Rango y mecanismo práctico simplificado y método asociado, para adaptar la modulación MIMO en un sistema multiportadora con realimentación.

Un método para adaptar parámetros de transmisión en un sistema de comunicación multiportadora que tiene múltiples antenas de transmisión (304) y/o múltiples antenas de recepción (316),

en que el método comprende: recibir un parámetro estadístico de un canal de banda ancha, en que el parámetro estadístico ha sido computado a partir de características de canal de más de una subportadora;

usar el valor de dicho parámetro estadístico para seleccionar un tipo de modulación matricial, un tipo de constelación de señal y una tasa de codificación de canal concatenada a usar para un símbolo de modulación multiportadora dado (109, 209); y

transmitir símbolos de modulación multiportadora usando la modulación matricial, la constelación de señal y la tasa de codificación de canal concatenada seleccionadas (110, 210).

Rango y mecanismo prïctico simplificado y mïtodo asociado, para adaptar la modulaciïn MIMO en un sistema multiportadora con realimentaciïn CAMPO TïCNICO

La invenciïn se refiere en general al campo de la transmisiïn inalïmbrica y, mïs especïficamente, a enlaces de transmisiïn multiportadora de banda ancha. Aïn mïs especïficamente, la invenciïn se refiere a un rango y mecanismo prïctico simplificado para adaptar la modulaciïn MIMO en un sistema multiportadora con realimentaciïn.

De acuerdo con la invenciïn, un enlace de transmisiïn que opera en un canal de comunicaciïn variable en el tiempo estï equipado con caracterïsticas de adaptaciïn para mejorar el rendimiento respecto a caracterïsticas de canal. Un 10 nïmero de tipos de adaptaciïn convencionales incluyen constelaciïn de seïal, asignaciïn de potencia, y carga de bits. La presente invenciïn estï relacionada con la adaptaciïn de esquemas de transmisiïn para sistemas multiportadora de mïltiples entradas y mïltiples salidas (MIMO, del inglïs “Multiple-Input, Multiple-Output”) en que la adaptaciïn se realiza entre modos de transmisiïn, en que un modo incluye un tipo de modulaciïn matricial, y puede incluir adicionalmente una constelaciïn de seïal especïfica, un cïdigo de canal concatenado especïfico, y su tasa.

Este tipo de adaptaciïn es denominada aquï adaptaciïn espacial. Hay que resaltar que la invenciïn no se refiere en particular a la asignaciïn de potencia sobre diferentes subportadoras.

ANTECEDENTES

La adaptaciïn de un esquema de transmisiïn para un sistema MIMO puede ser formulada como un problema de maximizaciïn del caudal con una probabilidad de indisponibilidad dada. Restricciones a la complejidad

computacional hacen mïs cercana una implementaciïn real para el problema.

Se han propuesto un nïmero de sistemas para adaptar la transmisiïn sobre un canal MIMO, pero sïlo unos pocos de tales sistemas tratan la cuestiïn de selecciïn de esquema MIMO, mientras que otros cubren la adaptaciïn de potencia; vïase, por ejemplo, Z. Zhou, B. Vucetic, "MIMO Systems with Adaptive Modulation", IEEE, proc. VTC04-Spring, y K. S. Kim, Y. H. Kim, J. Y. Ahn, "An Adaptive MIMO Transmission Technique for LDPC Coded OFDM

Cellular Systems", IEEE, proc. VTC04-Spring.

En "Adaptive transmission method in MIMO systems", RCS2003-310, Y. Murakami, K. Kobayashi, M. Orihashi, y T. Matsuoka, de Matsushita Electric Industrial Co. Ltd., proponen un sistema MIMO adaptativo en que una aproximaciïn de flujos paralelos es usada para canales con una elevada relaciïn de seïal a ruido (SNR, del inglïs “Signal-to-Noise Ratio”) , mientras que es adoptada una aproximaciïn de Alamouti para una relaciïn SNR mïs baja.

