Procedimiento y aparato para determinar un vector de precodificación para precodificar datos que van a ser transmitidos a un dispositivo inalámbrico en un sistema de comunicación inalámbrica.

Procedimiento (100) para determinar un vector de precodificación (pi,

opt) para precodificar datos que van a sertransmitidos a un dispositivo inalámbrico en un sistema de comunicación inalámbrico, que comprende:

recibir (110) primera información de estado de canal de un canal entre un primer dispositivo inalámbrico y unaprimera estación de base en el sistema de comunicación inalámbrico, en donde la primera información de estado decanal es recibida por la primera estación de base desde el primer dispositivo inalámbrico;

recibir (120) primera información de ganancia de canal (h21) de un canal entre un segundo dispositivo inalámbrico yla primera estación de base, en donde la primera información de ganancia de canal (h21) es recibida desde unasegunda estación de base;

recibir (130) un primer parámetro de fuerza de señal (bi) desde la segunda estación de base indicando una fuerza deseñal en el segundo dispositivo inalámbrico causada por la segunda estación de base;

recibir (140) un primer parámetro de fuerza de interferencia (ai) desde la segunda estación de base indicando unafuerza de interferencia en el primer dispositivo inalámbrico causada por la segunda estación de base; y

maximizar (150) un parámetro de relación común de señal respecto a ruido de interferencia (C, SINR , SINR bajo,SINR' ) para obtener un vector precodificante (pi,opt) para precodificar datos que van a ser transmitidos al primerdispositivo inalámbrico, en donde el parámetro de relación común de señal respecto a ruido de interferencia (C,SINR , SINR bajo, SINR' ) dependen de una relación de señal respecto a ruido de interferencia (SINR1) en elprimer dispositivo inalámbrico y una relación de señal respecto a ruido de interferencia (SINR2) en el segundodispositivo inalámbrico y se basa en la primera información de estado de canal, la primera información de ganancia(h21) de canal, el primer parámetro de fuerza de señal (bi) y el primer parámetro de fuerza de interferencia (ai).

Procedimiento y aparato para determinar un vector de precodificacion para precodificar datos que van a ser transmitidos a un dispositivo inalambrico en un sistema de comunicacion inalámbrica.

Las modalidades de acuerdo con la invención se relacionan con sistemas de comunicación inalámbricos y particularmente con un procedimiento y un aparato para determinar un vector de precodificación para precodificar datos que van a ser transmitidos a un dispositivo inalámbrico en un sistema de comunicación inalámbrico.

Los sistemas celulares de usuarios múltiples de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO) se encuentran bajo desarrollo continuo para futura comunicación inalámbrica. Un tópico es la maximización de las velocidades de usuario en el borde celular en sistemas celulares de interferencia limitada. La interferencia entre células (ICI) es el cuello de botella de un sistema para las redes celulares actuales y se han intentado muchos procedimientos existentes para mitigarla utilizando diferentes técnicas. Los usuarios en los bordes de células padecen principalmente de una fuerte interferencia de las estaciones de base vecinas y esto se refleja directamente en velocidades asequibles menores.

La figura 11A muestra una ilustración esquemática de un modelo de sistema MISO (entrada múltiple salida única) de dos células para una precodificación lineal MISO. Muestra dos estaciones de base BS1, BS2 que cubren la célula 1 y la célula 2 y dos dispositivos inalámbricos UE1, UE2 (equipo de usuario 1, equipo de usuario 2) . Además, la figura 11B muestra los enlaces directos (señal útil) y los enlaces de interferencia (interferencia) por ilustración esquemática de los canales entre las estaciones de base BS1 y BS2 y los dispositivos inalámbricos UE1 y UE2, cuando la estación 1 de base utiliza un formador de haz b1 y una estación 2 de base utiliza un formador de haz b2.

