MÉTODO PARA IMPLEMENTAR UN MODO DE TRANSMISIÓN DE MÚLTIPLES ENTRADAS-MÚLTIPLES SALIDAS.

Método para implementar un modo de transmisión de múltiples entradas-múltiples salidas.

En el método de la invención, dicho modo de transmisión MIMO comprende usar un determinado número de antenas en un equipo de usuario y un número dado de antenas en un nodo de acceso de radio para la comunicación entre dicho equipo de usuario y dicho nodo de acceso de radio, llevada a cabo dicha comunicación por medio de un canal de comunicación, representado dicho canal de comunicación por una matriz de canal.

El método de la invención se caracteriza porque comprende descorrelacionar al menos parte de los coeficientes de dicha matriz de canal cuando dicho canal de comunicación está degenerado usando al menos un puerto de antena adicional en cada uno de dicho nodo de acceso de radio y dicho equipo de usuario con el fin de cambiar el patrón de radiación asociado con capas de transmisión de dicha comunicación permitiendo el uso de un modo de transmisión MIMO potenciado.

Método para implementar un modo de transmisión de múltiples entradas-múltiples salidas Campo de la técnica La presente invención se refiere de manera general a un método para implementar un modo de transmisión de múltiples entradas-múltiples salidas, comprendiendo dicho modo de transmisión MIMO usar un determinado número de antenas en un equipo de usuario y un número dado de antenas en un nodo de acceso de radio para la comunicación entre dicho equipo de usuario y dicho nodo de acceso de radio, llevada a cabo dicha comunicación por medio de un canal de comunicación, representado dicho canal de comunicación por una matriz de canal y más particularmente a un método que comprende descorrelacionar al menos parte de los coeficientes de dicha matriz de canal cuando dicho canal de comunicación está degenerado usando al menos un puerto de antena adicional en cada uno de dicho nodo de acceso de radio y dicho equipo de usuario con el fin de cambiar el patrón de radiación asociado con capas de transmisión de dicha comunicación permitiendo el uso de un modo de transmisión MIMO potenciado.

Estado de la técnica anterior

La evolución a largo plazo (LTE) es la siguiente etapa en sistemas 3G celulares, que representa básicamente una evolución de las normas de comunicaciones móviles actuales, tales como UMTS y GSM [2]. Es una norma 3GPP que proporciona rendimientos de hasta 50 Mbps en enlace ascendente y hasta 100 Mbps en enlace descendente. Usa un ancho de banda ajustable a escala de desde 1, 25 hasta 20 MHz con el fin de adaptarse a las necesidades de operadores de red que tienen diferentes asignaciones de ancho de banda. También se espera que la LTE mejore la eficacia espectral en redes, permitiendo a las portadoras proporcionar más servicios de datos y voz sobre un ancho de banda dado.

La LTE avanzada (LTE-A) , una evolución de LTE, está normalizándose en la release 10 de LTE y posteriores. Va dirigida a cumplir requisitos de IMT avanzada, cuyas capacidades van más allá de las de IMT-2000 e incluyen tasas de transmisión de datos pico potenciadas para soportar aplicaciones y servicios avanzados (100 Mbps para una alta movilidad, y 1 Gbps para una baja movilidad) [3].

El uso de tecnología de múltiples antenas permite aprovechar el campo espacial como otra nueva dimensión. Esto se vuelve esencial en la búsqueda de eficacias espectrales superiores. Pueden usarse múltiples antenas de una variedad de formas, basándose principalmente en tres principios fundamentales [4]:

-Ganancia de diversidad. Uso de la diversidad espacial proporcionada por las múltiples antenas para mejorar la robustez de la transmisión frente al desvanecimiento multitrayectoria.

-Ganancia de red. Concentración de energía en una o más direcciones dadas mediante precodificación o modelación de haz.

-Ganancia de multiplexación espacial. Transmisión de múltiples flujos de señales a un único usuario sobre múltiples capas espaciales creadas mediante combinaciones de las antenas disponibles.

La multiplexación espacial es el único esquema que logra un aumento en la capacidad de los recursos disponibles (tiempo, frecuencia) , multiplicando el rendimiento por un número que, en condiciones ideales, es igual al mínimo del número de antenas de transmisión y recepción. Este número se denomina rango de canal, y depende fuertemente de las condiciones de radio y también de la disposición geométrica de antenas tanto TX como RX.

