SISTEMA DE ACCESO MULTIPLE POR DIVISION DE FRECUENCIAS EN UNA SOLA PORTADORA (SCFDMA) BASADO EN LA FORMACION DE HAZ DE MULTIPLES ENTRADAS Y MULTIPLES SALIDAS(MIMO).

Un sistema de acceso múltiple por división de frecuencia en una portadora única SC-FDMA en el que una parte de una pluralidad de subportadoras es asignada a un transmisor y a un receptor para comunicación,

comprendiendo el sistema: un transmisor de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) que comprende: un primer conjunto de unidades de transformada rápida de Fourier (FFT), (106a....106n) para realizar una FFT en datos para la transmisión para generar datos de dominio de frecuencias; una pluralidad de unidades de correspondencia de subportadora (110a...110n) para tratar en correspondencia datos para transmisión de dominio de frecuencias sobre las subportadoras asignadas para el transmisor MIMO y un receptor MIMO; un primer conjunto unidades de transformada inversa de Fourier (IFFT), (114a...114n) para realizar una IFFT sobre datos de transmisión tratados en correspondencia a las subportadoras asignadas para generar datos de transmisión de dominio de tiempo; y una pluralidad de antenas de transmisión (118a a 118n) para transmitir los datos de transmisión de dominio de tiempo; y comprendiendo el receptor MIMO: una pluralidad de antenas de recepción (202a...202n) para recibir los datos de transmisión de dominio de tiempo transmitidos y generar múltiples corrientes de datos recibidos; un segundo conjunto de unidades FFT (206a...206n) para realizar una FFT sobre datos recibidos para generar datos recibidos de dominio de frecuencias; una pluralidad de unidades para deshacer la correspondencia de subportadora (208a...208n) para extraer datos tratados en correspondencia sobre las subportadoras asignadas; al menos un estimador de canal (214) para realizar una estimación de canal para canales MIMO entre el transmisor y el receptor para generar una matriz de canal; una unidad (216) de descomposición de matriz de canal para descomponer la matriz de canal en una matriz diagonal D y matrices unitarias U y V H , en el que un superíndice H indica una traspuesta de Hermitian; una unidad (218) de diagonalización de canal y formación de haz destinada a equilibrar una distorsión de canal aplicando una de las matrices U H o VD -11 U H a los datos recibidos de frecuencias extraídos; y un segundo conjunto de unidades IFFT (220a...220n) para realizar una IFFT sobre los datos ecualizados para generar datos recibidos de dominio del tiempo

Sistema de acceso múltiple por división de frecuencias en una sola portadora (SC-FDMA) basado en la formación de haz de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO).

Campo del invento

El presente invento se refiere a un sistema de comunicación inalámbrica. Más particularmente, el presente invento está relacionado con un sistema de acceso múltiple por división de frecuencias en una sola portadora (SC-FDMA) basado en la formación de haz de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO).

Antecedentes

El proyecto de asociación de tercera generación (3GPP) y 3GPP2 están actualmente considerando una evolución a largo plazo (LTE) del acceso por radio terrestre (UTRA) del sistema de telecomunicación móvil universal (UMTS). Actualmente, SC-FDMA está siendo considerado para el ULTRA evolucionado (E-UTRA).

En un SC-FDMA, una pluralidad de subportadoras ortogonales son divididas en una pluralidad de bloques de subportadoras (también conocidos como "bloques de recursos"). Un bloque de subportadoras puede ser un bloque de subportadoras localizadas o un bloque de subportadoras distribuidas. El bloque de subportadoras localizadas es definido como un conjunto de varias subportadoras consecutivas y el bloque de subportadoras distribuidas es definido como un conjunto de varias subportadoras no consecutivas. Un bloque de subportadoras es una unidad de programación básica para transmisiones de enlace ascendente en un sistema SC-FDMA. Dependiendo de una tasa de datos o de un estado de memoria tampón, al menos un bloque de subportadoras es asignado para una unidad de transmisión/recepción inalámbrica (WTRU) para transmisión.

MIMO se refiere al tipo de esquema de transmisión y recepción inalámbricas donde tanto un transmisor como un receptor emplean más de una antena. Un sistema MIMO adquiere ventaja de la diversidad espacial o multiplexado espacial para mejorar la relación de señal-ruido (SNR) y aumenta la salida.