En otras palabras, un escenario MISO de dos células con un usuario único por célula se considera como se muestra en la figura 11A, en donde cada BS tiene M antenas y cada receptor en el borde de célula tiene una antena. Este modelo de sistema también se puede considerar como un canal de interferencia (IC) MISO de dos usuarios, como se muestra en la figura 12, en donde un usuario en el contexto de los IC indica un par transmisor/receptor. El símbolo de datos si ~ NC (0, 1) (i = 1, 2) es precodificado linealmente por el precodificador pi Є CMx1 y se transmite sobre el canal hii [CMx1 para ser recibido por un usuario i. Debido a la naturaleza del sistema, también se transmitirá en el canal hji [ CMx1 , j ≠ i, y será recibido por el usuario j como interferencia no deseada. La señal

transmitida se somete a una limitante de potencia de transmisión E [

ps

i

i

[

obtenida es perturbada por ruidos ni ~ NC (0, σ2i) . Escribir los cálculos obtenidos de los símbolos de datos proporciona:

en donde (•) T indica transposición. [0005] La medida más común que captura el desempeño del sistema está proporcionada por la tasa de suma asequible C:

2º

}E . En el lado receptor, la señal

txi

en donde SINR1 y SINR2 son las relaciones de señal recibida respecto a ruido de interferencia del receptor 1 y 2, respectivamente:

En lo siguiente, los índices i y j en donde i E {1, 2} y J " i.

Un enfoque de maximización de tasa de suma conocido es el algoritmo de determinación de precio de interferencia distribuido descrito en "D.A. Schmidt, C. SHir, R. A. Berr y , M. Honig and W. Utschick, "Distributed Resource Allocation Schemes', IEEE Signal Processing Magazine, Sept. 2009, pp. 53-63". Este procedimiento repetitivo comienza con cada receptor anunciando un precio de interferencia para las estaciones de base que interfieren BS, suponiendo células con usuarios únicos. En la práctica, cada receptor retroalimenta estos precios a su estación de base correspondiente BS y esta última se comunica con otras BS; por lo tanto, se requiere cooperación entre BS. El precio de interferencia de cada receptor depende de los formadores de haz iniciales de las BS que interfieran. después, cada BS por separado realiza una maximización de su tasa de usuario correspondiente, tomando en consideración los precios de interferencia anunciados por otros receptores y por lo tanto es un enfoque distribuido. Por lo tanto, se puede considerar como un enfoque egoista sometido a cierto castigo que se paga cuando se provoca interferencia a otros usuarios. La maximización resulta en formadores de haces nuevos. Posteriormente, los receptores actualizan sus precios de interferencia y se calculan nuevamente formadores de haces nuevos, de acuerdo con los precios de interferencia actualizados. El procedimiento se repite hasta convergencia.

Se han considerado diferentes soluciones para mitigar la interferencia en sistemas limitados por interferencia. Hasta ahora, las mejores soluciones que se han propuesto son soluciones distribuidas, en las cuales cada transmisor intenta maximizar su propia tasa tomando en consideración precios de interferencia anunciados por los receptores en el sistema (C. Shi, R. A. Berr y and M. Honig, "Distributed Interference Pricing with MISO Channels", en Proc. 46th Annual Allerton Conference 2008, Urbana-Champaign, IL, Sept. 2008, pp. 539-546 y D.A. Schmidt, C. Shir, R. A. Berr y , M. Honig and W. Utschick, "Distributed Resource Allocations Schemes", IEEE Signal Processing Magazine, SEPT. 2009, PP. 53-63) . Formalmente, el precio de interferencia price 1i representa la disminución marginal en la tasa del receptor i posterior a un incremento marginal en la interferencia causada por el transmisor j, y se define como:

T

en donde ui = log2 (1 + SINRi) es la tasa del receptor i e Ii }|hij pj |2 es la potencia de interferencia presente en el receptor i (véase la ecuación 3) . [0009] Dado los precios de interferencia fijos, cada BS i resuelve el siguiente problema:

en donde (e) H indica transposición conjugada. La función objetivo de cada BS se puede considerar que es la tasa asequible menos el costo de interferencia que genera a otros usuarios. Es un enfoque egoísta que toma en consideración el castigo que se paga cuando se provoca interferencia a otros usuarios. Para implementar este algoritmo, cada receptor debe anunciar un precio de interferencia a cada BS que interfiera. En la práctica, cada receptor retroalimenta estos precios a su estación de base (BS) correspondiente y esta última las comunica a otras BS; por lo tanto se requiere cooperación de BS. Dados estos precios de interferencia, cada BS calcula su mejor precodificador. El algoritmo de manera repetitiva actualiza los precodificadores y los precios de interferencia hasta que se alcanza convergencia. Para calcular los precios de interferencia, cada receptor requiere el conocimiento de una energía de señal útil y de interferencia. No es necesario conocimiento de precodificador en el lado del receptor. Para calcular los precodificadores óptimos, cada BS i requiere el conocimiento de las ganancia de canal, hki, k = 1, 2.