Sin embargo, esta adaptaciïn no es sïlo difïcil de extender a mïs de dos antenas de transmisiïn, debido a la no existencia de diseïos ortogonales de tasa uno, sino que ademïs no tiene en cuenta las propiedades espaciales del canal.

En "Adaptive rate MIMO system using space-time block mapping", IEEE 2003, K. J. Hwang, S. Lee, y K. H. Chang introducen una aproximaciïn prometedora en la que la tasa de multiplexaciïn espacial es modificada adaptativamente sobre la base de caracterïsticas de canal, tales como relaciïn SNR y correlaciïn. Este sistema, sin embargo, no ha sido completamente desarrollado.

Alternativamente, cierta tïcnica anterior caracteriza un canal MIMO a la vista de transmisiïn adaptativa. Por ejemplo, en "Characterization of MIMO channels for spatial multiplexing systems", IEEE 2001, R. W. Heath Jr., A. Paulraj proponen usar el nïmero de condiciïn de Demmel para evaluar la adecuaciïn de un canal para multiplexaciïn espacial. Adicionalmente, en "Measurement of Demmel condition number for 2x2 MIMO-OFDM broadband channels", proceeding of VTC04-Spring, IEEE 2004, N. Kita, W. Yamada, A. Sato, D. Mori, y S. Uwano muestran la distribuciïn del nïmero de condiciïn de Demmel en canales reales. Sin embargo, sobre la base de simulaciones, la adaptaciïn basada en el nïmero de condiciïn de Demmel no se comporta tan bien como es deseable para algunas aplicaciones.

El documento EP1367760 A2 da a conocer un sistema inalïmbrico que tiene una pluralidad de transmisores y receptores, en que uno de los transmisores estï dispuesto para transmitir a uno de los receptores y un transmisor puede ser controlado dependiendo de un parïmetro del transmisor; un parïmetro del receptor o un parïmetro de un entorno inalïmbrico entre el transmisor y el receptor.

De acuerdo con ello, se ha dirigido una bïsqueda continuada al desarrollo de un sistema y mïtodo para adaptar

parïmetros de transmisiïn en un sistema de comunicaciïn multiportadora que tiene mïltiples antenas de transmisiïn y/o mïltiples antenas de recepciïn.

SUMARIO

La presente invenciïn, de acuerdo con ello, proporciona un mïtodo y un dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 10 para realizar adaptaciïn de transmisiïn y espacial, en que la adaptaciïn estï basada en propiedades estadïsticas de un conjunto de caracterïsticas de canal, y en que el conjunto describe caracterïsticas de canal de mïs de una subportadora de un esquema de seïalizaciïn multiportadora.

Mïs especïficamente, se utilizan extensiones multiportadora simplificadas de adaptaciïn espacial, y la invenciïn estï dirigida en general a sistemas MIMO-OFDM (del inglïs “Orthogonal Frequency Division Multiplexing”,

multiplexaciïn por divisiïn ortogonal de frecuencia) . En el diseïo de un sistema MIMO-OFDM de aplicaciïn real con modulaciïn matricial adaptativa, se consideran al menos dos restricciones. Primero, la computaciïn de los parïmetros que describen el canal (que serïn denominados aquï como una “caracterïstica de canal”) debe tener una baja complejidad. Segundo, la cantidad de cabecera de datos necesaria para realimentar la caracterïstica de canal debe ser despreciable en comparaciïn con la carga ïtil de informaciïn.

