PROCESAMIENTO DE SEÑALES CON DESCOMPOSICION EN MODOS PROPIOS DE CANAL E INVERSION DE CANAL PARA SISTEMAS MIMO.

Un procedimiento para procesar datos para su transmisión a través de un canal de múltiples entradas y de múltiples salidas (MIMO),

en un sistema de comunicaciones MIMO, comprendiendo el procedimiento:

procesar datos (114, 120, 612) según un esquema de procesamiento particular para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos de modulación; obtener una matriz (120, 622) de conformación de impulsos en base a una respuesta estimada del canal MIMO; preacondicionar (120, 624) la pluralidad de flujos de símbolos de modulación en base a la matriz de conformación de impulsos para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos preacondicionados para su transmisión a través del canal MIMO; caracterizado porque

la respuesta estimada del canal MIMO se descompone en el dominio de frecuencia;

la matriz de conformación de impulsos comprende una pluralidad de secuencias de valores en el dominio de tiempo; y

la pluralidad de flujos de símbolos de modulación se preacondiciona en el dominio de tiempo

Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W03019464US.

Solicitante: QUALCOMM INCORPORATED.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 5775 MOREHOUSE DRIVE,SAN DIEGO, CA 92121.

Inventor/es: WALTON,JAY,R, KETCHUM,JOHN,W.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 25 de Noviembre de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H04B7/04M1
  • H04L1/06T
  • H04L25/02C
  • H04L25/03B9
  • H04L25/03E1

Clasificación PCT:

  • H04L1/06 SECCION H — ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04L TRANSMISION DE INFORMACION DIGITAL, p. ej. COMUNICACION TELEGRAFICA (disposiciones comunes a las comunicaciones telegráficas y telefónicas H04M; selección H04Q). › H04L 1/00 Disposiciones para detectar o evitar errores en la información recibida. › utilizando diversidad de espacio.
  • H04L25/02 H04L […] › H04L 25/00 Sistemas de banda base. › Detalles.
  • H04L25/03 H04L 25/00 […] › Redes de formación para emisor o receptor, p. ej. redes de formación adaptables.

Clasificación antigua:

  • H04L1/06 H04L 1/00 […] › utilizando diversidad de espacio.
  • H04L25/02 H04L 25/00 […] › Detalles.
  • H04L25/03 H04L 25/00 […] › Redes de formación para emisor o receptor, p. ej. redes de formación adaptables.
PROCESAMIENTO DE SEÑALES CON DESCOMPOSICION EN MODOS PROPIOS DE CANAL E INVERSION DE CANAL PARA SISTEMAS MIMO.

Fragmento de la descripción:

Procesamiento de señales con descomposición en modos propios de canal e inversión de canal para sistemas MIMO.

Antecedentes

Campo

La presente invención se refiere en general a la comunicación de datos y, más específicamente, a técnicas para llevar a cabo un procesamiento de señales con descomposición en modos propios de canal e inversión de canal para sistemas de comunicación de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO).

Antecedentes

Un sistema de comunicaciones de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) utiliza múltiples (NT) antenas de transmisión y múltiples (NR) antenas de recepción para la transmisión de datos. Un canal MIMO formado por las NT antenas de transmisión y las NR antenas de recepción puede descomponerse en NS canales independientes, siendo NS = min {NT,NR}. Cada uno de los NS canales independientes también se denomina como un subcanal espacial del canal MIMO y corresponde a una dimensión. El sistema MIMO puede proporcionar un mejor rendimiento (por ejemplo, una mayor capacidad de transmisión) si se utilizan las dimensionalidades adicionales creadas por las múltiples antenas de transmisión y de recepción.

Los subcanales espaciales de un sistema MIMO de banda ancha pueden encontrar diferentes condiciones de canal debido a varios factores tales como el desvanecimiento y la multitrayectoria. Por lo tanto, cada subcanal espacial puede experimentar un desvanecimiento selectivo de frecuencia, lo que se caracteriza por diferentes ganancias de canal a diferentes frecuencias (es decir, diferentes subbandas o contenedores de frecuencia) del ancho de banda total del sistema. Con el desvanecimiento selectivo de frecuencia, cada subcanal espacial puede conseguir diferentes relaciones de señal a ruido más interferencia (SNR) para diferentes contenedores de frecuencia. Por consiguiente, el número de bits de información por símbolo de modulación (o velocidad de transmisión de datos) que puede transmitirse en diferentes contenedores de frecuencia de cada subcanal espacial para un nivel particular de rendimiento (por ejemplo, una tasa de error de paquetes del 1%) puede ser diferente entre cada contenedor. Además, puesto que las condiciones de canal normalmente varían en el tiempo, las velocidades de transmisión de datos soportadas por los contenedores de los subcanales espaciales también varían en el tiempo.