Sumario

El presente invento se refiere a un sistema SC-FDMA basado en formación de haz MIMO que incluye un transmisor y un receptor. En el transmisor, una transformada rápida de Fourier (FFT) es realizada sobre datos para transmisión para generar datos de transmisión de dominio de frecuencias. Unidades de tratado en correspondencia o "mapeado" de subportadoras hacen corresponder los datos de transmisión de dominio de frecuencias a subportadoras asignadas. Una transformada inversa de Fourier (IFFT) es efectuada sobre los datos de transmisión que se han tratado en correspondencia a las subportadoras asignadas para generar datos de transmisión de dominio de tiempo, y los datos de transmisión de dominio de tiempo son a continuación transmitidos a través de múltiples antenas. En el receptor, los datos transmitidos son detectados por una pluralidad de antenas receptoras. Una FFT es realizada sobre datos recibidos para generar datos recibidos de dominio de frecuencias. Las unidades para deshacer la correspondencia o "desmapear" de las subportadoras en el receptor extraen datos tratados en correspondencia sobre la subportadora asignada. Un estimador de canal en el receptor genera una matriz de canal y una unidad de descomposición de valor singular (SVD) descompone la matriz de canal en U, D y V^H matrices. Una unidad de diagonalización y formación de haz del canal en el receptor ecualiza entonces una distorsión e interferencia del canal entre antenas de transmisión y de recepción basado en matrices de canal descompuestas a los datos recibidos de dominio de frecuencias extraídos.

El documento entrelazado FDMA - Un Nuevo Esquema de Acceso Múltiple de Espectro Spreach, Uli Sorber, Isabella De Broeck, y Mickael Schrell, ICC '98, muestra un caso especial de SC-FDMA en el que el transmisor puede modular la señal estrictamente en el dominio de tiempo sin el uso de una FFT y una IFFT.

Breve descripción de los dibujos

La fig. 1 es un diagrama de bloques de un transmisor configurado de acuerdo con el presente invento.

La fig. 2 es un diagrama de bloques de un receptor configurado de acuerdo con el presente invento.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Con referencia a lo que sigue, la terminología "WTRU" incluye, pero no está limitada a, un equipo de usuario (UE), una estación móvil, una unidad de abonado fija o móvil, o cualquier otro tipo de dispositivo capaz de funcionar en un entorno inalámbrico. Con referencia a lo que figura a continuación, la terminología "estación de base" incluye, pero no está limitada a, un Nodo B, un controlador de zona, un punto de acceso (AP) o cualquier otro tipo de dispositivo de enlace en un entorno inalámbrico. El presente invento puede ser puesto en práctica en una WTRU o en una estación de base.

Las características del presente invento pueden ser incorporadas en un circuito integrado (IC) o ser configuradas en un circuito que comprende una multitud de componentes de interconexión.

La fig. 1 es un diagrama de bloques de un transmisor 100 configurado de acuerdo con el presente invento. Debería observarse que la fig. 1 es proporcionada como un ejemplo y las funciones realizadas por los componentes mostrados en la fig. 1 pueden ser realizadas por más o menos componentes físicos. El transmisor 100 incluye codificadores 102a-102n, moduladores 104a-104n, unidades de transformada rápida de Fourier (FFT) 106a-106n, filtros de conformación de impulsos 108a-108n, unidades de mapeo de subportadora 110a-110n, un formador de haz 112 (opcional), unidades de FFT inversas (IFFT) 114a-114n, unidades de inserción de prefijo cíclico (CP) 116a-116n, y múltiples antenas 118a-118n para MIMO.

Los datos 101a-101n para transmisión son codificados por los codificadores 102a-102n. Debería observarse que el transmisor 100 puede incluir sólo un codificador dependiendo de la configuración del sistema. Los datos de entrada codificados 103a-103n son modulados por los moduladores 104a-104n, respectivamente, de acuerdo con un esquema de modulación. Los datos de entrada modulados 105a-105n son procesados por las unidades de FFT 106a-106n para ser convertidos en datos de dominio de frecuencias 107a-107n respectivamente. Los datos de dominio de frecuencias 107a-107n son procesados a través de los filtros de conformación de impulsos 108a-108n de, respectivamente. Después del tratamiento por los filtros de conformación de impulsos 108a-108n, los datos de dominio de frecuencias 107a-107n son tratados en correspondencia a subportadoras asignadas por las unidades de correspondencia de la subportadora 110a-110n, respectivamente. Los datos tratados en correspondencia de la subportadora 111a-111n pueden ser procesados opcionalmente con una matriz de formación de haz de transmisión y/o un factor de escalado de 120 por el formador de haz 112, lo que será explicado en detalle a continuación.

