Método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada.

Método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada,

empleando dichos sistemas CBST técnicas de diagonalización de bloques y desplegándose en escenarios MIMO-OFDM, en el que dicha optimización se somete a una pluralidad de limitaciones en la transmisión de potencia máxima disponible desde cada estación base, comprendiendo resolver dicha optimización de asignación de potencia con una única limitación que considera una estación base equivalente entre dichas estaciones base, en el que dicha única limitación es la más estricta de dicha pluralidad de limitaciones, caracterizado por que dicha única limitación se basa en una función que comprende los pesos de precodificación cuya suma de valores al cuadrado es máxima entre todas dichas estaciones base de cada símbolo transmitido a cada usuario.

Método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada DESCRIPCIÓN

Campo de la técnica La presente invención se refiere, en general, a un método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada, empleando dichos sistemas CBST técnicas de diagonalización de bloques con el fin de eliminar la interferencia entre usuarios y desplegándose en escenarios MIMOOFDM. Más particularmente se refiere a un método que emplea una nueva técnica de waterfilling (distribución óptima de potencia) que proporciona un rendimiento muy próximo al ideal teórico pero con una complejidad computacional reducida.

Estado de la técnica anterior Durante los últimos años, el uso de OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal) , una técnica de transmisión multiportadora para transmitir información en paralelo sobre múltiples subportadoras, se ha convertido en una solución al problema de transmisión de datos sobre canales inalámbricos con gran dispersión de retardo [1]. Por este motivo, se ha adoptado en varias normas inalámbricas tales como difusión de audio digital (DAB) , difusión de vídeo digital (DVBT) , 802.11a/g/n de IEEE (WiFi) , 802.16e/m de IEEE (WiMAX) , y LTE (evolución a largo plazo) y LTE avanzada de 3GPP.

OFDM puede combinarse con agrupaciones de antenas en el transmisor y el receptor para aumentar la ganancia de diversidad y/o para mejorar la capacidad del sistema en canales selectivos en frecuencia y variables en el tiempo. Se han propuesto técnicas de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) como medio para aprovechar el aumento posible de ganancia y capacidad [2]. Sin embargo, el procesamiento MIMO en redes celulares reales se enfrenta con un problema significativo: lograr aumento de capacidad y ganancia a través de técnicas MIMO requiere valores de relaciones señal a ruido más interferencia (SINR) significativos, del orden de 15 dB [3], y estos valores de SINR pueden encontrarse únicamente en las proximidades de las estaciones base.

Como resultado, en sistemas de banda ancha móvil que usan estas tecnologías, se observa una diferencia considerable entre el rendimiento de centro de célula y de borde de célula debido a la interferencia entre células, especialmente cuando se emplea reutilización de frecuencia uno, que plantea la principal limitación de las redes móviles del estado de la técnica. Por tanto es clave para una verdadera ubicuidad de banda ancha móvil salvar esta diferencia introduciendo técnicas innovadoras.

Se han propuesto varias soluciones tecnológicas para resolver los problemas identificados basadas en transmisión de estación base cooperativa. Por un lado, las técnicas de BS cooperativa permiten a un usuario beneficiarse de la comunicación desde múltiples BS, especialmente en el límite de célula. La diversidad aumenta, la calidad de comunicación aumenta, y en general, el presupuesto de enlace global es más favorable, llevando a menos consumo de energía a nivel de sistema. Por otro lado, el uso de repetidores disminuye la distancia vista por el usuario (en el límite de célula) y la infraestructura. Como resultado, el usuario puede alcanzar el repetidor con menos potencia, ahorrando duración de la batería y disminuyendo simultáneamente su contribución a la interferencia.

