Aparato para transmitir y recibir datos para proporcionar una comunicación de datos de alta velocidad y método para ello.

Un método para un transmisor que tiene múltiples antenas para generar una trama para transmitir datos,

comprendiendo el método:

generar un preámbulo corto (S160) que incluye información de sincronización;

generar dos o más preámbulos largos (S160) situados subsiguientes al preámbulo corto;

generar un símbolo de datos situado subsiguiente a los preámbulos largos; y

generar un símbolo de señal (S161) situado entre un primer preámbulo largo y un segundo preámbulo largo, en el que el símbolo de señal incluye información sobre velocidad de codificación, y modulación,

en el que los dos o más preámbulos largos incluyen información de estimación de canal que es necesaria para que un receptor demodule el símbolo de datos,

caracterizado porque

los datos se dividen y se introducen en dos o más codificadores de convolución, y se codifican por los codificadores (2031, ... , 203L) de convolución,

el símbolo de señal incluye información sobre codificación espacio-temporal por bloques, y

el primer preámbulo largo está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 1,6 μl segundo preámbulo largo incluye dos preámbulos largos T1, T2 donde cada uno de los dos preámbulos largos T1, T2 está precedido respectivamente por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0,8 μ el símbolo de datos está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0,8 μ

Aparato para transmitir y recibir datos para proporcionar una comunicación de datos de alta velocidad y método para ello

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

(a) Campo de la invención La presente invención se refiere a un aparato para transmitir y recibir datos en comunicación de datos de radio. Más específicamente, la presente invención se refiere a un aparato compatible con un sistema de comunicación de red de área local inalámbrica convencional, para transmitir y recibir datos a alta velocidad y a un método para ello. Además, la presente invención se refiere a un sistema de comunicación inalámbrica para aumentar las tasas de transmisión de datos desde 54 Mbps, que ha sido una tasa de transmisión de datos máxima en el sistema de comunicación de red de área local inalámbrica convencional, hasta cientos de Mbps.

(b) Descripción de la técnica relacionada En el sistema de red de área local (LAN) inalámbrica de IEEE 802.11a convencional que usa un método de multiplexación por división de frecuencia ortogonal, un ancho de banda de 20 MHz se divide en 64 subportadoras, y se usan 52 subportadoras de las 64 subportadoras para transmitir datos y símbolos piloto. Es decir, los datos se transmiten a una velocidad máxima de 54 Mbps usando una única antena y el ancho de banda de 20 MHz.

La presente invención proporciona un aparato para transmitir y recibir datos a la vez que es compatible con el método de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) de IEEE 802.11a convencional. El aparato usa múltiples antenas y una pluralidad de anchos de banda de 20 MHz para conseguir una alta tasa de transmisión de datos.

En respuesta a la demanda de transmisión de datos multimedia de alta velocidad, se han desarrollado diversas aplicaciones prácticas que requieren un rendimiento de más de 100 Mbps. Sin embargo, incluso el sistema de LAN inalámbrica que tiene el mayor rendimiento de los sistemas de comunicación inalámbrica actuales no ofrece un rendimiento de más de 25 Mbps. Por tanto la presente invención sugiere un sistema que ofrece una tasa de transmisión de datos que es cuatro veces más rápida que el sistema de IEEE 802.11a convencional, o más.

En detalle, la presente invención sugiere una configuración en la que un número de antenas y anchos de banda se controlan de manera sistemática y una tasa de transmisión de datos máxima se controla según las características de un sistema. La presente invención también sugiere un método para proporcionar compatibilidad con el sistema convencional.

La Fig. 1 muestra un diagrama de bloques para representar un sistema para transmitir y recibir datos en la LAN inalámbrica convencional.

En el sistema de IEEE 802.11a convencional mostrado en la Fig. 1, un ancho de banda de 20 MHz se divide en 64 subportadoras. De entre las 64 subportadoras, se usan 48 subportadoras para transmisión de datos, se usan 4 subportadoras para transmisión de símbolos piloto, y no se usan una subportadora de DC y las otras 11 subportadoras.

