Procedimiento y aparato que usa matrices de precodificación en un sistema de telecomunicaciones MIMO.

Un dispositivo (10) de comunicación adaptado para limitar un aumento de la relación de potencia pico a potenciapromedio,

PAPR, causado por la aplicación de una matriz de precodificación para una transmisión de una únicaportadora sobre un enlace de radio MIMO, en el que el dispositivo de comunicación comprende:

un transmisor que comprende una pluralidad de antenas (12); en el que el dispositivo de comunicación estácaracterizado porque comprende

circuitería (16) de procesamiento adaptada para una transmisión de una única portadora y para aplicar unamatriz de precodificación a un vector de símbolos, para generar un vector precodificado, en la que dicha matrizde precodificación tiene cuatro filas y dos o tres columnas, en la que dicho transmisor está adaptado paratransmitir dicho vector precodificado sobre un enlace de radio MIMO, en la que dicha matriz de precodificaciónestá restringida de manera que cada fila comprende al menos un elemento cero, de manera que el número deelementos diferentes de cero en cada fila es menor que el número de columnas en dicha matriz deprecodificación, y en la que la matriz de precodificación está restringida adicionalmente en el sentido de quecada una de dichas columnas tiene al menos un elemento diferente de cero y cada una de dichas filas tiene almenos un elemento diferente de cero

Procedimientos y aparatos que usan matrices de precodificación en un sistema de telecomunicaciones MIMO

Campo técnico

La presente invención se refiere a sistemas de telecomunicaciones y, en particular, a procedimientos y a aparatos para transmitir y recibir sobre un enlace de radio de múltiples entradas, múltiples salidas (MIMO) .

Antecedentes La técnicas multi-antena pueden aumentar considerablemente las velocidades de transferencia de datos y la fiabilidad de un sistema de comunicación inalámbrica. En particular, el rendimiento se mejora si tanto el transmisor como el receptor están equipados con múltiples antenas. Esto resulta en un canal de comunicación de múltiples entradas, múltiples salidas (MIMO) y dichos sistemas y/o técnicas relacionadas se denominan comúnmente MIMO.

Varios estándares inalámbricos soportan despliegues de antenas MIMO y técnicas relacionadas con MIMO. La Figura 1 muestra un ejemplo de un sistema 2 de transmisión MIMO. El sistema 2 comprende un precodificador 4 y NT antenas 6, donde NT es un entero mayor que uno.

En el uso, una secuencia de vectores sk de símbolos que transportan información es introducida al precodificador 4 para que sea precodificada antes de la transmisión por medio de las antenas 6 sobre un elemento k de recurso. El elemento k de recurso corresponde a un único uso del canal MIMO, y puede corresponder, por ejemplo, a un intervalo de tiempo, un rango particular de frecuencias, un código de ensanchamiento o cualquier combinación de una o más de estas cantidades. Cada uno de los símbolos r en sk pertenece a una capa específica, donde r (es decir, el número de capas) se conoce como el rango de transmisión. Otro término usado comúnmente para la capa es flujo de símbolos.

El vector sk de símbolos es multiplicado en el precodificador 4 por una matriz de precodificación Wk NT * r generando, de esta manera, un vector xk de símbolos precodificados. El vector xk de símbolos precodificados es proporcionado a las antenas 6, donde es transmitido, transmitiendo cada antena un elemento del vector xk de símbolos precodificados.

De esta manera, el vector xk de símbolos precodificados puede escribirse como:

Frecuentemente, la matriz de precodificación Wk es seleccionada de manera que se adapte a las características del canal MIMO Hk NR * NT sobre el cual se transmiten las señales (donde NR es el número de antenas receptoras) . De esta manera, la matriz de precodificación puede ser seleccionada para enfocar la energía de transmisión en un subespacio que es fuerte en el sentido de que transporta la mayor cantidad posible de la energía transmitida al dispositivo receptor. Además, la matriz de precodificación Wk puede ser seleccionada para ortogonalizar el canal, lo que significa que después de una ecualización lineal apropiada en el dispositivo receptor, se reduce la interferencia entre capas.

Los documentos “Precoding Considerations in LTE MIMO Downlink” de Ericsson, R1-071044, y “Codebook design and Evaluation for E-UTRA MIMO precoding – 4Tx Rank Adaptation” de LG Electronics, R1-070914 expone diferentes aspectos de precodificación para un enlace LTE.

