Aparato para codificación espacio-temporal usando símbolos de entrenamiento para proporcionar extensión de rango de transmisión.

Un transmisor inalámbrico (200), para transmitir señales OFDM incluyendo:

un analizador de flujo (216) para dividir a partir de una señal digital una pluralidad de flujos espaciales a transmitirdesde antenas espacialmente separadas;

un codificador de bloques espacio-temporales (222), aquí denominado STBC, para generar un preámbulo paraestimar una función de transferencia de canal y para mapear cada uno de los flujos espaciales a una pluralidad deflujos espacio-temporales cada uno de los cuales incluye datos y dicho preámbulo;

un mapeador espacial (223) para expandir espacialmente cada uno de los flujos espacio-temporales sobre NTxantenas aplicando una matriz de expansión espacial a datos y a campos de entrenamiento largos de datos usadosen el preámbulo para sondear un canal experimentado por los datos para formar NTx cadenas de transmisión yaplicando una matriz de extensión a campos de entrenamiento largos de extensión usados en el preámbulo parasondear al menos una dimensión adicional del canal para permitir el uso de formación de haz para lograr extensiónde rango, donde la matriz de expansión espacial y la matriz de extensión forman una matriz general que tiene almenos dos columnas ortogonales con normas diferentes; y

un extremo delantero analógico (230) para modular los flujos espacio-temporales espacialmente expandidos sobreun soporte inalámbrico.

Aparato para codificación espacio-temporal usando símbolos de entrenamiento para proporcionar extensión de rango de transmisión Campo de la invención La invención se refiere en general a una operación de mapeado espacial para PPDUs de sondeo en un sistema de comunicaciones IEEE 802.11n.

Antecedentes de la invención En los últimos años, la comunicación inalámbrica de datos en entornos domésticos y empresariales ha llegado a ser cada vez más un lugar común, y se ha diseñado y desplegado un número creciente de sistemas de comunicaciones inalámbricas. En particular, el uso de redes inalámbricas se ha convertido en prevalente y los estándares de las redes inalámbricas, tales como IEEE 801.11a e IEEE 801.11g, se han convertido en un lugar común.

El requisito para incrementar las tasas de datos, la capacidad de comunicación y la calidad de los servicios ha conducido a la búsqueda continuada y se han desarrollado nuevas técnicas y estándares para redes inalámbricas. Uno de dichos estándares es el estándar IEEE 801.11n que está actualmente en desarrollo. Se espera que IEEE 801.11n opere en el espectro de frecuencia de 2.4 GHz o 5 GHz y promete tasas de datos de alrededor de 100 Mbps y por encima de la capa MAC. IEEE 801.11n usará muchas técnicas que son similares a los estándares IEEE 801.11a e IEEE 801.11g previamente desarrollados. El estándar es compatible en gran medida con muchas de las características de los estándares anteriores, permitiendo por ello la reutilización de técnicas y circuitería desarrolladas para estos. Por ejemplo, como en los estándares IEEE 801.11a e IEEE 801.11g anteriores, IEEE 801.11n usará modulación de multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) para transmisión por la interfaz de aire.

Los formatos de trama o paquete empleados por los estándares IEEE 801.11 a/g/n se pueden entender con referencia al modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) , que define la aplicación, la presentación, la sesión, el transporte, la red, el enlace de datos y las capas físicas. La capa de enlace de datos incluye una capa de control de enlace lógico (LLC) y una capa de control de acceso al medio. La capa MAC controla cómo acceder a la red, y la capa LLC controla la sincronización de trama, el control de flujo y la verificación de errores. La capa física (PHY) transmite señales por la red. La figura 1 representa las capas LLC, MAC y PHY junto con las tramas IEEE 801.11 a/g/n con las que están asociadas. Como se representa, a cada unidad de datos de servicio MAC (MSDU) o trama 11, recibida de una capa de control de enlace lógico (LLC) 10, se le anexa una cabecera MAC y un trailer de secuencia de verificación de trama (FCS) , en la capa MAC 20, para formar una unidad de datos de protocolo de capa MAC (MPDU) o trama 21. En la capa física, la MPDU es recibida como una unidad de datos de servicio de capa física (PSDU) o trama 22. En la capa física 30, una cabecera de procedimiento de convergencia de capa física (PLCP) , un preámbulo PLCP, y bits de cola y relleno se unen a la trama PSDU 22 para formar una unidad de datos de protocolo de capa física (PPDU) o trama 31 para transmisión en el canal.

Con el fin de mejorar la eficiencia y de lograr las altas tasas de datos, IEEE 801.11n se ha planeado para introducir varias técnicas avanzadas. Por ejemplo, se espera que la comunicación de IEEE 801.11n se base típicamente en una pluralidad de antenas de transmisión y recepción. Además, más bien que proporcionar simplemente diversidad a partir de antenas de transmisión espacialmente separadas, IEEE 801.11n utilizará transmisores que tengan circuitería de transmisión al menos parcialmente separada para cada antena para poder transmitir así señales secundarias diferentes desde cada una de las antenas. Los receptores pueden recibir señales de una pluralidad de antenas de recepción y pueden realizar una detección conjunta teniendo en cuenta el número y las características individuales asociadas con cada una de la pluralidad de antenas de transmisión y antenas de recepción. Específicamente, IEEE 801.11n ha visto la introducción de un Concepto de antena de recepción múltiple-transmisión múltiple (MTMR) que explota las Propiedades de canal de entrada múltiple-salida múltiple (MIMO) para mejorar las prestaciones y la producción. El procesado MIMO opera en unión con información situada en trama o paquete PPDU.