Los datos tratados en correspondencia de la subportadora 111a-111n, (o datos 113a-113n procesados por el formador de haz 112), son a continuación procesados por las unidades de IFFT 114a-114n para ser convertidos en datos de dominio de tiempo 115a-115n, respectivamente. Un CP es a continuación añadido a los datos de dominio de tiempo 115a-115n por las unidades de inserción de CP 116a-116n y transmitidos a través de las antenas 118a-118n, respectivamente.

La fig. 2 es un diagrama de bloques de un receptor 200 configurado de acuerdo con al presente invento. Debería observarse que la fig. 2 es proporcionada como un ejemplo y las funciones realizadas por los componentes mostrados en la fig. 2 pueden ser realizadas por más o menos componentes físicos. El receptor 200 incluye múltiples antenas 202a-202n, unidades de eliminación de CP 204a-204n, unidades de IFFT 206a-206n, unidades de deshacer la correspondencia de subportadora 208a-208n, un controlador 210, filtros de conformación de impulsos 212a-212n, un estimador de canal 214, una unidad 216 de descomposición de valor singular (SVD), una unidad 218 de diagonalización y formación de haz, unidades de IFFT 220a-220n, desmoduladores 222a-222n, y descodificadores 224a-224n.

Las señales trasmitidas desde el transmisor 100 son detectadas por las múltiples antenas 202a-202n y son generadas múltiples corrientes de datos recibidos 203a-203n. Cada corriente de datos recibidos 203a-203n es procesada por la unidad de eliminación de CP 204a-204n, respectivamente para eliminar el CP que está insertado en el transmisor 100.

Después de eliminar el CP, las corrientes de datos recibidos 205a-205n son enviadas a las unidades FFT 206a-206n para ser convertidas a datos de dominio de frecuencias 207a-207n,...

1. Un sistema de acceso múltiple por división de frecuencia en una portadora única SC-FDMA en el que una parte de una pluralidad de subportadoras es asignada a un transmisor y a un receptor para comunicación, comprendiendo el sistema: un transmisor de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) que comprende: un primer conjunto de unidades de transformada rápida de Fourier (FFT), (106a....106n) para realizar una FFT en datos para la transmisión para generar datos de dominio de frecuencias; una pluralidad de unidades de correspondencia de subportadora (110a...110n) para tratar en correspondencia datos para transmisión de dominio de frecuencias sobre las subportadoras asignadas para el transmisor MIMO y un receptor MIMO; un primer conjunto unidades de transformada inversa de Fourier (IFFT), (114a...114n) para realizar una IFFT sobre datos de transmisión tratados en correspondencia a las subportadoras asignadas para generar datos de transmisión de dominio de tiempo; y una pluralidad de antenas de transmisión (118a a 118n) para transmitir los datos de transmisión de dominio de tiempo; y comprendiendo el receptor MIMO: una pluralidad de antenas de recepción (202a...202n) para recibir los datos de transmisión de dominio de tiempo transmitidos y generar múltiples corrientes de datos recibidos; un segundo conjunto de unidades FFT (206a...206n) para realizar una FFT sobre datos recibidos para generar datos recibidos de dominio de frecuencias; una pluralidad de unidades para deshacer la correspondencia de subportadora (208a...208n) para extraer datos tratados en correspondencia sobre las subportadoras asignadas; al menos un estimador de canal (214) para realizar una estimación de canal para canales MIMO entre el transmisor y el receptor para generar una matriz de canal; una unidad (216) de descomposición de matriz de canal para descomponer la matriz de canal en una matriz diagonal D y matrices unitarias U y V^H, en el que un superíndice H indica una traspuesta de Hermitian; una unidad (218) de diagonalización de canal y formación de haz destinada a equilibrar una distorsión de canal aplicando una de las matrices U^H o VD^-1U^H a los datos recibidos de frecuencias extraídos; y un segundo conjunto de unidades IFFT (220a...220n) para realizar una IFFT sobre los datos ecualizados para generar datos recibidos de dominio del tiempo.

2. El sistema según la reivindicación 1ª en el que la unidad de diagonalización y formación de haz ecualiza la distorsión de canal basado en una solución que fuerza a cero.