El documento “Peak Power Characteristics of Single Carrier FDMA MIMO Precoding system”, de Hyung G. Myung et al., expone el efecto sobre PAPR causado por la precodificación en un sistema de portadora única.

Después de la precodificación, los vectores de símbolos precodificados portadores de información son convertidos a señales continuas en el tiempo y son amplificados para producir las señales transmitidas desde las antenas 6. Con el fin de evitar la distorsión de las señales, los amplificadores deben ser dimensionados de manera que puedan cubrir el rango dinámico de las señales a amplificar. La relación de potencia pico a potencia promedio (PAPR) es una medida del rango dinámico relativo de una señal y, generalmente, es deseable que se mantenga pequeña (es decir, cercana al valor uno) con el fin de minimizar los requisitos de los amplificadores y, de esta manera, reducir el costo.

La PAPR es una de entre diversas medidas posibles del rango dinámico de la señal. En adelante, en la presente memoria, las referencias a la reducción de la PAPR de una señal harán referencia a la reducción del rango dinámico de la señal según cualquier medida.

Un procedimiento de selección de la matriz de precodificación es mediante el uso de lo que se conoce como un "libro de códigos" de matrices de precodificación predefinidas, desde el cual puede seleccionarse una matriz apropiada. Esto simplifica enormemente el procedimiento de selección. Por ejemplo, la versión actual de la versión 8 de las especificaciones del 3GPP (conocida también como evolución a largo plazo, o LTE, Long Term Evolution) especifica el libro de códigos siguiente cuando se emplean dos antenas de transmisión:

Las primeras cuatro matrices son para un rango de transmisión igual a uno. Las dos últimas matrices son para un rango de transmisión igual a dos.

Sin embargo, el libro de códigos para futuras versiones de las especificaciones 3GPP no está definido.

Resumen de la invención Un problema con las soluciones de precodificadores existentes es que, para un rango de transmisión de dos y superiores, la precodificación tiende a aumentar la PAPR. Usando (1) para el ejemplo de un rango de transmisión de dos, y seleccionando la primera matriz de precodificación de rango dos del libro de códigos LTE (2) proporciona un vector de símbolos precodificados de transmisión:

Tal como puede observarse, las señales de dos capas diferentes son mezcladas entre sí. Dicha mezcla de señales puede aumentar significativamente la PAPR y puede aumentar, de esta manera, el coste y la complejidad del transmisor. Téngase en cuenta que la PAPR tiende a aumentar con el número de señales mezcladas, pero que el aumento relativo para cada señal mezclada adicional disminuye progresivamente, de esta manera, la mezcla de dos capas tiende a producir el mayor aumento de PAPR adicional.

Un aumento de PAPR sería un problema particularmente serio en futuras versiones de las especificaciones 3GPP, por ejemplo, en las que se ha tenido especial cuidado para diseñar un enlace ascendente con una única portadora para mantener la PAPR baja. Si debe introducirse una multiplexación espacial en el enlace ascendente, por lo tanto, hay fuertes razones para mantener la PAPR baja.

Para mitigar los problemas descritos anteriormente asociados con estas soluciones existentes, los dispositivos de transmisión según la presente invención reducen la PAPR de las señales transmitidas imponiendo una cierta estructura en la matriz de precodificación de manera que se evite la mezcla de señales.

Según la presente invención, se proporciona un dispositivo de comunicación adaptado para limitar un aumento de la relación de potencia pico a potencia promedio, PAPR, causada por la aplicación de una matriz precodificadora para una transmisión con una única portadora sobre un enlace de radio MIMO. El dispositivo de comunicación comprende un transmisor que comprende una pluralidad de antenas, y circuitos (16) de procesamiento. El circuito de procesamiento está adaptado para aplicar una matriz de precodificación a un vector de símbolos, para generar un vector precodificado. La matriz de precodificación tiene cuatro filas y dos o tres columnas. El transmisor está adaptado para transmitir el vector precodificado sobre un enlace de radio MIMO. La matriz de precodificación está restringida de manera que cada fila comprende al menos un elemento cero, de manera que el número de elementos diferentes de cero en cada fila es menor que el número de columnas de dicha matriz de precodificación. La matriz de precodificación está restringida adicionalmente en el sentido de que cada una de las columnas tiene al menos un elemento diferente de cero y cada una de las filas tiene al menos un elemento diferente de cero, de manera que se limita cualquier aumento en la relación de potencia pico a potencia promedio (PAPR) , causado al aplicar la matriz de precodificación al vector de símbolos.