Una clase de técnicas MTMR especificada en IEEE 802.11n es el mapeado espacial. Las técnicas de mapeado espacial incluyen mapeado directo, diversidad de desplazamiento cíclico, formación de haz y técnicas de expansión espacial. En expansión espacial, se transmiten símbolos espaciales expandidos desde antenas espacialmente separadas. La expansión espacial proporciona flujos separados para cada una de las antenas espacialmente separadas. Más específicamente, la expansión o codificación espacial incluye codificar un flujo de símbolos para proporcionar flujos codificados separados para antenas separadas. Cada flujo codificado es distinto. Por ejemplo, se puede imponer retardos diferenciales sobre flujos diferentes imponiendo diferentes rotaciones de fase en las muestras de cada uno de los flujos.

Las técnicas de mapeado espacial pueden ser usadas para proporcionar extensión de rango, es decir, para lograr una relación de señal a ruido más alta en el receptor, permitiendo así que los datos sean descodificados

adecuadamente a mayor distancia del transmisor. Una forma de proporcionar extensión de rango usa procesado de bucle abierto, en el que el transmisor no tiene ningún conocimiento con relación al estado del canal por el que se transmite la señal. La expansión espacial es una técnica de mapeado espacial que emplea procesado de bucle abierto. Alternativamente, se puede emplear procesado de bucle cerrado, en el que el receptor proporciona al transmisor información de estado de canal que puede ser usada para aumentar más la relación de señal a ruido de la señal recibida. Un ejemplo de una técnica de mapeado espacial que emplea procesado de bucle cerrado es la formación de haz.

Un problema que surge cuando se aplican técnicas de mapeado espacial a tramas PPDU IEEE 801.11n es que no se puede aplicar técnicas de expansión espacial de rango largo a PPDUs de sondeo, limitando así el rango de las futuras transmisiones usando formación de haz. Este problema surge porque las PPDUs de sondeo no cumplen los requisitos del estándar IEEE 801.11n, que especifica que la matriz de mapeado espacial deberá estar formada por columnas ortogonales con la misma norma.

WO 2006/029050 describe un método de ensanchamiento espacial con esquemas de diversidad de transmisión de espacio-tiempo y espacio-frecuencia para un sistema de comunicaciones inalámbricas.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 representa las capas LLC, MAC y PHY del modelo OSI, junto con las tramas IEEE 801.11 a/g/n con las que están asociadas.

La figura 2 representa el preámbulo de capa física convencional según los estándares IEEE 802.11a/g.

La figura 3 representa un preámbulo de capa física de modo mezclado en el que coexisten dispositivos 802.11a/g y 802.11n.

La figura 4 representa un preámbulo de capa física de campo verde en el que solamente pueden operar dispositivos 802.11n.

La figura 5 representa un ejemplo de un transmisor MIMO.

La figura 6 representa las porciones pertinentes del transmisor MIMO ilustrado en la figura 5 que generan los DLTFs y ELTFs así como la porción de datos del paquete PPDU.

La figura 7 muestra un número de esquemas de expansión espacial ilustrativos para uso con PPDUs de sondeo de rango largo.

La figura 8 es un diagrama de flujo que representa un ejemplo de los pasos pertinentes realizados por un transmisor y receptor MIMO al usar PPDUs de sondeo tal como se representa en la figura 7.

Descripción detallada Como se detalla más adelante, se facilitan técnicas concretas de antena múltiple para incrementar el rango en un sistema de comunicación IEEE 802.11 n. Este aumento se logra adquiriendo información relativa a las características del canal que se esté usando. Las técnicas de antena múltiple facilitan la adquisición de dicha información de canal.

Las técnicas aquí descritas se pueden emplear en una variedad de diferentes métodos de comunicación y dispositivos que utilizan multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) . En general, OFDM es un esquema de modulación orientado a bloque que mapea un número de puntos de constelación de datos sobre un número de portadoras ortogonales separadas en frecuencia por BW/N, donde BW es la anchura de banda del símbolo OFDM y N es el número de tonos en... [Seguir leyendo]

1. Un transmisor inalámbrico (200) , para transmitir señales OFDM incluyendo:

un analizador de flujo (216) para dividir a partir de una señal digital una pluralidad de flujos espaciales a transmitir desde antenas espacialmente separadas;

un codificador de bloques espacio-temporales (222) , aquí denominado STBC, para generar un preámbulo para estimar una función de transferencia de canal y para mapear cada uno de los flujos espaciales a una pluralidad de 10 flujos espacio-temporales cada uno de los cuales incluye datos y dicho preámbulo;

un mapeador espacial (223) para expandir espacialmente cada uno de los flujos espacio-temporales sobre NTx antenas aplicando una matriz de expansión espacial a datos y a campos de entrenamiento largos de datos usados en el preámbulo para sondear un canal experimentado por los datos para formar NTx cadenas de transmisión y

aplicando una matriz de extensión a campos de entrenamiento largos de extensión usados en el preámbulo para sondear al menos una dimensión adicional del canal para permitir el uso de formación de haz para lograr extensión de rango, donde la matriz de expansión espacial y la matriz de extensión forman una matriz general que tiene al menos dos columnas ortogonales con normas diferentes; y

un extremo delantero analógico (230) para modular los flujos espacio-temporales espacialmente expandidos sobre un soporte inalámbrico.

2. El transmisor inalámbrico (200) de la reivindicación 1, donde el número de flujos espacio-temporales es igual a 2 y

el número de cadenas de transmisión es igual a 3, y donde la matriz de expansión espacial QD y la matriz de 25 extensión QE son las siguientes:

donde ΔF es la espaciación de frecuencias de subportadora y τCS está relacionado con un retardo aplicado a una cadena de transmisión.

4. El transmisor inalámbrico (200) de la reivindicación 1, donde el STBC (222) está configurado además para aplicar desplazamientos cíclicos a cada cadena de transmisión.