Aparato para transmitir y recibir datos para proporcionar una comunicación de datos de alta velocidad y método para ello.

Un aparato para generar y transmitir una trama en un sistema de comunicación inalámbrica,

comprendiendo el aparato: un generador (2311, ..., 231M) de tramas configurado para generar una trama que comprende:

un preámbulo corto que comprende un símbolo para sincronización de tiempo,

unos preámbulos largos primero y segundo subsiguientes al preámbulo corto, en el que los preámbulos largos primero y segundo están generados usando una secuencia larga básica,

un campo de datos subsiguiente a los preámbulos largos primero y segundo, en el que el segundo preámbulo largo proporciona una referencia para que un receptor realice una estimación de canal que permita al receptor demodular el campo de datos, y

un símbolo de señal entre el primer preámbulo largo y el segundo preámbulo largo, en el que el símbolo de señal comprende información sobre velocidad de codificación, y modulación; y

un transmisor (2111, ..., 211M) configurado para transmitir la trama al receptor,

en el que la secuencia larga básica comprende, como sus elementos, {1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1}

caracterizado porque

el símbolo de señal incluye información sobre codificación espacio-temporal por bloques, y

el primer preámbulo largo está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 1,6 μs, el segundo preámbulo largo incluye dos preámbulos largos T1, T2 donde cada uno de los dos preámbulos 30 largos T1, T2 está precedido respectivamente por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0,8 μs, y el símbolo de datos está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0,8 μs.

Aparato para transmitir y recibir datos para proporcionar una comunicación de datos de alta velocidad y método para ello

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

(a) Campo de la invención La presente invención se refiere a un aparato para transmitir y recibir datos en comunicación de datos de radio. Más específicamente, la presente invención se refiere a un aparato compatible con un sistema de comunicación de red de área local inalámbrica convencional, para transmitir y recibir datos a alta velocidad y a un método para ello. Además, la presente invención se refiere a un sistema de comunicación inalámbrica para aumentar las tasas de transmisión de datos desde 54 Mbps, que ha sido una tasa de transmisión de datos máxima en el sistema de comunicación de red de área local inalámbrica convencional, hasta cientos de Mbps.

(b) Descripción de la técnica relacionada En el sistema de red de área local (LAN) inalámbrica de IEEE 802.11a convencional que usa un método de multiplexación por división de frecuencia ortogonal, un ancho de banda de 20 MHz se divide en 64 subportadoras, y se usan 52 subportadoras de las 64 subportadoras para transmitir datos y símbolos piloto. Es decir, los datos se transmiten a una velocidad máxima de 54 Mbps usando una única antena y el ancho de banda de 20 MHz.

La presente invención proporciona un aparato para transmitir y recibir datos a la vez que es compatible con el método de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) de IEEE 802.11a convencional. El aparato usa múltiples antenas y una pluralidad de anchos de banda de 20 MHz para conseguir una alta tasa de transmisión de datos.

En respuesta a la demanda de transmisión de datos multimedia de alta velocidad, se han desarrollado diversas aplicaciones prácticas que requieren un rendimiento de más de 100 Mbps. Sin embargo, incluso el sistema de LAN inalámbrica que tiene el mayor rendimiento de los sistemas de comunicación inalámbrica actuales no ofrece un rendimiento de más de 25 Mbps. Por tanto la presente invención sugiere un sistema que ofrece una tasa de transmisión de datos que es cuatro veces más rápida que el sistema de IEEE 802.11a convencional, o más.

En detalle, la presente invención sugiere una configuración en la que un número de antenas y anchos de banda se controlan de manera sistemática y una tasa de transmisión de datos máxima se controla según las características de un sistema. La presente invención también sugiere un método para proporcionar compatibilidad con el sistema convencional.

La Fig. 1 muestra un diagrama de bloques para representar un sistema para transmitir y recibir datos en la LAN inalámbrica convencional.

En el sistema de IEEE 802.11a convencional mostrado en la Fig. 1, un ancho de banda de 20 MHz se divide en 64 subportadoras. De entre las 64 subportadoras, se usan 48 subportadoras para transmisión de datos, se usan 4 subportadoras para transmisión de símbolos piloto, y no se usan una subportadora de DC y las otras 11 subportadoras.