Para transmitir los datos se usan un código convolucional que tiene 1/2, 2/3 y 3/4 tasas de transmisión de códigos, modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK) , modulación por desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK) , modulación de amplitud en cuadratura (QAM) 16 y modulación de amplitud en cuadratura (QAM) 64.

En el sistema mostrado en la Fig. 1, cuando una unidad 101 de origen genera datos binarios, los datos binarios se proporcionan a un encriptador 102 para aleatorizar una permutación de los datos binarios.

Un codificador 103 de convolución realiza una codificación de canal según una tasa de transmisión de códigos y una modulación determinada por una tasa de transmisión de datos deseada, y un mapeador 105 realiza una modulación para mapear la permutación de datos previa con una permutación de símbolos complejos.

Un entrelazador 104 previsto entre el codificador 103 de convolución y el mapeador 105 entrelaza la permutación de datos según una regla predeterminada. El mapeador 105 establece la permutación de números complejos para que sea un grupo de 48, y un asignador 107 de subportadora forma 48 componentes de datos y 4 componentes piloto.

Una unidad 108 de transformada rápida inversa de Fourier de 64 valores (64-IFFT) realiza una transformada rápida inversa de Fourier sobre los 48 datos y 4 componentes piloto para formar un símbolo de OFDM.

Un sumador 109 de prefijo cíclico añade un prefijo cíclico que es un intervalo de guardia al símbolo de OFDM.

Una unidad 110 de transmisión de radiofrecuencia (RF) transmite una trama de transmisión formada por la configuración anterior en una frecuencia de portadora. Una unidad 112 de recepción de RF recibe la señal de transmisión (la trama de transmisión transmitida en la frecuencia de portadora) a través de un canal 111 de radio. El canal 111 de radio incluye un canal de desvanecimiento de múltiples trayectorias y ruido gaussiano añadido desde un terminal de recepción.

La unidad 112 de recepción de RF del terminal de recepción recibe la señal distorsionada que pasa por el canal 111 de radio, y convierte de manera descendente la señal transmitida en la frecuencia de portadora en una señal de banda base de una manera opuesta ejecutado por la unidad 110 de transmisión de RF del terminal de transmisión.

Un eliminador 113 de prefijo cíclico elimina el prefijo cíclico añadido en un transmisor. Una unidad 114 de transformada rápida de Fourier de 64 valores (64-FFT) convierte un símbolo de OFDM recibido en una señal de un dominio de frecuencia realizando una operación de FFT.

Un extractor 115 de subportadora transmite los 48 símbolos complejos que corresponden a la subportadora de datos entre 64 salidas a una unidad 117 de ecualización y seguimiento, y transmite las 4 subportadoras que corresponden al piloto a un estimador 116 de parámetros de ecualización y seguimiento.

El estimador 116 de parámetros de ecualización y seguimiento estima un cambio de fase provocado por errores de frecuencia y tiempo usando los símbolos conocidos, y transmite un resultado de estimación a la unidad 117 de ecualización y seguimiento.

La unidad 117 de ecualización y seguimiento usa el resultado de estimación anterior para realizar una operación de seguimiento. La unidad 117 de ecualización y seguimiento también realiza una operación de ecualización de canal en el dominio de frecuencia para ecualizar una distorsión de canal en el dominio de frecuencia además del proceso de seguimiento.

Un demapeador 118 realiza una operación de decisión firme para convertir el número complejo de salida después de la operación de ecualización y seguimiento de canal en los datos binarios, o realiza una decisión programada para convertir el número complejo de salida en un número real. Un desentrelazador 119 desentrelaza los datos en un proceso inverso del entrelazador 104, y un decodificador 120 de Viterbi realiza la decodificación del código de convolución para corregir errores y restablecer los datos transmitidos.

Un desencriptador 121 aleatoriza los datos transmitidos desde la unidad de origen de una manera similar del encriptador 102 y transmite los datos recibidos a una unidad 122 de sumidero.