La figura 11A muestra un ejemplo para una configuración objetivo en una transmisión de enlace descendente en un sistema de células múltiples COMP/MIMO (sistema coordinado de punto múltiple/entrada múltiple y salida múltiple) como se describe por el algoritmo de determinación de precio de interferencia distribuido. La formación de haz cooperante se puede utilizar con el fin de maximizar las tasas de usuario de borde de célula, pero la solución de forma cerrada no existe y se tiene como resultado una carga excesiva de señalización. La figura 13 ilustra esquemáticamente el algoritmo de determinación de precio de interferencia distribuido entre dos estaciones de base. En primer lugar se transmite un anuncio de los castigos de los precios de interferencia pi por los receptores (dispositivos inalámbricos) . El precio de interferencia representa una disminución marginal en la tasa para un incremento marginal en la interferencia. Después, las estaciones de base maximizan de manera repetitiva su propia tasa tomando en consideración los precios anunciados pi, lo cual es un enfoque egoísta. Por ejemplo, la estación 1 de base resuelve la siguiente ecuación:

El formador de haz cooperante calcula de manera conjunta b1 y b2 para maximizar C, pero las soluciones de forma cerrada de los formadores de haz no existen y es cuestionable lo que se puede señalizar y a que costo (carga excesiva) .

Con esta solución, una fase de señalización antes de cada repetición es necesaria. Optimiza de manera repetitiva las tasas de usuario de borde de célula sometidas a castigos de interferencia por células vecinas. Los castigos de interferencia... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento (100) para determinar un vector de precodificación (pi, opt) para precodificar datos que van a ser transmitidos a un dispositivo inalámbrico en un sistema de comunicación inalámbrico, que comprende:

recibir (110) primera información de estado de canal de un canal entre un primer dispositivo inalámbrico y una primera estación de base en el sistema de comunicación inalámbrico, en donde la primera información de estado de canal es recibida por la primera estación de base desde el primer dispositivo inalámbrico;

recibir (120) primera información de ganancia de canal (h21) de un canal entre un segundo dispositivo inalámbrico y la primera estación de base, en donde la primera información de ganancia de canal (h21) es recibida desde una segunda estación de base;

recibir (130) un primer parámetro de fuerza de señal (bi) desde la segunda estación de base indicando una fuerza de señal en el segundo dispositivo inalámbrico causada por la segunda estación de base;

recibir (140) un primer parámetro de fuerza de interferencia (ai) desde la segunda estación de base indicando una fuerza de interferencia en el primer dispositivo inalámbrico causada por la segunda estación de base; y

maximizar (150) un parámetro de relación común de señal respecto a ruido de interferencia (C, SINR , SINR bajo,

SINR ') para obtener un vector precodificante (pi, opt) para precodificar datos que van a ser transmitidos al primer dispositivo inalámbrico, en donde el parámetro de relación común de señal respecto a ruido de interferencia (C,

SINR , SINR bajo, SINR ') dependen de una relación de señal respecto a ruido de interferencia (SINR1) en el primer dispositivo inalámbrico y una relación de señal respecto a ruido de interferencia (SINR2) en el segundo dispositivo inalámbrico y se basa en la primera información de estado de canal, la primera información de ganancia (h21) de canal, el primer parámetro de fuerza de señal (bi) y el primer parámetro de fuerza de interferencia (ai) .

2. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, que comprende además:

recibir segunda información de estado de canal de un canal entre el primer dispositivo inalámbrico y una segunda estación de base en el sistema de comunicación inalámbrico, en donde la segunda información de estado de canal se recibe por la primera estación de base desde el primer dispositivo inalámbrico;

calcular una segunda información de ganancia de canal (h12) del canal entre el primer dispositivo inalámbrico y la segunda estación de base, en base en la segunda información de estado de canal; y

transmitir la segunda información de ganancia de canal (h12) a la segunda estación de base.

3. Procedimiento como se describe en la reivindicación 2, en donde la primera información de estado de canal y la segunda información de estado de canal se reciben a través de un canal inalámbrico desde el primer dispositivo inalámbrico, en donde la primera información de ganancia de canal (h21) , el primer parámetro de fuerza de señal (bi) y el primer parámetro de fuerza de interferencia (ai) se reciben a través de un canal de línea cableada desde la segunda estación de base.

