y que reciben en las redes, en donde típicamente una comunicación solamente implica a estas dos entidades. Un planteamiento alternativo a las redes se ejemplifica por las bien conocidas redes multisalto, en donde típicamente, en un escenario inalámbrico, una comunicación implica una pluralidad de entidades que transmiten y que reciben en una configuración de repetición. Tales sistemas ofrecen posibilidades de pérdida en el trayecto significativamente reducida entre las entidades que comunican (repetidor), que puede beneficiar a los usuarios extremo a extremo (ETE).

Se ha dado recientemente atención a otro tipo de topología que tiene muchas características y ventajas en común con las redes multisalto pero se limita a repetir en dos saltos (o unos pocos) solamente. En contraste con las redes multisalto, la topología antes mencionada explota aspectos de paralelismo y también adopta temas de los sistemas de antenas avanzados. Estas redes, que utilizan el nuevo tipo de topología, tienen como denominador común la cooperación entre múltiples estaciones. En literatura de investigación reciente, va bajo varios nombres, tales como repetición cooperativa, diversidad cooperativa, codificación cooperativa, grupos de antenas virtuales, etc. En la presente solicitud los términos "repetición cooperativa" y "métodos/esquemas cooperativos" están suponiendo abarcar todos los sistemas y redes que utilizan cooperación entre múltiples estaciones y los métodos/esquemas usados en estos sistemas, respectivamente. Una descripción global de los esquemas de comunicación cooperativa se da en [I]. Se pueden desplegar varios formatos de una señal repetida. Una señal puede ser descodificada, remodulada y reenviada, o alternativamente simplemente amplificada y reenviada. La primera se conoce como repetición regenerativa o descodificar y reenviar, mientras que la segunda se conoce como repetición no regenerativa o amplificar y reenviar. Ambas, repetición regenerativa y no regenerativa, son bien conocidas, por ejemplo por las soluciones multisalto tradicionales y de repetidores respectivamente. Varios aspectos de los dos planteamientos se contemplan en [2]. Los repetidores pueden reenviar la señal en dos formas esencialmente; repitiendo la señal en el mismo recurso o cambiando a otro canal, por ejemplo en tiempo o frecuencia. En el primer caso, un reto es superar el acoplamiento entre la transmisión y la recepción del repetidor. Esto se puede manejar usando dos antenas, y técnicas de cancelación de interferencias. En el segundo caso, el repetidor puede recibir simplemente la señal, y entonces reenviarla en el siguiente intervalo o alternativamente en otra banda de frecuencia al mismo tiempo que al recibir la señal.

Los beneficios generales de la repetición cooperativa en comunicaciones inalámbricas incluyen velocidades de transmisión de datos mayores, indisponibilidad reducida (debido a las distintas formas de diversidad), vida de la batería aumentada, y cobertura extendida.

Se han sugerido varios esquemas y topologías que utilizan repetición cooperativa, como modelos teóricos dentro del área de la teoría de la información, como sugerencias para las redes actuales y en unos pocos casos como sistemas de pruebas de laboratorio, por ejemplo. Ejemplos se encuentran en [1] páginas 37-39, 41-44. Los distintos esquemas de cooperación se pueden dividir basados en qué entidades tienen los datos a enviar a cuál y qué entidades que cooperan. En las Fig. 1a-f (técnica previa) se ilustran esquemáticamente distintas topologías, mostrando dónde se genera el tráfico, qué entidad es la receptora y el trayecto para las transmisiones de radio.

El canal repetidor clásico, ilustrado en la Fig. 1a, consta de una fuente que desea comunicar con un destino a través del uso de repetidores. El repetidor recibe la señal transmitida por la fuente a través de un canal ruidoso, lo procesa y lo reenvía al destino. El destino observa una superposición de la fuente y la transmisión del repetidor. El repetidor no tiene ninguna información para enviar; de ahí que la meta del repetidor sea maximizar la velocidad de transmisión total del flujo de información de la fuente al destino. El canal repetidor clásico se ha estudiado en [1], [7] y en [3] donde la diversidad del receptor fue incorporada en el último. El canal repetidor clásico, en su forma de tres estaciones, no explota del todo las estaciones repetidoras múltiples, y de ahí que no proporcione las ventajas señaladas arriba.