El sistema de LAN inalámbrica convencional mostrado en la Fig. 1 tiene límites de tasa de transmisión de datos y rendimiento, y por tanto el sistema es difícil de aplicar a un servicio que requiera una alta tasa de transmisión de datos tal como un servicio de imágenes en movimiento de alta calidad.

Anteriormente los sistemas que usan múltiples anchos de banda y antenas para proporcionar una tasa de transmisión de datos de alta velocidad no han sido compatibles con el sistema de transmisión y recepción convencional

Por ejemplo, en el documento “Preamble Design for Multiple-Antenna OFDM-based WLANs with Null Subcarriers” en proc. of IEEE Signal Processing letter, vol. 8, n.º 11, noviembre de 2001, Erik G. Larsson y Jian Li proponen proporcionar múltiples antenas al transmisor y al receptor con el fin de cumplir con las demandas de tasas de transmisión de datos aumentadas en WLAN y considerar el diseño de preámbulos óptimos para tal sistema con dos antenas de transmisión y múltiples antenas de recepción. Se propone modificar los preámbulos de manera que los preámbulos transmitidos en las dos antenas de transmisión sean diferentes entre sí y cumplan con ciertas condiciones. Por tanto, tal sistema no es retrocompatible con el sistema convencional que tiene sólo una antena de transmisión.

En el documento “A MIMO system with backward compatibility for OFDM based WLANs” en proc.... [Seguir leyendo]

1. Un método para un transmisor que tiene múltiples antenas para generar una trama para transmitir datos, comprendiendo el método: generar un preámbulo corto (S160) que incluye información de sincronización; generar dos o más preámbulos largos (S160) situados subsiguientes al preámbulo corto;

generar un símbolo de datos situado subsiguiente a los preámbulos largos; y generar un símbolo de señal (S161) situado entre un primer preámbulo largo y un segundo preámbulo largo,

en el que el símbolo de señal incluye información sobre velocidad de codificación, y modulación, en el que los dos o más preámbulos largos incluyen información de estimación de canal que es necesaria para que un receptor demodule el símbolo de datos,

caracterizado porque los datos se dividen y se introducen en dos o más codificadores de convolución, y se codifican por los codificadores (2031, ... , 203L) de convolución,

el símbolo de señal incluye información sobre codificación espacio-temporal por bloques, y

el primer preámbulo largo está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 1, 6 !s, el segundo preámbulo largo incluye dos preámbulos largos T1, T2 donde cada uno de los dos preámbulos largos T1, T2 está precedido respectivamente por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s, y el símbolo de datos está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el número de los dos o más preámbulos largos corresponde al número de flujos de datos que se transmiten a las múltiples antenas.

3. El método según la reivindicación 1, en el que la generación de los dos o más preámbulos largos comprende:

generar cada uno de los dos o más preámbulos largos transformando un preámbulo largo básico.

4. El método según la reivindicación 3, en el que el número de las múltiples antenas es dos, y las múltiples antenas incluyen una primera antena y una segunda antena, y en el que la generación de cada uno de los dos o más preámbulos largos comprende: generar el primer preámbulo largo de la primera antena con subportadoras pares del preámbulo largo básico; generar el segundo preámbulo largo de la primera antena con subportadoras impares del preámbulo largo básico;

generar el primer preámbulo largo de la segunda antena con subportadoras impares del preámbulo largo

básico; y generar el segundo preámbulo largo de la segunda antena con subportadoras pares del preámbulo largo básico.

5. El método según la reivindicación 4, en el que la generación del símbolo de datos comprende: dividir datos de origen en una pluralidad de bandas (S100) ; realizar una codificación de corrección de errores con los datos de origen divididos para generar datos codificados (S110) ;

entrelazar los datos codificados para generar datos entrelazados (S120) ; mapear los datos entrelazados con símbolos complejos (S120) ; dividir los símbolos complejos según las múltiples antenas (S130) ; y asignar subportadoras a los símbolos complejos y realizar una transformada inversa de Fourier para cada

múltiple antena para generar el símbolo de datos (S140) .

