Procedimientos y aparatos con matrices de precodificación en un sistema de telecomunicaciones MIMO.

Un sistema 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 sistema comprende:

un equipo de usuario que comprende un transmisor que comprende una pluralidad de antenas (12) y un circuito (16) de procesamiento, en el que dicho circuito de procesamiento comprendido en el equipo de usuario está adaptado 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 el que dicha matriz de precodificación tiene cuatro filas y dos o tres columnas, en el que dicho transmisor está adaptado para transmitir dicho vector precodificado sobre un enlace de radio MIMO; y

una estación base de radio que comprende un transceptor que comprende una pluralidad de antenas, en el que la estación base de radio comprende un circuito de procesamiento,

dicho circuito de procesamiento comprendido en la estación base de radio está adaptado para determinar una matriz de precodificación usada por la estación base de radio del equipo de usuario, para generar un vector precodificado a partir de un vector de símbolos para su transmisión de una única portadora sobre un enlace de radio MIMO, 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 comprendido en la estación base de radio está adaptado además para decodificar dicho vector precodificado recibido, caracterizado por que dicha matriz de precodificación está restringida de manera que cada fila comprende al menos un elemento igual a 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, además, en 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.

Procedimientos y aparatos con 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 x 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 precodlflcados.

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 x 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 exponen diferentes aspectos de precodificación para un enlace descendente LTE.

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, se considera que las referencias a la reducción de la PAPR de una señal hacen 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:

w = wk

(2)

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.

El documento "Peak Power Characteristics of Single Carrier FDMA MIMO Precoding System" Hyung 6. Myung et al, publicado en Septiembre de 2007, VEHICULAR TECHNOLOGY CONFERENCE, 2007 IEEE 66th Baltimore, Maryland, EE.UU., 30 de Septiembre - 03 de Octubre de 2007, analiza el efecto sobre PAPR causado por una precodificación en un sistema de una única portadora.

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 transmitido:

(3)

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.

La presente invención está dirigida a un sistema de comunicación y a un procedimiento en un sistema de comunicación según las reivindicaciones adjuntas.

En una realización, la matriz de precodificación está restringida de manera que cada fila tiene un único elemento diferente de cero. Al garantizar que la matriz de precodificación tiene un único elemento diferente de cero por cada fila, se evita la mezcla de señales desde diferentes capas. En otra realización, la matriz de precodificación está restringida de manera que cada columna tiene el mismo número de elementos diferentes de cero. De esta manera, cada... [Seguir leyendo]

1. Un sistema 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 sistema comprende:

un equipo de usuario que comprende un transmisor que comprende una pluralidad de antenas (12) y un circuito (16) de procesamiento, en el que dicho circuito de procesamiento comprendido en el equipo de usuario está adaptado 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 el que dicha matriz de precodificación tiene cuatro filas y dos o tres columnas, en el que dicho transmisor está adaptado para transmitir dicho vector precodificado sobre un enlace de radio MIMO; y

una estación base de radio que comprende un transceptor que comprende una pluralidad de antenas, en el que la estación base de radio comprende un circuito de procesamiento,

dicho circuito de procesamiento comprendido en la estación base de radio está adaptado para determinar una matriz de precodificación usada por la estación base de radio del equipo de usuario, para generar un vector precodificado a partir de un vector de símbolos para su transmisión de una única portadora sobre un enlace de radio MIMO, 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 comprendido en la estación base de radio está adaptado además para decodificar dicho vector precodificado recibido, caracterizado por que dicha matriz de precodificación está restringida de manera que cada fila comprende al menos un elemento igual a 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, además, en 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. Sistema de comunicación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha matriz de precodificación es seleccionada de un libro de códigos que comprende una pluralidad de matrices de precodificación predeterminadas.

3. Sistema 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. Sistema 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 Fouriercon espectro ensanchado DFTS-OFDM.

5. Sistema de comunicación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el circuito de procesamiento comprendido en la estación base está adaptado 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 equipo de usuario para generar el vector precodificado a partir del vector de símbolos, y en el que el transceptor está adaptado para transmitir a dicho equipo de usuario una indicación de la matriz de precodificación seleccionada.

6. Un procedimiento en un sistema 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, que comprende:

determinar (34, 44), por parte de una estación base de radio, una matriz de precodificación usada por un equipo de usuario 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 dicha estación base de radio,

aplicar (24), por parte del equipo de usuario, la matriz de precodificación a un vector de símbolos, generando un vector precodificado,

transmitir (26), por parte del equipo de usuario, el vector precodificado sobre el enlace de radio MIMO,

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

decodificar (40, 48), por parte de la estación base, dicho vector precodificado recibido,

en el que dicha matriz de precodificación tiene cuatro filas y dos o tres columnas, caracterizado por que dicha matriz de precodificación está restringida de manera que cada fila comprende al menos un elemento igual a 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 que cada una dichas columnas tiene al menos un elemento diferente de cero y cada una de dichas filas tiene al menos un elemento diferente de cero; y

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que dicha matriz de precodificación está restringida adicionalmente de manera que cada fila tiene un único elemento diferente de cero.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, 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 cada capa.

9. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que dicha matriz de precodificación está restringida de manera que cada columna tiene el mismo número de elementos diferentes de cero.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6-9, en el que cada elemento diferente de cero tiene el mismo valor absoluto.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6-10, en el que dicha matriz de precodificación es seleccionada de un libro de códigos que comprende una pluralidad de matrices de precodificación predeterminadas.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, 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.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6-12, que comprende además:

recibir (44), por parte de la estación base, desde el equipo de usuario, una indicación de la matriz de precodificación usada para generar el vector precodificado.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, que comprende además:

evaluar (32), por parte de la estación base, una pluralidad de matrices de precodificación;

seleccionar (34), por parte de la estación base, 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 equipo de usuario una indicación de la matriz de precodificación seleccionada.