Método para reducir el gasto general de información de realimentación en sistemas MIMO OFDM precodificados.

Un método para reducir una cantidad de información de realimentación de precodificación en un sistema de comunicación de portadoras múltiples de Entrada-Múltiple Salida Múltiple (MIMO),

en el que se transmite información sobre un número de corrientes Ns que utilizan sub-portadoras múltiples que son agrupadas juntas en un conjunto Ω de K sub-bandas permitidas (n1,..., nK), comprendiendo el método:

seleccionar, en una unidad de transmisión, una matriz de precodificación adecuada que debe utilizarse a partir de un libro de códigos de precodificación basado en índices de libros de códigos realimentados desde una unidad de recepción, caracterizado por que el método comprende: recibir información que identifica un número limitado de K' de sub-bandas en un subconjunto ω, (m1,..., mk,) del conjunto Ω y un número limitado de P índices del libro de códigos que deben utilizarse para las K' sub-bandas en el subconjunto ω, siendo seleccionados conjuntamente la información y los P índices del libro de códigos, considerando a mismo tiempo la calidad de la transmisión para cada combinación relevante de sub-bandas y matrices, y siendo realimentados desde la unidad de recepción, y transmitir sobre las K' sub-bandas utilizando los P índices del libro de códigos; en el que el número de P índices del libro de códigos es uno, P ≥ 1.

Método para reducir el gasto general de información de realimentación en sistemas MIMO OFDM precodificados. Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de tecnologías de la comunicación y, en particular, a un método, a una unidad de recepción y a una unidad de transmisión para reducir la cantidad de información de realimentación de precodificación en un extremo de recepción y/o un extremo de transmisión de un sistema de comunicaciones.

Antecedentes

En sistemas de comunicaciones sin hilos que utilizan antenas múltiples tanto en el transmisor como también en el receptor, conocidos comúnmente como sistemas de Entrada-Múltiple y Salida-Múltiple (MIMO), es bien conocido en la técnica anterior que el rendimiento se mejora grandemente si se puede utilizar precodificación lineal MIMO en el lado del transmisor. Tal precodificación lineal ha sido implementada en la Norma IEEE 802.16-2005 y se sugiere también para 3GPP E-UTRA.

La Multiplexión por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM) combinada con MIMO permite una extensión de la precodificación MIMO a canales MIMO selectivos de frecuencia. En MIMO-OFDM, un canal de banda ancha es convertido en canales múltiples de banda estrecha que corresponden a subportadoras OFDM. Se puede suponer que cada canal de banda estrecha tiene desvanecimiento plano.

Además, se forman grupos del mismo tamaño de subportadoras OFDM adyacentes para obtener sub-bandas OFDM. Un valor común, utilizado en 3GPP E-UTRA, es 25 sub-portadoras OFDM adyacentes que forman una subbanda OFDM. Por lo tanto, el ancho de banda total se divide en K sub-bandas. La anchura de cada sub-banda se selecciona para que el canal tenga desvanecimiento aproximadamente plano dentro de cada sub-banda. Esto implica que la misma matriz de precodificación óptima es aproximadamente válida para todas sub-portadoras dentro de una sub-banda.

Un problema que se plantea en MIMO-OFDM es que debido a la programación selectiva de frecuencia, se incrementa el gasto general de realimentación, puesto que la calidad del canal se convierte en una función de un número de sub-bandas OFDM. Además, cuando se aplica precodificación lineal MIMO basada de libro de códigos, el receptor tiene que indicar el índice de la matriz de precodificación (PMI) al libro de códigos para cada sub-banda OFDM. Esto significa que la carga de gasto general de señalización llega a ser significativa y deben encontrarse métodos para reducir este gasto general.

Para MIMO-OFDM precodificados basados en libro de códigos, existen algunas técnicas antecedentes que aprovechan la correlación de matrices óptimas de precodificación sobre subportadoras o sub-bandas adyacentes para reducir la realimentación de información de precodificación.

Al final de esta memoria descriptiva se muestra una lista de un número de documentos de la técnica anterior.