El esquema de multiplexación espacial es el único útil cuando el canal no está degenerado, es decir, cuando el rango de canal es un máximo. Esto sucede cuando todos los componentes de la matriz de canal están descorrelacionados. Suponiendo que se tiene un sistema SU-MIMO con N antenas de transmisión y M antenas de recepción, la matriz de canal es tal como sigue:

h h

0, N -1

H= [[:: JJ[J

h h

M -1, 0 M -1, N -1

,

donde hij representa el coeficiente de canal complejo entre la antena de transmisión j y la antena de recepción i, tal como se representa en la figura 1. Si todos los componentes de canal están descorrelacionados, el rango de esta matriz será igual al mínimo de (N, M) . Sin embargo, si el entorno de propagación “observado” por los haces radiados es muy similar, el canal se vuelve degenerado con un rango que es inferior a min (N, M) . Si el rango se vuelve uno, la multiplexación espacial se vuelve poco práctica y el sistema debe recurrir a un esquema de diversidad.

Es importante observar que la degeneración del canal no puede compensarse mediante precodificación, independientemente del esquema real empleado tal como se define para LTE y LTE-A: esquemas de precodificación basados en libro de códigos para MIMO de bucle cerrado (modo 4 de transmisión LTE) , o CDD (diversidad de retardo cíclico) para MIMO de bucle abierto (modo 3 de transmisión LTE) . Esto se debe al hecho de que tanto la precodificación como CDD pueden considerarse una operación de multiplicación de matriz adicional en la matriz de canal H: si X es el vector que contiene los símbolos modulados complejos de cada capa, e Y el vector complejo tras la precodificación, la operación puede expresarse [5]:

-Para TM 3 (OL-MIMO) : Y = W (i) ·D (i) ·U·X, donde W (i) es una matriz de precodificación, D (i) una matriz diagonal que contiene el retardo cíclico aplicado, y U una matriz cuadrada dependiente del número de capas.

Para TM 4 (CL-MIMO) : Y = W (i) ·X, donde W (i) es una matriz de precodificación.

El vector precodificado pasa a través del canal H, y el vector de recepción puede expresarse como H·Y. Por tanto, teniendo en cuenta que para dos matrices A y B dadas cualesquiera se aplica la siguiente propiedad [6]:

rango ( AB) º min (rango ( A) , rango (B) ) ,

queda claro que si la matriz H está degenerada la operación de precodificación no mejorará el proceso de demodulación.

Debido a esto, el modo de funcionamiento normal referente a SU-MIMO en LTE-A se mostrará en la figura 2: el eNodo B recibe informes periódicos o no periódicos de los UE mediante los canales de enlace ascendente PUCCH o PUSCH (2a) , incluyendo el indicador de rango (RI) que informa del rango de canal de enlace descendente tal como se observa por los UE. Adicionalmente, el eNodo B estima el rango de canal de enlace ascendente mediante, por ejemplo, transmisiones SRS de enlace ascendente. Basándose en estos rangos de canal, y en los indicadores de calidad de canal (CQI) , el eNodo B decide si usar o no un esquema de multiplexación espacial en las direcciones tanto de enlace ascendente como de enlace descendente:

-si el CQI es inferior a algunos umbrales predefinidos (2b) , el sistema recurre a un esquema de transmisión de una capa (2c) .

-si el CQI es superior al umbral mencionado anteriormente, el eNodo B selecciona varias capas para la transmisión que siempre es inferior o igual al rango correspondiente. Si el rango es uno (2d) , el sistema recurre de nuevo a un esquema de transmisión de una capa para evitar la degeneración de la matriz de canal. De lo contrario, el sistema aprovecha completamente la multiplexación espacial (2e) .

La degeneración de la matriz de canal es una situación que debe evitarse con el fin de lograr los rendimientos esperados de LTE y LTE-A, porque los esquemas de diversidad no pueden aprovechar la ventaja de multiplexación espacial de tener múltiples antenas.

También existen soluciones para superar este problema. Por ejemplo, en [8] se describe un sistema para su uso en sistemas vehiculares MIMO, que tiene varias sub-redes direccionales montadas en diferentes caras del vehículo. Como cada sub-red experimentará diferentes condiciones de canal, basándose en el rango de canal u otra medida apropiada el sistema puede seleccionar la sub-red con el mejor rendimiento previsto. El inconveniente de esta solución es que sólo es adecuada para condiciones vehiculares, porque se necesita una gran cantidad de espacio para ubicar las diferentes sub-redes, haciendo que el sistema sea más complejo y caro.

Se propone otra solución en [9], en la que la configuración y las propiedades de radiación/polarización de la red se modifican de manera adaptativa alterando la estructura física de los componentes de antena. Esta solución implica elementos de antena reconfigurables complicados (con actuadores micro-electromecánicos) , y una unidad de procesamiento para buscar la disposición óptima. Por tanto, puede no ser adecuado para equipos de usuario de bajo coste.

En [10] se describe otra invención, en la que una antena de múltiples haces emplea dos antenas de red diferentes. Una dirección de radiación máxima de un haz combinado...