Para combatir el desvanecimiento selectivo de frecuencia en un canal de banda ancha, puede utilizarse multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) para dividir de manera eficaz el ancho de banda del sistema en una pluralidad de (NF) subbandas (que también pueden denominarse como subcanales o contenedores de frecuencia). Con OFDM, cada subcanal de frecuencia está asociado con una subportadora respectiva sobre la que pueden modularse los datos. Para un sistema MIMO que utilice OFDM (es decir, un sistema MIMO-OFDM), cada subcanal de frecuencia de cada subcanal espacial puede considerarse como un canal de transmisión independiente.

Un desafío clave en un sistema de comunicaciones codificadas es la selección de las velocidades de transmisión de datos apropiadas y de los esquemas de codificación y de modulación que se utilizarán para una transmisión de datos en base a las condiciones de canal. El objetivo de este proceso de selección es maximizar el rendimiento global cumpliendo al mismo tiempo objetivos de calidad, lo que puede cuantificarse mediante una tasa de error de paquetes (PER) particular, determinados criterios de latencia, etc.

Una técnica sencilla para seleccionar las velocidades de transmisión de datos y los esquemas de codificación y de modulación es cargar con bits cada canal de transmisión del sistema MIMO-OFDM según su capacidad de transmisión, lo que puede cuantificarse mediante la SNR media a corto plazo del canal. Sin embargo, esta técnica presenta varios inconvenientes importantes. En primer lugar, la codificación y modulación individual de cada canal de transmisión puede aumentar significativamente la complejidad del procesamiento tanto en el transmisor como en el receptor. En segundo lugar, la codificación individual de cada canal de transmisión puede aumentar en gran medida el retardo de codificación y de descodificación. Y en tercer lugar, se necesitaría una alta velocidad de retroalimentación para enviar información de estado de canal (CSI) indicativa de las condiciones de canal (por ejemplo, la ganancia, la fase y la SNR) de cada canal de transmisión.

Para un sistema MIMO, la potencia de transmisión es otro parámetro que puede manipularse para maximizar el rendimiento global. En general, el rendimiento global del sistema MIMO puede aumentarse asignando más potencia de transmisión a los canales de transmisión con mayores capacidades de transmisión. Sin embargo, asignando diferentes cantidades de potencia de transmisión a diferentes contenedores de frecuencia de un subcanal espacial dado se tiende a exagerar la naturaleza selectiva de frecuencia del subcanal espacial. Como es bien sabido, el desvanecimiento selectivo de frecuencia provoca interferencia entre símbolos (ISI), que es un fenómeno por el que cada símbolo de una señal recibida distorsiona los símbolos siguientes de la señal recibida. La distorsión ISI degrada el rendimiento afectando a la capacidad de detectar correctamente los símbolos recibidos. Para mitigar los efectos nocivos de la ISI, es necesario llevar a cabo en el receptor la ecualización de los símbolos recibidos. Por lo tanto, un inconveniente importante en la asignación de potencia en el dominio de frecuencia es la complejidad adicional en el receptor de combatir la distorsión ISI adicional resultante. El documento Joint Transmit and Receive Optimisation for High Data Rate Wireless Communication Using Multiple Antennas de H. Sampath et al. (IEEE, 1999-10-24, ISBN 0-7803-5700-0) y el documento Transmission Optimization with a Space-Time Filter at Low SNR Wireless Environment de K. Joonsung et al. (GLOBECOM'99, 1999-12-05, XP010373673) describe cada uno técnicas para procesar transmisiones de datos en un sistema MIMO con el fin de conseguir un alto rendimiento, según el preámbulo de las reivindicaciones en las reivindicaciones adjuntas.

Por lo tanto, en la técnica existe la necesidad de técnicas para conseguir un alto rendimiento global en un sistema MIMO sin tener que codificar individualmente cada canal de transmisión y que mitiguen los efectos nocivos de la ISI.