Un planteamiento más prometedor, el canal repetidor paralelo, se ilustra esquemáticamente en la Fig. 1b, en donde un sistema inalámbrico que emplea repetidores (tal como una estación base celular con repetidores de soporte) con cobertura solapada, un receptor se puede beneficiar del uso de señales superposicionadas recibidas de múltiples repetidores. Esto es algo que ocurre automáticamente en sistemas cuando los repetidores se colocan de forma cercana y transmiten con potencia suficientemente grande. Recientemente, los estudios de teóricos de la información han orientado este caso, por ejemplo por Schein, [4] y [5], quién sugiere el uso de la combinación coherente basada en repetición cooperativa entre un emisor único y un receptor único que usan dos repeticiones intermedias. El estudio es puramente un análisis teórico de la información, limitado solamente a dos estaciones repetidoras, y carece de los medios y mecanismos para hacer factible en la práctica el método.

El concepto de Canal de Acceso Múltiple con Repetición (también conocido como canales de acceso múltiple con realimentación generalizada), ilustrado esquemáticamente en la Fig. 1c, ha sido investigado recientemente. El concepto implica que dos usuarios cooperan, es decir, intercambian la información que cada uno quiere transmitir, y posteriormente, cada usuario envía no sólo su propia información sino también la información de otros usuarios a un receptor. En beneficio de hacerlo así es que la cooperación proporciona ganancia de diversidad. Hay esencialmente dos esquemas que han sido investigados; diversidad cooperativa y diversidad cooperativa codificada. Los estudios se presentan en [1], por ejemplo. Con respecto a la diversidad, se han sugerido varias formas, tal como la diversidad Alamouti, diversidad del receptor, diversidad basada en combinación coherente. Típicamente las topologías y esquemas investigados cuentan con datos descodificados previos a la transmisión. Esto supone además que las estaciones tienen que estar ubicadas de manera próxima para cooperar, y por lo tanto excluye la cooperación con repetidores más distantes, así como el gran número de repetidores potenciales si pudiera ser formado un grupo a gran escala. Un defecto adicional para esos esquemas es que es bastante improbable tener estaciones que transmiten concurrentemente y ubicadas de manera próxima. Estos defectos señalan que la topología investigada es de menor interés práctico. El canal de radiodifusión con repetición, ilustrado en la Fig. 1d, es esencialmente el contrario de la topología representada en la Fig 1c, y por lo tanto comparte los mismos defectos severos.

Una extensión adicional de la topología representada en la Fig. 1c es el llamado canal de interferencia con repetición, que se ilustra en la Fig. 1e, en donde se consideran dos receptores. Esto ha sido estudiado, por ejemplo, en [8] y [1] pero sin cooperación...

1. Una estación base (410) adaptada para usar en una red de comunicación inalámbrica de dos saltos, en donde la red comprende una estación base (410), al menos dos estaciones móviles (420) y al menos una estación repetidora (415), en donde la estación repetidora (415) está adaptada para reenviar señales desde la estación base (410) a las estaciones móviles (420), la estación base (410) que comprende medios para recibir realimentación de la estación móvil en la transmisión a la estación móvil, caracterizada porque la estación base (410) está provista de:

- medios de optimización (515) adaptados para identificar demandas contradictorias desde dichas al menos dos estaciones móviles (420) con respecto al uso de dicha al menos una estación repetidora (415), dichas dos estaciones móviles (420) que tienen asociación débil a dicha al menos una estación repetidora (415), y adaptados para realizar un proceso de optimización para resolver las demandas contradictorias;

- medios de adaptación de los parámetros de transmisión (514) adaptados para determinar los parámetros de transmisión para la transmisión al menos a la al menos una estaciones repetidoras con las que las dos estaciones móviles tienen asociación débil, teniendo en cuenta el resultado del proceso de optimización.

2. La estación base (410) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el transmisor de la estación base (410) está adaptado a realizar la comunicación basada en MIMO y enviar un vector T sobre la matriz de canal H, donde cada fila de la matriz H corresponde a una o más estaciones repetidoras (415) que usan el mismo canal repetidor y hay tantos canales repetidores como filas hay en la matriz de canal.

3. La estación base (410) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el transmisor de la estación base (410) está adaptado para usar descomposición del valor singular (SVD) y aplicar una matriz de carga unitaria (U) a la señal puesta a la salida para facilitar una diagonalización con el uso de una Hermítica de una matriz de carga unitaria (V).