Recientemente se ha trabajado en manejar la interferencia en sistemas celulares con reutilización uno. En [4] se propone un algoritmo de diagonalización de bloques (BD) que tiene en cuenta la presencia de interferencia de otra célula (OCI) para un enlace descendente MIMO multiusuario. Se usa un filtro blanqueador para la eliminación de interferencia en el receptor y un precodificador que usa la matriz de covarianza de interferencia más ruido para cada usuario en el transmisor en la estación base. En esta propuesta el transmisor tiene perfecta información de estado del canal (CSI) y perfecto conocimiento del filtro blanqueador. Hasta ahora, esta técnica se ha empleado habitualmente sobre canales de desvanecimiento plano.

En la figura 1 se mostrará una ilustración de este sistema, en la que la señal equivalente recibida tras el filtro de eliminación de interferencia se da por:

KK

rk = Wk Hk xk + Wk Hk xl + Wk zk = Wk Hk Mk sk + Wk Hk Mlsl + Wk zk =

l =1, l kl =1, l k

K

= Wk Hk Bk Dk sk + Wk Hk Bl Dlsl + Wk zk = Heff , k Dk sk + Wk zk

l =1, l k

donde la interferencia de otros usuarios se elimina usando el precodificador Bk. La matriz Wk es un filtro de blanqueador o de eliminación de interferencia que está determinado únicamente por la matriz de covarianza de

interferencia más ruido independiente de cada canal de usuario. Por otro lado, el precodificador Mk es una cascada de dos matrices de precodificación Bk y Dk para diagonalización de bloques (Mk = BkDk) donde Bk elimina la interferencia entre células y Dk se usa para paralelización y asignación de potencia por medio de la técnica de distribución óptima de potencia convencional. El precodificador de transmisión Mk requiere la descomposición de H

eff , k

valor individual (SVD, Singular value descomposition) de que incluye Wk como la información de la matriz de covarianza de interferencia más ruido para cada usuario:

** (Ver fórmula) **

Así cada receptor tiene que notificar Wk al transmisor.

En [5] los autores analizan varios enfoques para superar la interferencia en redes celulares MIMO. Si se conoce la interferencia por los transmisores, la codificación cooperativa entre las estaciones base que usan Dirty Paper Coding (DPC) puede suprimir la OCI. Este esquema se ha mostrado para alcanzar la capacidad (teórica máxima) del canal de enlace descendente MIMO multiusuario. Sin embargo, tiene una alta complejidad computacional.

En [6] [7] se proponen varias estrategias para realizar transmisión de estación base coordinada (CBST) . La interferencia se elimina coordinando en conjunto y coherentemente la transmisión desde las estaciones base en la red, suponiendo que las estaciones base conocen todas las señales de enlace descendente.

En un esquema de transmisión de estación base coordinada (CBST) , la señal transmitida desde una BS particular puede llegar eventualmente, dependiendo de las condiciones de propagación, a un cierto número de usuarios adyacentes en el sistema celular a los que dan servicio otras BS. Bajo este supuesto, el canal puede modelarse mediante una matriz H N?r × M?t en la que cada coeficiente de la matriz representa el desvanecimiento desde cada antena de transmisión en la BS hasta cada antena de recepción en el lado de usuario. El modelo de señal recibida es el siguiente:

y = Hx + n

donde y es el vector de señal N?r ×1 recibido, x es el vector de señal M?t ×1 transmitido desde todas las BS, y n es el vector de ruido gaussiano complejo independiente e idénticamente distribuido Nr×1 con varianza 2.

Si Hk, con k = 1...N, se define como la matriz de canal r×M?t vista por el usuario k, entonces TT

H =[HH LHT ]

N

donde el superíndice T significa la transpuesta.

Para el escenario CBST x puede definirse de la siguiente manera 40

rr r x = b w + b w + L + bNi w Ni = Wb

1i 1i 2i 2i i=1 i=1 i=1

donde bki representa el símbolo iésimo para el usuario k transmitido con potencia Pki, y 1 ( m1) t + j Mt ] ( m1) t + j

w =[w, K , w , K , w w

ki kiki ki

ki son los vectores de precodificación siendo el peso de la 45 antena de transmisión jésima (j = 1...t) de la estación base mésima para el símbolo iésimo del usuario k transmitido.