En el documento [6] 3GPP R1 -061441, Feedback Reduction for Rank-I Pre-coding for E-UTRA Downlink, Texas Instruments, Shanghai, Mayo 2006 y en el documento [7] 3GPP R1-061439, Evaluation of Codebook-based Precoding for LTE MIMO Systems, Texas Instruments, Shanghai, Mayo 2006 se describe un método de agrupación, en el que la realimentación de información de precodificación se reduce creando grupos mayores de subportadoras adyacentes y hallando una matriz de precodificación que es válida por término medio para este grupo mayor. Por ejemplo, en el documento [6] se recomienda que un índice de la matriz de precodificación para cada segunda sub- banda OFDM sea suficiente sólo con una degradación pequeña del rendimiento comparada con la realimentación de un índice de la matriz de precodificación para cada sub-banda OFDM. De esta manera, se reduce a la mitad el gasto general de realimentación para la matriz de precodificación.

El mismo método básico se adopta en el documento [3] J. Choi, R. W. Heath Jr., Interpolaron Based Unitary Precoding for Spatial Multiplexing MIMO-OFDM with Limited Feedback, IEEE Globecom Conference 2004, Dallas, USA, Noviembre 2004, páginas 214-218) y en el documento [4] J. Choi, R. W. Heath, Jr., Interpolation Based Transmit Beamforming for MIMO-OFDM with Limited Feedback, lEEE-Transactions on Signal Processing, Vol. 53, N° 11, Noviembre 2005, páginas 4125-4135. Los autores sugieren aquí presentar índices de la matriz de precodificación para cada subportadora L:th OFDM, muestreados uniformemente sobre toda la anchura de banda. En el transmisor, se realiza una reconstrucción de los índices de la matriz de precodificación intermedios utilizando interpolación.

En el documento [5] B. Mondahl, R. W. Heath, Jr., Algorithms for Quantized Precoding in MIMO-OFDM Beamforming Systems, Proceedings of the SPIE, Volumen 5847, páginas 80-87, 2005 se sugiere un método alternative, en el que la información de canal (información de matriz de precodificación) es cuantificada en el dominio de tiempo, en lugar del dominio de frecuencia, donde la transformación descorrelaciona la información de canal. La idea es descorrelacionar la información de la matriz de precodificación antes de la cuantificación. Se muestra que el rendimiento de este método es similar a la propuesta de agrupamiento en el documento [4],

Todos los métodos de reducción de la señalización de realimentación de índices de la matriz de precodificación de la técnica anterior tienen el inconveniente de que con frecuencia realimentan información que no se utiliza en un extremo de transmisión del sistema. Las soluciones de la técnica anterior para reducir el gasto general de realimentación de índices de la matriz de precodificación no tienen en consideración que alguna información es más valiosa que otra información en el extremo de transmisión.

Existe una necesidad de un método que selecciona de forma inteligente qué información debe realimentarse para reducir adicionalmente la cantidad de gasto general de señalización de realimentación de índices de la matriz de

precodificación.

El documento US 2006/093065 A1 describe un método de señalización y de realimentación, en el que la estación de base emite una solicitud de realimentación y una asignación de recursos de realimentación al móvil y el móvil determina pesos del libro de códigos y ponderaciones de la corriente. Por ejemplo, un conjunto simple de pesos del libro de códigos y de pesos de potencia se puede realimentar y utilizar para toda la anchura de banda asignada a una transmisión MIMO particular a una estación móvil. De manera alternativa, se puede utilizar un método selectivo de frecuencia, donde se realimenta más de un conjunto, correspondiendo cada conjunto a un conjunto diferente de subportadoras

Resumen

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método y una unidad de recepción para reducir la cantidad de información de realimentación de precodificación en los extremos de recepción y de transmisión de un sistema de

comunicaciones.

En particular, un objeto de la presente invención es proporcionar un método y una unidad de recepción que reducen la cantidad de señalización de realimentación de índices de la matriz más que los métodos de la técnica anterior.

Además, un objeto de la presente invención es proporcionar un método y una unidad de recepción que limitan la señalización de realimentación de índices de la matriz a la información que será útil en el sistema.

Estos objetos se consiguen por el método de reducción de información de realimentación de precodificación de acuerdo con la porción de caracterización de la reivindicación 1.

Estos objetos se consiguen también por medio de la unidade de recepción que reduce la información de realimentación de precodificación de acuerdo con la porción de caracterización de la reivindicación 8.

El método y la unidad de recepción de acuerdo con la invención hacen posible, en el extremo de recepción, decidir efectivamente qué información será necesaria en el extremo de transmisión y luego realimentar esta información.

Esto se consigue por el método y la unidad de recepción y la unidad de de acuerdo con la invención, puesto que no derrochan recursos de comunicación sobre información de señalización con respecto a sub-bandas que tienen baja calidad.