Sumario

Las técnicas según las reivindicaciones en las reivindicaciones adjuntas se proporcionan en este documento para procesar una transmisión de datos en un transmisor y en un receptor de un sistema MIMO de manera que se consigan altas prestaciones (por ejemplo, un alto rendimiento global). En un aspecto, se proporciona una implementación en el dominio de tiempo que utiliza una descomposición propia de canal en el dominio de frecuencia, inversión de canal y (opcionalmente) resultados de llenado de agua (water-pouring) para obtener soluciones de conformación de impulsos y de orientación de haces para el transmisor y el receptor.

La descomposición propia de canal se lleva a cabo en el transmisor para determinar los modos propios (es decir, los subcanales espaciales) de un canal MIMO y para obtener un primer conjunto de vectores de dirección, los cuales se utilizan para preacondicionar los símbolos de modulación antes de su transmisión a través del canal MIMO. La descomposición propia de canal puede llevarse a cabo en base a una matriz de respuesta de canal estimada, la cual es una estimación de la respuesta de canal (en el dominio de tiempo o en el dominio de frecuencia) del canal MIMO. La descomposición propia de canal también se lleva a cabo en el receptor para obtener un segundo conjunto de vectores de dirección que se utilizan para acondicionar los símbolos recibidos de manera que los flujos de símbolos ortogonales se recuperen en el receptor.

La inversión de canal se lleva a cabo en el transmisor para obtener ponderaciones que se utilizan para minimizar o reducir la cantidad de distorsión ISI en el receptor. En particular, la inversión de canal puede llevarse a cabo para cada modo propio utilizado para la transmisión de datos. Un conjunto de ponderaciones puede obtenerse para cada modo propio en base a la matriz de respuesta de canal estimada para el canal MIMO y se...

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para procesar datos para su transmisión a través de un canal de múltiples entradas y de múltiples salidas (MIMO), en un sistema de comunicaciones MIMO, comprendiendo el procedimiento:

quadprocesar datos (114, 120, 612) según un esquema de procesamiento particular para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos de modulación; quadobtener una matriz (120, 622) de conformación de impulsos en base a una respuesta estimada del canal MIMO; quadpreacondicionar (120, 624) la pluralidad de flujos de símbolos de modulación en base a la matriz de conformación de impulsos para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos preacondicionados para su transmisión a través del canal MIMO;

caracterizado porque

la respuesta estimada del canal MIMO se descompone en el dominio de frecuencia;

la matriz de conformación de impulsos comprende una pluralidad de secuencias de valores en el dominio de tiempo; y

la pluralidad de flujos de símbolos de modulación se preacondiciona en el dominio de tiempo.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:

quadobtener una pluralidad de ponderaciones en base a una matriz de respuesta de canal estimada para el canal MIMO, en el que las ponderaciones se utilizan para invertir una respuesta de frecuencia del canal MIMO, y en el que la matriz de conformación de impulsos se obtiene además en base a las ponderaciones.

3. El procedimiento según la reivindicación 2, que comprende además:

quaddescomponer la matriz de respuesta de canal estimada para obtener una pluralidad de matrices de vectores propios y una pluralidad de matrices de valores singulares, y en el que las ponderaciones se obtienen en base a las matrices de valores singulares y la matriz de conformación de impulsos se obtiene además en base a las matrices de vectores propios.

4. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que la matriz de respuesta de canal estimada es descriptiva de una pluralidad de modos propios del canal MIMO.

5. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que un conjunto de ponderaciones se obtiene para cada modo propio utilizado para la transmisión de datos y en el que las ponderaciones de cada conjunto se obtienen para invertir la respuesta de frecuencia del modo propio correspondiente.

6. El procedimiento según la reivindicación 4, que comprende además:

quadobtener la pluralidad de valores de escalamiento en base a las matrices de valores singulares, en el que los valores de escalamiento se utilizan para ajustar potencias de transmisión para los modos propios del canal MIMO, y en el que la matriz de conformación de impulsos se obtiene además en base a los valores de escalamiento.

7. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que los valores de escalamiento se obtienen en base a un análisis de llenado de agua.

8. El procedimiento según la reivindicación 3, en el que la matriz de respuesta de canal estimada se proporciona en el dominio de frecuencia y se descompone en el dominio de frecuencia.

9. El procedimiento según la reivindicación 3, en el que la matriz de respuesta de canal estimada se descompone utilizando una descomposición propia de canal.

10. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que los modos propios asociados con las capacidades de transmisión por debajo de un umbral particular no se utilizan para la transmisión de datos.