La matriz de precodificación W =[w , K , w , K , w , K , w , K , w , K , w ]

1rk1 kr N1 Nr

se obtendrá bajo unos criterios de forzado a cero para garantizar que

k

q

H

k q1

, w

, K

, w

w

1/2 1/2 1/2 }

diag , ,

)

contiene las raíces cuadradas de los valores propios distintos de cero de la matriz QkQk

(

0: ) ()

(

{

[

=

]

qrq

:

k

US

k

=

q

k

2

1

=

w

ki , k = 1, , N, i = 1, , r K

S

=

, k k1 k 2 k r

donde Uk es una matriz unitaria ymatriz diagonal que es una T

, siendo Qk la parte de la matriz de canal Hk ortogonal al subespacio abarcado por los canales Hq de otros usuarios (q ... [Seguir leyendo]

1. Método para optimizar la asignación de potencia de flujos de usuario transmitidos desde estaciones base en sistemas de transmisión de estación base coordinada, empleando dichos sistemas CBST técnicas de 5 diagonalización de bloques y desplegándose en escenarios MIMOOFDM, en el que dicha optimización se somete a una pluralidad de limitaciones en la transmisión de potencia máxima disponible desde cada estación base, comprendiendo resolver dicha optimización de asignación de potencia con una única limitación que considera una estación base equivalente entre dichas estaciones base, en el que dicha única limitación es la más estricta de dicha pluralidad de limitaciones, caracterizado por que dicha única limitación se basa en una función que comprende los pesos de precodificación cuya suma de valores al cuadrado es máxima entre todas dichas estaciones base de cada símbolo transmitido a cada usuario.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende definir dicha función según la expresión siguiente:

t

p p, ( (m 1) ·t + j )

n ki = max m =1K M wki 2

j =1

donde p es el índice de la subportadora; k es el índice del usuario;

i es el índice del símbolo que va a transmitirse; M es el número de estaciones base; t es el número de antenas de cada estación base; y max calcula el valor máximo.

3. Método según la reivindicación 2, que comprende definir dicha única limitación según la expresión siguiente:

N OFDM Nr Pkip n kip Pmax p = 1 k = 1 i = 1

donde NOFDM es el número de subportadoras planas independientes en las que se descompone un canal visto por un usuario; N es el número de equipos de usuario; r es el número de antenas en cada equipo de usuario;

Pki p es el nivel de dicha asignación de potencia del flujo de usuario del usuario k, para el símbolo I y la subportadora p; y Pmax es dicha potencia máxima disponible para la transmisión desde cada estación base.

4. Método según la reivindicación 3, que comprende realizar dicha optimización resolviendo la expresión siguiente: 40

N OFDM r p

N Pp

ki ki maxk log2 1+ 2 f

k =1p=1i =1

·

sometida a dicha única limitación, donde 45 k indica la prioridad del usuario k y es un número entre 0 y 1; ki p es un valor propio distinto de cero de la matriz producto de QkQkT, donde T significa transpuesta; Qk es la parte de la matriz de canal Hk ortogonal al subespacio abarcado por los canales Hq de otros usuarios (kq) ; Hk es la matriz de canal M?t x r vista por el usuario k; y 50 2 es la varianza de ruido gaussiano.

5. Método según la reivindicación 4, en el que el resultado de dicha optimización comprende la expresión siguiente:

2 +

Pkip =K k n

kip kip

donde 2

K =

ln () µ

2

I es el multiplicador de Lagrange usado para maximizar la tasa de suma ponderada de los usuarios. [...]+ expresa el valor máximo entre cero y el argumento.

6. Método según la reivindicación 5, que comprende considerar los valores de Oki p iguales para todo k, i y p y definir dicho resultado de dicha optimización según la expresión siguiente:

p 2 + Pki =K k p

ki