Debido a esto, el método y la unidad de recepción de acuerdo con la invención limitan la información de realimentación para incluir solamente información relacionada con sub-bandas que es probable que sean programadas para transmisión. De esta manera, se puede reducir la cantidad de información de realimentación.

La invención presenta una solución que tiene un buen compromiso entre rendimiento y reducción... [Seguir leyendo]

1. Un método para reducir una cantidad de información de realimentación de precodificación en un sistema de

comunicación de portadoras múltiples de Entrada-Múltiple Salida Múltiple (MIMO), en el que se transmite información sobre un número de corrientes Ns que utilizan sub-portadoras múltiples que son agrupadas juntas en un conjunto Q de K sub-bandas permitidas (n1....nK), comprendiendo el método:

seleccionar, en una unidad de transmisión, una matriz de precodificación adecuada que debe utilizarse a partir de un libro de códigos de precodificación basado en índices de libros de códigos realimentados desde una unidad de recepción, caracterizado por que el método comprende: recibir información que identifica un número limitado de K de sub-bandas en un subconjunto co, (mi,..., mk,) del conjunto Q y un número limitado de P índices del libro de códigos que deben utilizarse para las K sub-bandas en el subconjunto co, siendo seleccionados conjuntamente la información y los P índices del libro de códigos, considerando a mismo tiempo la calidad de la transmisión para cada combinación relevante de sub-bandas y matrices, y siendo realimentados desde la unidad de recepción, y transmitir sobre las K sub-bandas utilizando los P índices del libro de códigos; en el que el número de P índices del libro de códigos es uno, P = 1.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se incluyen P índices del libro de códigos en un vector n.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el subconjunto co {rru, mKj y los P índices del libro de códigos cumplen:

{n, co} = arg max /(ñ,é, Ns)

n,4> en la que

n es un vector que contiene P índices de la matriz de precodificación que corresponden a las sub-bandas o grupos de sub-bandas en el subconjunto de sub-bandas co,

/ es una función de la calidad de transmisión escalar que toma en consideración la calidad de transmisión sobre medidas de corrientes múltiples y de sub-bandas múltiples,

K es un número dado que define el número de sub-bandas para las que deben transportarse índices del libro de

códigos, K < K, y

Ns es un número de corrientes.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el subconjunto co (mi, mKj, los P índices del libro de códigos en el vector n y el número de corrientes Ns cumplen:

{n,tD,Ws}= arg max /(n,G>, Ñs )

nj¡><Ns en la que

n es un vector que contiene P índices de la matriz de precodificación que corresponden a las sub-bandas o grupos de sub-bandas en el subconjunto de sub-bandas co,

/ es una función de la calidad de transmisión escalar que toma en consideración la calidad de transmisión sobre medidas de corrientes múltiples y de sub-bandas múltiples,

K es un número dado que define el número de sub-bandas para las que deben transportarse índices del libro de códigos, K < K, y

Ns es un número de corrientes.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, en el que la función / se define como: /(n,w,Ns ) = m¡n(E£'SA/, {U,(0,Ns),A,EESMNs (n,Cú, A^)). 0

/(n,co, Ns)=f\log, (l + EESMs (n,co, Ns))

j=I ¡ O

/(n,o), ns )=f, g kLER (eesm, (n, 6), N ¡¡))

.1-1

; o

/(n EESM¡..(n.»,*,),

en la que

EESM es una función de aplicación SIR exponencial efectiva, y

gra fp(x) es una función que aplica valores EESM a un tamaño lo más grande posible de bloques de códigos (número de bits de información) que da BLER inferiora un valor deseado prescrito.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que la unidad de transmisión es un BTS/Nodo B y la unidad de recepción es una estación móvil/UE.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que un índice de la matriz de precodificación para un conjunto complementario tu es comunicado a la unidad de transmisión además de los P índices de la matriz de precodificación para el subconjunto ro, donde raYs) = Qyfiesel conjunto total de las subbandas permitidas.