3. El sistema según la reivindicación 1ª en el que la unidad de diagonalización y formación de haz ecualiza la distorsión de canal basado en una solución de error cuadrático mínimo medio MMSE.

4. El sistema según la reivindicación 1ª en el que el transmisor comprende además: un formador de haz para realizar una formación de haz de transmisión aplicando la matriz V a los datos de transmisión de dominio de frecuencia.

5. El sistema según la reivindicación 4ª en el que el transmisor obtiene la matriz V del receptor.

6. El sistema según la reivindicación 4ª en el que el transmisor comprende además: un segundo estimador de canal para realizar una estimación de canal para obtener la matriz V basada en la reciprocidad del canal.

7. El sistema según la reivindicación 4ª en el que el formador de haz aplica un factor de escalado.

8. El sistema según la reivindicación 7ª en el que el factor de escalado es una matriz D inversa.

9. El sistema según la reivindicación 7ª en el que el factor de escalado es generado basado en la matriz D y en una varianza de ruido.

10. El sistema según la reivindicación 1ª en el que las subportadoras asignadas al receptor son un bloque de subportadoras localizadas.

11. El sistema según la reivindicación 1ª en el que las subportadoras asignadas al receptor son un conjunto de subportadoras distribuidas.

12. El sistema según la reivindicación 1ª en el que el transmisor comprende además una unidad de inserción de prefijo cíclico CP, para insertar un CP en los datos de transmisión de dominio de tiempo, y el receptor comprende además una unidad de eliminación del CP para eliminar el CP de los datos recibidos.

13. El sistema según la reivindicación 1ª en el que el receptor comprende además un controlador para generar una señal de control que indica que las subportadoras que están asignadas al receptor, por las que las unidades para deshacer la correspondencia de las subportadoras extraen los datos particulares tratados en correspondencia sobre las subportadoras basado en la señal de control.

14. El sistema según la reivindicación 1ª en el que la unidad de descomposición de matriz de canal es una unidad de descomposición de valor singular SVD.

15. El sistema según la reivindicación 1ª en el que la unidad de descomposición de matriz de canal es una unidad de descomposición de valor propio EVD.

16. El sistema según la reivindicación 1ª en el que el transmisor es una unidad de transmisión/recepción inalámbrica, WTRU, y el receptor es una estación base.

17. El sistema según la reivindicación 1ª en el que el transmisor es una estación base y el receptor es una unidad de transmisión/recepción inalámbrica WTRU.

18. En un sistema de acceso múltiple por división de frecuencia en una sola portadora SC-FDMA, en el que una parte de una pluralidad de subportadoras es asignada a un transmisor y a un receptor para comunicación, un método de formación de haz de múltiples entradas y múltiples salidas, MIMO, comprendiendo el método: el transmisor que realiza la transformada rápida de Fourier FFT, sobre los datos para transmisión para generar datos de dominio de frecuencias; el transmisor que trata en correspondencia los datos de transmisión de dominio de frecuencias a subportadoras asignadas para el transmisor y el receptor; el transmisor que realiza la transformada rápida inversa de Fourier, IFFT, sobre los datos de transmisión tratados en correspondencia a las subportadoras asignadas para generar datos de transmisión de dominio de tiempo; el transmisor que trasmite los datos de transmisión de dominio de tiempo a través de múltiples antenas; el receptor que recibe los datos de transmisión de dominio del tiempo trasmitidos y que genera múltiples corrientes de datos recibidos; el receptor que realiza la FFT sobre los datos recibidos para general datos recibidos del dominio de frecuencias; el receptor que extrae datos tratados en correspondencia sobre las subportadoras asignadas; el receptor que realiza una estimación de canal de los canales MIMO entre el transmisor y el receptor para generar una matriz de canal; el receptor que descompone la matriz de canal en una matriz diagonal D y matrices unitarias U y V^H, en el que un superíndice H indica una transpuesta de Hermitian; el receptor que ecualiza una distorsión de canal aplicando o bien la matriz U^H o VD^-1U^H sobre los datos recibidos de dominio de frecuencia extraídos; y el receptor que realiza una IFFT sobre datos ecualizados para generar datos recibidos de dominio de tiempo.

19. El método según la reivindicación 18ª en el que la distorsión de canal es ecualizada basada en una solución que fuerza a cero.