11. El procedimiento según la reivindicación 3, en el que los valores singulares de cada matriz se ordenan en base a su magnitud.

12. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que los valores singulares de cada matriz se ordenan de manera aleatoria de manera que los modos propios del canal MIMO se asocian con capacidades de transmisión aproximadamente iguales.

13. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la matriz de conformación de impulsos se obtiene para maximizar la capacidad asignando más potencia de transmisión a los modos propios del canal MIMO que presenten mayores capacidades de transmisión.

14. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la matriz de conformación de impulsos se obtiene para proporcionar relaciones de señal a ruido más interferencia (SNR) recibidas aproximadamente iguales para la pluralidad de flujos de símbolos de modulación en el receptor.

15. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el esquema de procesamiento particular define un esquema de codificación y de modulación diferente para cada flujo de símbolos de modulación.

16. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el esquema de procesamiento particular define un esquema de codificación y de modulación común para todos los flujos de símbolos de modulación.

17. Un procedimiento para procesar una transmisión de datos recibida a través de un canal de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), en un sistema de comunicaciones MIMO, comprendiendo el procedimiento:

quadobtener (812, 160) una matriz de respuesta de canal estimada para el canal MIMO; quaddescomponer (814, 160, 716) la matriz de respuesta de canal estimada para obtener una pluralidad de matrices de vectores propios; quadobtener una matriz (816, 160) de conformación de impulsos en base a las matrices de vectores propios; quadacondicionar (818, 160, 720) una pluralidad de flujos de símbolos recibidos en base a la matriz de conformación de impulsos para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos recuperados que son estimaciones de símbolos de modulación transmitidos para la transmisión de datos, en el que los símbolos de modulación se preacondicionan en un transmisor antes de su transmisión a través del canal MIMO;

caracterizado porque

la descomposición se lleva a cabo en el dominio de frecuencia; y

la pluralidad de flujos de símbolos recibidos se acondiciona (818, 160, 720) en el dominio de tiempo.

18. El procedimiento según la reivindicación 17, en el que el acondicionamiento ortogonaliza una pluralidad de flujos de símbolos de modulación transmitidos a través del canal MIMO.

19. El procedimiento según la reivindicación 17, que comprende además: desmodular la pluralidad de flujos de símbolos recuperados según uno o más esquemas de desmodulación para proporcionar una pluralidad de flujos de datos desmodulados; y descodificar la pluralidad de flujos de datos desmodulados según uno o más esquemas de descodificación para proporcionar datos descodificados.

20. El procedimiento según la reivindicación 17, que comprende además: obtener información de estado de canal (CSI) constituida por la matriz de respuesta de canal estimada para el canal MIMO; y devolver la CSI al transmisor.

21. Un aparato para procesar datos que van a transmitirse a través de un sistema de comunicaciones de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), que comprende:

quadmedios para procesar datos (114, 120, 612) según un esquema de procesamiento particular para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos de modulación; quadmedios para obtener una matriz (120, 622) de conformación de impulsos en base a una respuesta estimada de un canal MIMO; y quadmedios para preacondicionar (120, 624) la pluralidad de flujos de símbolos de modulación en base a la matriz de conformación de impulsos para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos preacondicionados para su transmisión a través del canal MIMO;

caracterizado porque

la respuesta estimada del canal MIMO se descompone en el dominio de frecuencia;

la matriz de conformación de impulsos comprende una pluralidad de secuencias de valores en el dominio de tiempo; y

la pluralidad de flujos de símbolos de modulación se preacondiciona en el dominio de tiempo.

22. Un aparato para procesar datos recibidos a través de un sistema de comunicaciones de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), que comprende:

quadmedios para obtener (812, 160) una matriz de respuesta de canal estimada para un canal MIMO utilizado para una transmisión de datos; quadmedios para descomponer (814, 160, 716) la matriz de respuesta de canal estimada para obtener una pluralidad de matrices de vectores propios; quadmedios para obtener una matriz (816, 160) de conformación de impulsos en base a las matrices de vectores propios; y quadmedios para acondicionar (818, 160, 720) una pluralidad de flujos de símbolos recibidos en base a la matriz de conformación de impulsos para proporcionar una pluralidad de flujos de símbolos recuperados que son estimaciones de símbolos de modulación transmitidos para la transmisión de datos, en el que los símbolos de modulación se preacondicionan en un transmisor antes de su transmisión a través del canal MIMO;

caracterizado porque

los medios de descomposición están adaptados además para descomponer la matriz de respuesta de canal estimada en el dominio de frecuencia; y

los medios de acondicionamiento están adaptados además para acondicionar la pluralidad de flujos en el dominio de tiempo.