4. Procedimiento como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además:

calcular un segundo parámetro de fuerza de señal (bi) , indicando una fuerza de señal en el primer dispositivo inalámbrico causada por la primera estación de base;

calcular un segundo parámetro de fuerza de interferencia (ai) indicando una fuerza de interferencia en el segundo dispositivo inalámbrico causada por la primera estación de base; y

transmitir el segundo parámetro de fuerza de señal (bi) y el segundo parámetro de fuerza de interferencia (ai) a la segunda estación de base.

5. Procedimiento como se describe en la reivindicación 4, que comprende además:

recibir un tercer parámetro de fuerza de señal (bi) desde la segunda estación de base, en donde el tercer parámetro de fuerza de señal (bi) se calcula por la segunda estación de base en base en el segundo parámetro de fuerza de señal transmitido (bi) y el segundo parámetro de fuerza de interferencia transmitido (ai) , en donde el tercer parámetro de fuerza de señal (bi) indica una fuerza de señal en el segundo dispositivo inalámbrico causada por la segunda estación de base bajo consideración del segundo parámetro de fuerza de señal transmitido (bi) y el segundo parámetro de fuerza de interferencia transmitido (ai) ;

recibir un tercer parámetro de fuerza de interferencia (ai) desde la segunda estación de base, en donde el tercer parámetro de fuerza de interferencia (ai) se calcula por la segunda estación de base, en base en el segundo parámetro de fuerza de señal transmitido (bi) y el segundo parámetro de fuerza de interferencia (ai) , en donde el tercer parámetro de fuerza de interferencia (ai) indica una fuerza de interferencia en el primer dispositivo inalámbrico causado por la segunda estación de base bajo consideración del segundo parámetro de fuerza de señal transmitido (bi) y el segundo parámetro de fuerza de interferencia transmitido (ai) ; y

maximizar el parámetro de relación común de señal respecto a ruido de interferencia (C, SINR , SINR bajo,

SINR ') para obtener un vector de precodificación nuevo (pi, opt) , en donde el parámetro de relación común de señal

respecto a ruido de interferencia (C, SINR , SINR bajo, SINR ') se basa en la primera información de estado de canal, la primera información de ganancia de canal (h21) , el tercer parámetro de fuerza de señal (bi) y el tercer parámetro de fuerza de interferencia (ai) , de manera que el vector de precodificación (pi, opt) es optimizado de manera repetitiva.

6. Procedimiento como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el parámetro de relación común de señal respecto a ruido de interferencia (C, SINR , SINR bajo, SINR ') representa una tasa de suma (C) del primer dispositivo inalámbrico y el segundo dispositivo inalámbrico, una relación común de señal respecto a ruido de interferencia ( SINR ) en el primer dispositivo inalámbrico y en el segundo dispositivo inalámbrico o una unión menor

de una relación común de señal respecto a ruido de interferencia ( SINR bajo) , en el primer dispositivo inalámbrico y el segundo dispositivo inalámbrico.

7. Procedimiento como se describe en la reivindicación 6, en donde la relación común de señal respecto a ruido de interferencia ( SINR ) se define por

SINR = SINR1 + SINR2 + SINR1SINR2

en donde SINR1 es una relación de señal respecto a ruido de interferencia en el primer dispositivo inalámbrico y SINR2 es una relación de señal respecto a ruido de interferencia en el segundo dispositivo inalámbrico.

8. Procedimiento como se describe en la reivindicación 6, en donde la unión inferior de la relación común de señal

respecto a ruido de interferencia ( SINR bajo) se identifica por con y

en donde SINR es una relación común de señal respecto a ruido de interferencia, los índices i y j son iguales a 1 ó 2, en donde i es diferente de j, pi, pj son vectores de precodificación de la primera estación de base o la segunda estación de base, hii, hij, hji y hjj son información de ganancia de canal de un canal entre una estación de base y un dispositivo inalámbrico, es una potencia de ruido, IM es la matriz de identidad de tamaño M, E es la potencia citxi de transmisión, ai es un parámetro de fuerza de interferencia y bi es un parámetro de fuerza de señal.

9. Procedimiento como se describe en la reivindicación 6, en donde el enlace inferior de la relación común de señal respecto a interferencia ( SINR ') se define por

con y

en donde SINR' es una relación común de señal respecto a ruido de interferencia, los índices i y j son iguales a 1 ó 2 en donde i es diferente de j, pi, pj son vectores de precodificación de la primera estación de base o la segunda estación de base, hii, hij, hji y hjj son información de ganancia de canal de un canal entre una estación de base y un dispositivo inalámbrico, ci es una potencia de ruido, IM es la matriz de identidad de tamaño M, Etxi es la potencia de transmisión, ai es un parámetro de fuerza de interferencia y bi es un parámetro de fuerza de señal.