En una realizaciïn preferida, los parïmetros estadïsticos comprenden medias (promediadas sobre un nïmero de subportadoras) de nïmeros que describen rangos prïcticos (pranks, del inglïs “practical ranks”) de la matriz de canal y posiblemente relaciones de seïal a interferencia+ruido (SINR, del inglïs “Signal-to-Interference+Noise Ratios”, tambiïn denominadas SNIR) o potencias recibidas totales de las realizaciones de canal de las subportadoras individuales. Mïs especïficamente, el rango prank aproximado es computado como la media de la relaciïn del valor absoluto de un autovalor dado de la matriz de canal al valor absoluto del autovalor mïs grande, computada sïlo sobre un subconjunto de las subportadoras totales. El subconjunto puede escogerse como subportadoras regularmente espaciadas separadas por una distancia menor que, o sustancialmente igual a, la anchura de banda (BW, del inglïs “BandWidth”) de coherencia de canal aproximada.

La transmisiïn es realizada usando el mismo tipo de modulaciïn matricial, la misma constelaciïn, y el mismo tipo y

tasa de codificaciïn de canal para todas las subportadoras en un sïmbolo dado, en que el tïrmino “sïmbolo” se usa aquï para hacer referencia a la parte de un sïmbolo OFDM asignada a un usuario, o mïs en general, a una unidad de transmisiïn para otros sistemas MC. Por concreciïn, la invenciïn es explicada aquï en el marco de una transmisiïn de sïmbolos OFDM completos a un usuario. Quedarï claro que el esquema adaptativo basado en el rango prank aproximado da un caudal medio que supera el caudal medio mïximo de las modulaciones matriciales componentes.

BREVE DESCRIPCIïN DE LOS DIBUJOS

Para una comprensiïn mïs completa de la presente invenciïn, y de sus ventajas, se hace referencia ahora a las siguientes descripciones tomadas en conjunciïn con los dibujos adjuntos, en los cuales:

la figura 1 presenta un diagrama de flujo que ilustra la lïgica de control para implementar caracterïsticas de la 30 presente invenciïn para adaptar parïmetros de transmisiïn en un sistema de comunicaciïn multiportadora que tiene mïltiples antenas de transmisiïn y/o mïltiples antenas de recepciïn;

la figura 2 presenta una realizaciïn alternativa de la lïgica de control de la figura 1, ejecutable sin relaciïn SNIR;

la figura 3 presenta un entorno de simulaciïn usado para probar el algoritmo de detecciïn de paquetes 35 propuesto;

la figura 4 presenta el comportamiento de la presente invenciïn; y

la figura 5 presenta el comportamiento en cuanto a tasa de error de bits (BER, del inglïs “Bit Error Rate”) de... [Seguir leyendo]

1. Un mïtodo para adaptar parïmetros de transmisiïn en un sistema de comunicaciïn multiportadora que tiene mïltiples antenas de transmisiïn (304) y/o mïltiples antenas de recepciïn (316) , en que el mïtodo comprende:

recibir un parïmetro estadïstico de un canal de banda ancha, en que el parïmetro estadïstico ha sido computado a partir de caracterïsticas de canal de mïs de una subportadora;

usar el valor de dicho parïmetro estadïstico para seleccionar un tipo de modulaciïn matricial, un tipo de constelaciïn de seïal y una tasa de codificaciïn de canal concatenada a usar para un sïmbolo de modulaciïn multiportadora dado (109, 209) ; y

transmitir sïmbolos de modulaciïn multiportadora usando la modulaciïn matricial, la constelaciïn de seïal y la tasa de codificaciïn de canal concatenada seleccionadas (110, 210) .

2. El mïtodo segïn la reivindicaciïn 1, en que el parïmetro estadïstico recibido ha sido computado sïlo sobre un subconjunto de las subportadoras totales.

3. El mïtodo segïn la reivindicaciïn 2, en que las subportadoras han sido seleccionadas de modo que el espaciado 15 entre las subportadoras seleccionadas es sustancialmente igual a la anchura de banda de coherencia de canal.

4. El mïtodo segïn la reivindicaciïn 2, en que las subportadoras han sido seleccionadas de modo que el espaciado entre subportadoras es menor que la anchura de banda de coherencia de canal.