Según un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un dispositivo de comunicación adaptado para limitar el aumento en la relación de potencia pico a potencia promedio, PAPR, causado por la aplicación de una matriz de precodificación para una transmisión con una única portadora sobre un enlace de radio MIMO. El

dispositivo de comunicación comprende un transceptor que comprende una pluralidad de antenas, y circuitos de procesamiento. El circuito de procesamiento está adaptado para determinar una matriz de precodificación... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo (10) de comunicación adaptado para limitar un aumento de la relación de potencia pico a potencia promedio, PAPR, causado por la aplicación de una matriz de precodificación para una transmisión de una única portadora sobre un enlace de radio MIMO, en el que el dispositivo de comunicación comprende:

un transmisor que comprende una pluralidad de antenas (12) ; en el que el dispositivo de comunicación está caracterizado porque comprende circuitería (16) de procesamiento adaptada para una transmisión de una única portadora y para aplicar una matriz de precodificación a un vector de símbolos, para generar un vector precodificado, en la que dicha matriz de precodificación tiene cuatro filas y dos o tres columnas, en la que dicho transmisor está adaptado para transmitir dicho vector precodificado sobre un enlace de radio MIMO, en la que dicha matriz de precodificación está restringida de manera que cada fila comprende al menos un elemento cero, de manera que el número de elementos diferentes de cero en cada fila es menor que el número de columnas en dicha matriz de precodificación, y en la que la matriz de precodificación está restringida adicionalmente en el sentido de que cada una de dichas columnas tiene al menos un elemento diferente de cero y cada una de dichas filas tiene al menos un elemento diferente de cero.

2. Dispositivo de comunicación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha matriz de precodificación es seleccionada a partir de un libro de códigos que comprende una pluralidad de matrices de precodificación predeterminadas.

3. Dispositivo de comunicación según la reivindicación 2, en el que un subconjunto de dicha pluralidad de matrices de precodificación predeterminas está restringido de manera que se limita cualquier aumento en la relación de potencia pico a potencia promedio, PAPR, causado por la aplicación de cualquiera de las matrices de precodificación en el subconjunto al vector de símbolos.

4. Dispositivo de comunicación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho circuito de procesamiento está adaptado para transmisiones multiplexadas por división de frecuencias ortogonales por transformada discreta de Fourier con espectro ensanchado DFTS-OFDM.

5. Dispositivo de comunicación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho dispositivo de comunicación es un equipo de usuario.

6. Dispositivo de comunicación según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que dicho dispositivo de comunicación es una estación base de radio.

7. Un procedimiento en un dispositivo (10) de comunicación para limitar un aumento de la relación de potencia pico a potencia promedio, PAPR, causado por la aplicación de una matriz de precodificación para una transmisión de una única portadora sobre un enlace de radio MIMO, caracterizado porque comprende:

aplicar (24) una matriz de precodificación a un vector de símbolos, generando un vector precodificado, en el que dicha matriz de precodificación tiene cuatro filas y dos o tres columnas, en el que dicha matriz de precodificación está restringida de manera que cada fila comprende al menos un elemento cero, de manera que el número de elementos diferentes de cero en cada fila es menor que el número de columnas en dicha matriz de precodificación, y en el que la matriz de precodificación está restringida adicionalmente en el sentido de que cada columna tiene al menos un elemento diferente de cero y cada una de dichas filas tiene al menos un elemento diferente de cero; y

transmitir (26) el vector precodificado sobre el enlace de radio MIMO.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que dicha matriz de precodificación está restringida adicionalmente de manera que cada fila tiene un único elemento diferente de cero.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la matriz de precodificación tiene dos columnas, y en el que dicha matriz de precodificación está restringida de manera que cada columna tiene el mismo número de elementos diferentes de cero, consiguiendo una potencia equilibrada por capa.

10. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que dicha matriz de precodificación está restringida de manera que cada columna tiene el mismo número de elementos diferentes de cero.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 7-10, en el que cada elemento diferente de cero tiene el mismo valor absoluto.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 7-11, en el que dicha matriz de precodificación es

seleccionada a partir de un libro de códigos que comprende una pluralidad de matrices de precodificación predeterminadas.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que un subconjunto de dicha pluralidad de matrices de precodificación predeterminadas está restringido de manera que se limita cualquier aumento en la relación de potencia pico a potencia promedio, PAPR, causado por la aplicación de cualquiera de las matrices de precodificación en el subconjunto al vector de símbolos.

14. Dispositivo (10) de comunicación adaptado para limitar un aumento en la relación de potencia pico a potencia promedio, PAPR, causado por la aplicación de una matriz de precodificación para una transmisión de una única portadora sobre un enlace de radio MIMO, en el que el dispositivo de comunicación comprende:

un transceptor que comprende una pluralidad de antenas (12) ; y

circuitería (16) de procesamiento,

en el que dicha circuitería de procesamiento está adaptada para determinar una matriz de precodificación usada por un dispositivo de comunicación remoto para generar un vector precodificado a partir de un vector de símbolos para la transmisión de una única portadora sobre un enlace de radio MIMO a dicho dispositivo de comunicación, en el que dicho transceptor está adaptado para recibir sobre el enlace de radio MIMO dicho vector precodificado que ha sido precodificado con dicha matriz de precodificación determinada, en el que dicho circuito de procesamiento está adaptado además para decodificar dicho vector precodificado recibido, caracterizado porque dicha matriz de precodificación tiene cuatro filas y dos o tres columnas, en el que dicha matriz de precodificación está restringida de manera que cada fila comprende al menos un elemento cero, de manera que el número de elementos diferentes de cero en cada fila es menor que el número de columnas en dicha matriz de precodificación, y en el que la matriz de precodificación está restringida adicionalmente en el sentido de que cada una de dichas columnas tiene al menos un elemento diferente de cero y cada una de dichas filas tiene al menos un elemento diferente de cero.

15. Dispositivo (10) de comunicación según la reivindicación 14, en el que la circuitería (16) de procesamiento está adaptada para evaluar una pluralidad de matrices de precodificación, y para seleccionar de entre la pluralidad de matrices de precodificación la matriz de precodificación a ser usada por el dispositivo de comunicación remoto para generar el vector precodificado a partir del vector de símbolos, y en el que el transceptor está adaptado para transmitir a dicho dispositivo de comunicación remoto una indicación de la matriz de precodificación seleccionada.

16. Procedimiento en un dispositivo (10) de comunicación para limitar un aumento en la relación de potencia pico a potencia promedio, PAPR, causado por la aplicación de una matriz de precodificación para una transmisión de una única portadora sobre un enlace de radio MIMO, que comprende:

determinar una matriz (34, 44) de precodificación usada por un dispositivo de comunicación remoto para generar un vector precodificado a partir de un vector de símbolos para una transmisión de una única portadora sobre un enlace de radio MIMO a dicho dispositivo de comunicación;

recibir (38, 46) sobre el enlace de radio MIMO dicho vector precodificado que ha sido precodificado con dicha matriz de precodificación determinada; y

descodificar (40, 48) dicho vector precodificado recibido, caracterizado porque dicha matriz de precodificación tiene cuatro filas y dos o tres columnas, en el que dicha matriz de precodificación está restringida de manera que cada fila comprende al menos un elemento cero, de manera que el número de elementos diferentes de cero en cada fila es menor que el número de columnas en dicha matriz de precodificación, y en el que la matriz de precodificación está restringida adicionalmente en el sentido de que cada una de dichas columnas tiene al menos un elemento diferente de cero y cada una de dichas filas tiene al menos un elemento diferente de cero.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, que comprende además:

recibir (44) desde el dispositivo de comunicación remoto una indicación de la matriz de precodificación usada para generar el vector precodificado.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, que comprende además:

evaluar (32) una pluralidad de matrices de precodificación; seleccionar (34) de entre la pluralidad de matrices de precodificación la matriz de precodificación a ser usada por el dispositivo de comunicación remoto para generar el vector precodificado a partir del vector de símbolos, y

transmitir (36) a dicho dispositivo de comunicación remoto una indicación de la matriz de precodificación seleccionada.