8. Una unidad de recepción dispuesta para reducir una cantidad de información de realimentación de precodificación en un sistema de comunicaciones de Entrada-Múltiple Salida-Múltiple (MIMO) de portadoras múltiples, estando dispuesto el sistema para transportar información sobre un número de corrientes Ns utilizando sub-portadoras múltiples que están agrupadas juntas en un conjunto Q de K sub-bandas permitidas (n1,.... nK), caracterizada por que la unidad de recepción comprende:

medios para seleccionar conjuntamente, considerando al mismo tiempo la calidad de transmisión para cada combinación relevante de sub-bandas y matrices, un número limitado de P índices del libro de códigos y un número limitado de K sub-bandas que deben incluirse en un subconjunto ro (rru,..., mu) del conjunto Q, donde K se ajusta a un valor K < K y P se ajusta a un valor P < K, y

medios para transportar los P índices del libro de códigos de información que identifica el subconjunto ro a la unidad de transmisión correspondiente;

en la que el número de índices del libro de códigos P es uno, P = 1.

9. La unidad de recepción de acuerdo con la reivindicación 8, en la que los índices del libro de códigos se incluyen en un vector n

10. La unidad de recepción de acuerdo con la reivindicación 9, en la que el subconjunto ro (rru,..., mu) y los P índices del libro de códigos cumplen:

{nf£ü}^ argni)ax/(nf©,

en la que

n es un vector que contiene P indices de la matriz de precodificación que corresponden a las sub-bandas o grupos de sub-bandas en el subconjunto de sub-bandas ro,

/ es una función de la calidad de transmisión escalar que toma en consideración la calidad de transmisión sobre medidas de corrientes múltiples y de sub-bandas múltiples,

K es un número dado que define el número de sub-bandas para las que deben transportarse índices del libro de

códigos, K < K, y

Ns es un número dado de corrientes.

11. La unidad de recepción de acuerdo con la reivindicación 9, en la que el subconjunto co (rru, iuk) y los P índices del libro de códigos en el vector n y el número de corrientes Ns cumplen

Ns} = arg piax /(ñ,étÑs)

en la que n es un vector que contiene P índices de la matriz de precodificación que corresponden a las sub-bandas o grupos de sub-bandas en el subconjunto de sub-bandas ro,

/ es una función de la calidad de transmisión escalar que toma en consideración la

calidad de transmisión sobre medidas de corrientes múltiples y de sub-bandas múltiples,

K es un número dado que define el número de sub-bandas para las que deben transportarse índices del libro de códigos, K < K, y

Ns es un número dado de corrientes.

12. La unidad de recepción de acuerdo con las reivindicaciones 10 u 11, en la que la función f se define como

en la que

EESM es una función de aplicación SIR exponencial efectiva

9bler(x) es una función que mapea valores EESM a un tamaño de bloque de códigos lo más grande posible correspondiente (número de bits de información), que da BLER menos que un valor deseado prescrito.

13. La unidad de recepción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en la que la unidad de transmisión es un BTS/Nodo B y la unidad de recepción es una estación móvil/UE.

14. La unidad de recepción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en la que un índice de matriz de precodificación para un conjunto complementario vs es transportado a la unidad de transmisión además de los P índices de la matriz de precodificación para el subconjunto co, donde tnYco = QyQesel conjunto total de las sub-bandas permitidas.

15. Un sistema de comunicación de Entrada-Múltiple Salida Múltiple (MIMO) de portadoras múltiples, que comprende una unidad de transmisión en comunicación con una unidad de recepción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, estando dispuesto el sistema para reducir una cantidad de información de realimentación de precodificación en el sistema, en el que

se transmite información sobre un número de corrientes Ns utilizando sub-potadoras múltiples que están agrupadas juntas en un conjunto Q de K sub-bandas permitidas (n-i,.... nk),

estando dispuesta la unidad de transmisión para seleccionar una matriz de precodificación adecuada que debe utilizarse a partir de un libro de códigos de precodificación basado en índices del libro de códigos realimentados desde la unidad de recepción, y la unidad de transmisión comprende:

medios para recibir información, realimentada desde la unidad de recepción, que identifica un número limitado de K sub-bandas en un subconjunto co(mi,..., mk) del conjunto Q y un número limitado de P índices del libro de códigos que deben utilizarse para las K sub-bandas en el subconjunto co, en el que K se ajusta a un valor K < K y P se ajusta a un valor P < K, siendo seleccionados conjuntamente la información y los P índices del libro de códigos, considerando al mismo tiempo la calidad de la transmisión para cada combinación relevante de sub-bandas y matrices, y siendo realimentados desde la unidad de recepción, y medios para transmitir sobre las K sub-bandas utilizando los P índices del libro de códigos.

o

/(n,w, N, )=£ A N,))

JT»I

Ns ) = EESM,j,t {n,6>,Ns),

o