10. Procedimiento como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el primer parámetro de fuerza de señal (bi) está definido por

T

bi }

.

hjj pj

en donde los índices i y j son iguales a 1 ó 2, en donde i es diferente de j, pj son vectores de precodificación de la primera estación de base o de la segunda estación de base y hjj es información de ganancia de canal de un canal entre una estación de base y un dispositivo inalámbrico.

11. Procedimiento como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el primer parámetro de fuerza de interferencia (ai) se define por

T

ºci 2

ai }

hij pj

en donde los índices i y j son igual a 1 ó 2, en donde i es diferente de j, pj son vectores de precodificación de la primera estación de base o la segunda estación de base, hij es información de ganancia de canal de un canal entre una estación de base y un dispositivo inalámbrico y ci2 es la potencia de ruido.

12. Procedimiento como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la maximización se realiza al resolver un problema de vector de un vector propio (eigenvector) generalizado, en donde el vector de precodificación (pi, opt) para datos de precodificación es el vector propio que corresponde a un valor propio (eigenvalue) generalizado máximo (λmax) de matrices (Dbajo, i, Bi) que dependen de la primera información de estado de canal, la primera información de ganancia de canal (h21) , el primer parámetro de fuerza de señal (bi) y el primer parámetro de fuerza de interferencia (ai) .

13. Procedimiento como se describe en la reivindicación 12, en donde el problema de vector propio generalizado que se va a resolver es

Dbajo, pi, opt = λmaxBipi, opt.

en donde Dbajo, i se define por con y

en donde SINR es una relación común de señal respecto a ruido de interferencia, los índices i y j son iguales a 1 ó 2, en donde i es diferente de j, pi, pj son vectores de precodificación de la primera estación de base o la segunda estación de base, hii, hij, hji y hjj son información de ganancia de canal de un canal entre una estación de base y un dispositivo inalámbrico, ci es una potencia de ruido, IM es la matriz de identidad de tamaño M, Etxi es la potencia de transmisión, ai es un parámetro de fuerza de interferencia y bi es un parámetro de fuerza de señal.

14. Aparato (1000) para determinar un vector de precodificación (pi, opt) para precodificar datos que van a ser transmitidos a un dispositivo inalámbrico en un sistema de comunicación inalámbrico, el aparato comprende:

un receptor inalámbrico (1010) configurado para recibir una primera información de estado de canal de un canal entre un primer dispositivo inalámbrico y una primera estación de base en el sistema de comunicación inalámbrico, en donde la primera información de estado de canal se recibe por una primera estación de base desde el primer dispositivo inalámbrico;

un receptor de línea cableada (1020) configurado para recibir una primera información de ganancia de canal (h21) de un canal entre el segundo dispositivo inalámbrico y la primera estación de base, en donde la primera información de ganancia de canal (h21) es recibida desde una segunda estación de base, en donde el receptor de línea cableada (1020) se configura para recibir un primer parámetro de fuerza de señal (bi) desde la segunda estación de base que indica una fuerza de señal en el segundo dispositivo inalámbrico causada por la segunda estación de base, en donde el receptor de línea cableada (1020) está configurado además para recibir un primer parámetro de fuerza de interferencia (ai) desde la segunda estación de base indicando una fuerza de interferencia en el primer dispositivo inalámbrico causada por la segunda estación de base; y

un procesador (1030) configurado para obtener un vector de precodificación (pi, opt) para precodificar datos que van a ser transmitidos al primer dispositivo inalámbrico por maximización de un parámetro de relación común de señal

respecto a ruido de interferencia (C, SINR , SINR bajo, SINR ') , en donde el parámetro de relación común de señal respecto a ruido de interferencia (C, SINR , SINR bajo, SINR ') depende de una relación de señal respecto a ruido de interferencia en el primer dispositivo inalámbrico y una relación de señal respecto a ruido de interferencia en el segundo dispositivo inalámbrico y se basa en la primera información de estado de canal, la primera información de ganancia de canal (h21) , el primer parámetro de fuerza de señal (bi) y el primer parámetro de fuerza de interferencia (ai) .

15. Programa de computadora con un código de programa para realizar el procedimiento como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el programa de computadora se ejecuta en una computadora o un microcontrolador.