6. El método según la reivindicación 5, en el que la división de los símbolos complejos comprende:

realizar una codificación espacio-temporal por bloques con los símbolos complejos para la división según las múltiples antenas.

7. Un aparato, que comprende: un generador (2311, ..., 231 M) de tramas que genera una trama; y un transmisor (2111, ..., 211 M) que transmite la trama a través de al menos múltiples antenas, en el que la trama comprende un preámbulo corto que incluye información de sincronización, dos o más

preámbulos largos situados subsiguientes a los preámbulos cortos, un símbolo de datos situado subsiguiente a los preámbulos largos, y un símbolo de señal situado entre un primer preámbulo largo y un segundo preámbulo largo en el que el símbolo de señal incluye información sobre velocidad de codificación, y modulación, y en el que los dos o más preámbulos largos comprenden información de estimación de canal que es necesaria para que un receptor demodule el símbolo de datos,

caracterizado porque los datos se dividen y se introducen en dos o más codificadores de convolución, y se codifican por los codificadores (2031, ... , 203L) de convolución,

el símbolo de señal incluye información sobre codificación espacio-temporal por bloques, y

el primer preámbulo largo está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 1, 6 !s, el segundo preámbulo largo incluye dos preámbulos largos T1, T2 donde cada uno de los dos preámbulos largos T1, T2 está precedido respectivamente por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s, y el símbolo de datos está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s.

8. El aparato según la reivindicación 7, en el que el número de los dos o más preámbulos largos corresponde al número de flujos de datos que se transmiten a las múltiples antenas.

9. El aparato según la reivindicación 7, en el que cada uno de los dos o más preámbulos largos se genera transformando un preámbulo largo básico.

10. Una trama que comprende: un preámbulo corto que incluye información de sincronización; dos o más preámbulos largos situados subsiguientes al preámbulo corto; un símbolo de datos situado subsiguiente a los preámbulos largos; y un símbolo de señal situado entre un primer preámbulo largo y un segundo preámbulo largo, incluyendo

el símbolo de señal información sobre velocidad de codificación, y modulación, en la que los dos o más preámbulos largos incluyen información de estimación de canal que es necesaria para que un receptor demodule el símbolo de datos,

caracterizada porque los datos se dividen y se codifican por dos o más codificadores (2031, ..., 203L) de convolución, el símbolo de señal incluye información sobre codificación espacio-temporal por bloques, y

el primer preámbulo largo está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 1, 6 !s, el segundo preámbulo largo incluye dos preámbulos largos T1, T2 donde cada uno de los dos preámbulos largos T1, T2 está precedido respectivamente por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s, y el símbolo de datos está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s.

11. La trama según la reivindicación 10, en la que el número de los dos o más preámbulos largos corresponde al número de flujos de datos que se transmiten a múltiples antenas.

12. La trama según la reivindicación 10, en la que cada uno de los dos o más preámbulos largos se genera transformando un preámbulo largo básico.

13. Un método para recibir datos que se han transmitido por un transmisor que tiene múltiples antenas para generar una trama para transmitir datos, comprendiendo el método: recibir un preámbulo corto que incluye información de sincronización; recibir dos o más preámbulos largos situados subsiguientes al preámbulo corto;

recibir un símbolo de datos situado subsiguiente a los preámbulos largos; recibir un símbolo de señal situado entre un primer preámbulo largo y un segundo preámbulo largo, incluyendo el símbolo de señal información sobre velocidad de codificación, y modulación; y

estimar un canal entre el transmisor y un receptor usando el segundo preámbulo largo para demodular el símbolo de datos,

caracterizado porque el símbolo de datos se introduce en dos o más decodificadores convolucionales, y se decodifica por los decodificadores convolucionales,

el símbolo de señal incluye información sobre codificación espacio-temporal por bloques, y

el primer preámbulo largo está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 1, 6 !s, el segundo preámbulo largo incluye dos preámbulos largos T1, T2 donde cada uno de los dos preámbulos largos T1, T2 está precedido respectivamente por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s, y el símbolo de datos está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s.