1. Método para implementar un modo de transmisión de múltiples entradas-múltiples salidas, comprendiendo dicho modo de transmisión MIMO usar un determinado número de antenas en un equipo de usuario y un número dado de antenas en un nodo de acceso de radio para la comunicación entre dicho equipo de usuario y dicho nodo de acceso de radio, llevada a cabo dicha comunicación por medio de un canal de comunicación, representado dicho canal de comunicación por una matriz de canal, caracterizado porque comprende:

-usar un rango de dicha matriz de canal asociada con dicho canal de comunicación inferior al mínimo de dicho determinado número de antenas y dicho número dado de antenas o si al menos parte de dichos coeficientes de dicha matriz de canal están correlacionados;

- descorrelacionar al menos parte de los coeficientes de dicha matriz de canal cuando dicho canal de comunicación está degenerado usando al menos un puerto de antena adicional en cada uno de dicho nodo de acceso de radio y dicho equipo de usuario con el fin de cambiar patrones de radiación asociados con capas de transmisión de dicha comunicación permitiendo el uso de un modo de transmisión MIMO potenciado; y

- calcular, dicho nodo de acceso de radio, dicho rango de dicha matriz de canal según indicadores de calidad de canal e indicadores de rango enviados desde dicho equipo de usuario hacia dicho nodo de acceso de radio.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha comunicación se realiza en una red móvil de evolución a largo plazo avanzada.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho al menos un puerto de antena adicional forma dos redes con sus dos antenas adyacentes de dicho número dado de antenas o dicho determinado número de antenas, cada una de dichas dos redes asociada con una de dichas capas de transmisión.

4. Método según la reivindicación 3, en el que la distancia entre dicho al menos un puerto de antena adicional y cada una de dichas dos antenas adyacentes es de al menos media longitud de onda.

5. Método según la reivindicación 3 ó 4, que comprende tener la mitad del número de puertos de antenas adicionales con respecto a dicho número dado de antenas o dicho determinado número de antenas, estando dichos puertos de antena adicionales entrelazados entre dicho número dado de antenas o dicho determinado número de antenas formando cada uno de dichos puertos de antenas adicionales dos redes con sus dos antenas adyacentes, dejando una antena de dicho número dado de antenas o dicho determinado número de antenas sin aparear si hay una cantidad impar de dicho número dado de antenas o dicho determinado número antenas.

6. Método según la reivindicación 2, en el que dicho al menos un puerto de antena adicional forma una red triangular con dos antenas adyacentes de dicho determinado número de antenas.

7. Método según la reivindicación 2, en el que dicho al menos un puerto de antena adicional es una antena de panel con pares de elementos de polarización cruzada cuando dichas antenas de dicho número dado de antenas son antenas de polarización cruzada lineal, que tiene una antena de panel para cada par de dichas antenas de polarización cruzada lineal.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 3 a 6, que comprende alimentar dicho al menos un puerto de antena adicional o cada uno de dichos puertos de antenas adicionales con una combinación lineal de las señales que alimentan a dichas dos antenas adyacentes, según la siguiente expresión:

T3 = exp (i·φ1) ·T1 + exp (i·φ2) ·T2

donde T3 es la señal que alimenta a dicho al menos un puerto de antena adicional o cada una de dichos puertos de antenas adicionales;

T1 y T2 son dichas señales que alimentan a dichas dos antenas adyacentes;

φ 1 y φ 2 son las fases relativas de dichas antenas adyacentes; y

exp es la función exponencial.

9. Método según la reivindicación 7, que comprende alimentar a cada uno de dichos elementos de polarización cruzada de dicha antena de panel según las siguientes expresiones:

T3x = exp (i· φ 1) ·T1

T3y = exp (i· φ 2) ·T2

donde T3x y T3y son las señales que alimentan a cada uno de dichos elementos de polarización cruzada de dicha antena de panel;

T1 y T2 son las señales que alimentan a cada una de dichas antenas de polarización cruzada lineal en un par de antenas de polarización cruzada lineal;

φ 1 y φ 2 son las fases relativas de dichas antenas de polarización cruzada lineal en dicho par de antenas de polarización cruzada lineal; y

exp es la función exponencial.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 5 a 9, que comprende elegir valores para dichas fases relativas con el fin de forzar nulos y/o picos a lo largo de determinadas direcciones en el espacio en 15 dichos patrones de radiación.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 5 a 10, que comprende, con el fin de eliminar la degeneración de dicho canal de comunicación, variar dichas fases relativas cuando se transmiten señales desde dicho nodo de acceso de radio o dicho equipo de usuario, y/o ajustar dichas fases relativas en señales recibidas por cada una de dicho determinado número de antenas o dicho número dado de antenas.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 11 que comprende realizar, dicho nodo de acceso de radio, una búsqueda adaptativa de los valores óptimos para dichas fases relativas.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende informar a dicho equipo de usuario de que se usa dicho modo de transmisión MIMO potenciado para realizar dicha comunicación.