23. El aparato según la reivindicación 21, que comprende además:

quadmedios para obtener una pluralidad de ponderaciones en base a una matriz de respuesta de canal estimada para el canal MIMO, en el que las ponderaciones se utilizan para invertir una respuesta de frecuencia del canal MIMO, y en el que la matriz de conformación de impulsos se obtiene además en base a las ponderaciones.

24. El aparato según la reivindicación 23, que comprende además:

quadmedios para descomponer la matriz de respuesta de canal estimada para obtener una pluralidad de matrices de vectores propios y una pluralidad de matrices de valores singulares, y en el que las ponderaciones se obtienen en base a las matrices de valores singulares y la matriz de conformación de impulsos se obtiene además en base a las matrices de vectores propios.

25. El aparato según la reivindicación 23, en el que la matriz de respuesta de canal estimada es descriptiva de una pluralidad de modos propios del canal MIMO.

26. El aparato según la reivindicación 25, en el que un conjunto de ponderaciones se obtiene para cada modo propio utilizado para la transmisión de datos y en el que las ponderaciones de cada conjunto se obtienen para invertir la respuesta de frecuencia del modo propio correspondiente.

27. El aparato según la reivindicación 25, que comprende además:

quadmedios para obtener la pluralidad de valores de escalamiento en base a matrices de valores singulares, en el que los valores de escalamiento se utilizan para ajustar potencias de transmisión para los modos propios del canal MIMO, y en el que la matriz de conformación de impulsos se obtiene además en base a los valores de escalamiento, y en el que además las matrices de valores singulares se obtienen descomponiendo la respuesta de canal estimada.

28. El aparato según la reivindicación 27, en el que los valores de escalamiento se obtienen en base a un análisis de llenado de agua.

29. El aparato según la reivindicación 24, en el que la matriz de respuesta de canal estimada se descompone utilizando una descomposición propia de canal.

30. El aparato según la reivindicación 25, en el que los modos propios asociados con las capacidades de transmisión por debajo de un umbral particular no se utilizan para la transmisión de datos.

31. El aparato según la reivindicación 24, en el que los valores singulares de cada matriz se ordenan en base a su magnitud.

32. El aparato según la reivindicación 25, en el que los valores singulares de cada matriz se ordenan de manera aleatoria de manera que los modos propios del canal MIMO se asocian con capacidades de transmisión aproximadamente iguales.

33. El aparato según la reivindicación 21, en el que la matriz de conformación de impulsos se obtiene para maximizar la capacidad asignando más potencia de transmisión a los modos propios del canal MIMO que presenten mayores capacidades de transmisión.

34. El aparato según la reivindicación 21, en el que la matriz de conformación de impulsos se obtiene para proporcionar relaciones de señal a ruido más interferencia (SNR) recibidas aproximadamente iguales para la pluralidad de flujos de símbolos de modulación en el receptor.

35. El aparato según la reivindicación 21, en el que el esquema de procesamiento particular define un esquema de codificación y de modulación diferente para cada flujo de símbolos de modulación.

36. El aparato según la reivindicación 21, en el que el esquema de procesamiento particular define un esquema de codificación y de modulación común para todos los flujos de símbolos de modulación.

37. El aparato según la reivindicación 22, en el que el acondicionamiento ortogonaliza una pluralidad de flujos de símbolos de modulación transmitidos a través del canal MIMO.

38. El aparato según la reivindicación 22, que comprende además:

quadmedios para desmodular la pluralidad de flujos de símbolos recuperados según uno o más esquemas de desmodulación para proporcionar una pluralidad de flujos de datos desmodulados; y quadmedios para descodificar la pluralidad de flujos de datos desmodulados según uno o más esquemas de descodificación para proporcionar datos descodificados.

39. El aparato según la reivindicación 22, que comprende además:

quadmedios para obtener información de estado de canal (CSI) constituida por la matriz de respuesta de canal estimada para el canal MIMO; y quadmedios para devolver la CSI al transmisor.

40. Un medio legible por ordenador que comprende código que hace que un ordenador lleve a cabo un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18.

41. Un medio legible por ordenador que comprende código que hace que un ordenador lleve a cabo un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 17 y 18 a 20.


 

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