20. El método según la reivindicación 18ª en el que la distorsión del canal es ecualizada basado en una solución de error cuadrático mínimo medio, MMSE.

21. El método según la reivindicación 18ª, que comprende además: del transmisor que realiza una formación de haz de transmisión aplicando la matriz V a los datos de transmisión de dominio de frecuencia.

22. El método según la reivindicación 21ª en el que el transmisor obtiene la matriz V del receptor.

23. El método según la reivindicación 21ª que comprende además: el transmisor que realiza la estimación del canal para obtener la matriz V basado en la reciprocidad del canal.

24. El método según la reivindicación 21ª que comprende además: el transmisor que aplica un factor de escalado a los datos de transmisión de dominio de frecuencias.

25. El método según la reivindicación 24ª en el que el factor de escalado es una matriz D inversa.

26. El método según la reivindicación 24ª en el que el factor de escalado es generado basado en la matriz D y en una varianza de ruido.

27. El método según la reivindicación 18ª en el que las subportadoras asignadas al receptor son un bloque de subportadoras localizadas.

28. El método según la reivindicación 18ª en el que las subportadoras asignadas al receptor son un conjunto de subportadoras distribuidas.

29. El método según la reivindicación 18ª que comprende además: el transmisor que inserta un prefijo cíclico, CP, en los datos de transmisión de dominio del tiempo; y el receptor que elimina el CP de los datos recibidos.

30. El método según la reivindicación 18ª que comprende además: el receptor que genera la señal de control que indica las subportadoras que están asignadas al receptor, por lo que los datos tratados en correspondencia sobre las subportadoras asignadas son extraídos basado en la señal de control.

31. El método según la reivindicación 18ª en el que la matriz de canal es descompuesta realizando una descomposición de valor singular, SVD.

32. El método según la reivindicación 18ª en el que la matriz de canal es descompuesta realizando una descomposición de valor propio EVD.

33. Un transmisor de múltiples entradas y múltiples salidas MIMO, para usar en un sistema de acceso múltiple por división de frecuencia en una sola portadora SC-FDMA en el que una parte de una pluralidad de subportadoras está asignada a un transmisor y a un receptor para comunicación, comprendiendo el transmisor: un primer conjunto de unidades de transformada rápida de Fourier (FFT), (106a....106n) para realizar una FFT sobre datos para transmisión para generar datos de dominio de frecuencias; una pluralidad de unidades de correspondencia de subportadoras (110a...110n) para tratar en correspondencia los datos de transmisión de dominio de frecuencias sobre subportadoras asignadas para el transmisor; un primer conjunto de unidades de transformada rápida inversa de Fourier (IFFT), (114a...114n) para realizar una IFFT sobre datos de transmisión tratados en correspondencia a las subportadoras asignadas para generar datos de transmisión de dominio de tiempo; y una pluralidad de antenas de transmisión (118a...118n) para transmitir los datos de transmisión de dominio de tiempo.

34. Un transmisor de múltiples entradas y múltiples salidas MIMO, para usar en un sistema de acceso múltiple por división de frecuencias en una sola portadora SC-FDMA en el que una parte de una pluralidad de subportadoras está asignada a un transmisor y a un receptor para comunicación, comprendiendo el receptor: una pluralidad de antenas de recepción (202a...202n) para recibir los datos de transmisión de dominio de tiempo transmitidos y generar múltiples corrientes de datos recibidos; un segundo conjunto de unidades de FFT (206a...206n) para realizar una FFT sobre datos recibidos para generar datos recibidos de dominio de frecuencia; una pluralidad de unidades para deshacer la correspondencia de subportadoras (208a...208n) para extraer datos tratados en correspondencia sobre las portadoras asignadas; al menos un estimador de canal (214) para realizar una estimación de canal para canales MIMO entre el transmisores y el receptor para generar una matriz de canal; una unidad (216) de descomposición de matriz de canal para descomponer la matriz de canal en una matriz diagonal D y matrices unitarias U y V^H, en el que un superíndice H indica una transpuesta de Hermitian; una unidad (218) de diagonalización de canal y formación de haz para ecualizar una distorsión de canal aplicando cualquiera de las matrices U^H o VD^-1U^H a los datos recibidos de dominio de frecuencia extraídos; y un segundo conjunto de unidades FFT (220a...220n) para realizar una IFFT sobre los datos ecualizados para generar datos recibidos de dominio del tiempo.