5. El mïtodo segïn la reivindicaciïn 1, en que el parïmetro estadïstico recibido ha sido computado con referencia al

valor esperado de la relaciïn del segundo valor absoluto mïs pequeïo de autovalor de matriz de canal al valor 20 absoluto mïs grande de autovalor de canal.

6. El mïtodo segïn la reivindicaciïn 1, en que el parïmetro estadïstico ha sido computado como la media, para un subconjunto de las subportadoras, de la relaciïn del valor absoluto de un autovalor de matriz de canal dado al valor absoluto del autovalor mïs grande.

7. El mïtodo segïn la reivindicaciïn 1, en que el parïmetro estadïstico recibido ha sido computado en conjunciïn

con una base de datos de valores, en que, para cada valor recibido de relaciïn de seïal a interferencia y ruido SINR, una tasa de error de tramas estimada estï disponible para cada pareja de una modulaciïn matricial y una constelaciïn de seïal cuando se adopta una tasa de codificaciïn de canal concatenada dada.

8. El mïtodo segïn la reivindicaciïn 1 ï 2, que comprende ademïs:

recibir una relaciïn SNIR;

en que usar el valor de dicho parïmetro estadïstico comprende usar el valor de dicho parïmetro estadïstico y la relaciïn SNIR para seleccionar un tipo de modulaciïn matricial a usar para un sïmbolo de modulaciïn multiportadora dado.

9. El mïtodo segïn la reivindicaciïn 8, en que el parïmetro estadïstico de un canal de banda ancha y la relaciïn SNIR son computados en conjunciïn con una base de datos de valores, en que, para cada valor recibido de relaciïn SINR, una tasa de error de tramas estimada estï disponible para cada pareja de una modulaciïn matricial y una constelaciïn de seïal cuando se adopta una tasa de codificaciïn de canal concatenada dada.

10. Un dispositivo (300) para adaptar parïmetros de transmisiïn en un sistema de comunicaciïn multiportadora que tiene mïltiples antenas de transmisiïn (304) y/o mïltiples antenas de recepciïn (316) , que comprende:

una parte computacional configurada para recibir un parïmetro estadïstico de un canal de banda ancha (306) y una relaciïn de seïal a interferencia y ruido SNIR, en que el parïmetro estadïstico ha sido computado a partir de caracterïsticas de canal de mïs de una subportadora;

estando configurada ademïs la parte computacional para usar el valor de dicho parïmetro estadïstico y la relaciïn SNIR para seleccionar un tipo de modulaciïn matricial, un tipo de constelaciïn de seïal y una tasa de codificaciïn de canal concatenada a usar para un sïmbolo de modulaciïn multiportadora dado; y

estando configuradas las mïltiples antenas de transmisiïn para transmitir sïmbolos de modulaciïn multiportadora usando la modulaciïn matricial, la constelaciïn de seïal y la tasa de codificaciïn de canal concatenada seleccionadas.

11. El dispositivo segïn la reivindicaciïn 10, en que el parïmetro estadïstico recibido de un canal de banda ancha y la relaciïn SNIR han sido computados sïlo sobre un subconjunto de las subportadoras totales.

12. El dispositivo segïn la reivindicaciïn 11, en que las subportadoras han sido seleccionadas de modo que el espaciado entre subportadoras es sustancialmente igual a la anchura de banda de coherencia de canal.

13. El dispositivo segïn la reivindicaciïn 11, en que las subportadoras han sido seleccionadas de modo que el espaciado entre subportadoras es menor que la anchura de banda de coherencia de canal.

14. El dispositivo segïn la reivindicaciïn 11, en que el parïmetro estadïstico de un canal de banda ancha y la relaciïn SNIR han sido computados con referencia al valor esperado de la relaciïn del segundo valor absoluto mïs pequeïo de autovalor de matriz de canal al valor absoluto mïs grande de autovalor de canal.