Para transmitir los datos se usan un código convolucional que tiene 1/2, 2/3 y 3/4 tasas de transmisión de códigos, modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK) , modulación por desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK) , modulación de amplitud en cuadratura (QAM) 16 y modulación de amplitud en cuadratura (QAM) 64.

En el sistema mostrado en la Fig. 1, cuando una unidad 101 de origen genera datos binarios, los datos binarios se proporcionan a un encriptador 102 para aleatorizar una permutación de los datos binarios.

Un codificador 103 de convolución realiza una codificación de canal según una tasa de transmisión de códigos y una modulación determinada por una tasa de transmisión de datos deseada, y un mapeador 105 realiza una modulación para mapear la permutación de datos previa con una permutación de símbolos complejos.

Un entrelazador 104 previsto entre el codificador 103 de convolución y el mapeador 105 entrelaza la permutación de datos según una regla predeterminada. El mapeador 105 establece la permutación de números complejos para que sea un grupo de 48, y un asignador 107 de subportadora forma 48 componentes de datos y 4 componentes piloto.

Una unidad 108 de transformada rápida inversa de Fourier de 64 valores (64-IFFT) realiza una transformada rápida inversa de Fourier sobre los 48 datos y 4 componentes piloto para formar un símbolo de OFDM.

Un sumador 109 de prefijo cíclico añade un prefijo cíclico que es un intervalo de guardia al símbolo de OFDM.

Una unidad 110 de transmisión de radiofrecuencia (RF) transmite una trama de transmisión formada por la configuración anterior en una frecuencia de portadora. Una unidad 112 de recepción de RF recibe la señal de transmisión (la trama de transmisión transmitida en la frecuencia de portadora) a través de un canal 111 de radio. El canal 111 de radio incluye un canal de desvanecimiento de múltiples trayectorias y ruido gaussiano añadido desde un terminal de recepción.

La unidad 112 de recepción de RF del terminal de recepción recibe la señal distorsionada que pasa por el canal 111 de radio, y convierte de manera descendente la señal transmitida en la frecuencia de portadora en una señal de banda base de una manera opuesta ejecutado por la unidad 110 de transmisión de RF del terminal de transmisión.

Un eliminador 113 de prefijo cíclico elimina el prefijo cíclico añadido en un transmisor. Una unidad 114 de transformada rápida de Fourier de 64 valores (64-FFT) convierte un símbolo de OFDM recibido en una señal de un dominio de frecuencia realizando una operación de FFT.

Un extractor 115 de subportadora transmite los 48 símbolos complejos que corresponden a la subportadora de datos entre 64 salidas a una unidad 117 de ecualización y seguimiento, y transmite las 4 subportadoras que corresponden al piloto a un estimador 116 de parámetros de ecualización y seguimiento.

El estimador 116 de parámetros de ecualización y seguimiento estima un cambio de fase provocado por errores de frecuencia y tiempo usando los símbolos conocidos, y transmite un resultado de estimación a la unidad 117 de ecualización y seguimiento.

La unidad 117 de ecualización y seguimiento usa el resultado de estimación anterior para realizar una operación de seguimiento. La unidad 117 de ecualización y seguimiento también realiza una operación de ecualización de canal en el dominio de frecuencia para ecualizar una distorsión de canal en el dominio de frecuencia además del proceso de seguimiento.

Un demapeador 118 realiza una operación de decisión firme para convertir el número complejo de salida después de la operación de ecualización y seguimiento de canal en los datos binarios, o realiza una decisión programada para convertir el número complejo de salida en un número real. Un desentrelazador 119 desentrelaza los datos en un proceso inverso del entrelazador 104, y un decodificador 120 de Viterbi realiza la decodificación del código de convolución para corregir errores y restablecer los datos transmitidos.

Un desencriptador 121 aleatoriza los datos transmitidos desde la unidad de origen de una manera similar del encriptador 102 y transmite los datos recibidos a una unidad 122 de sumidero.

El sistema de LAN inalámbrica convencional mostrado en la Fig. 1 tiene límites de tasa de transmisión de datos y rendimiento, y por tanto el sistema es difícil de aplicar a un servicio que requiera una alta tasa de transmisión de datos tal como un servicio de imágenes en movimiento de alta calidad.

Anteriormente los sistemas que usan múltiples anchos de banda y antenas para proporcionar una tasa de transmisión de datos de alta velocidad no han sido compatibles con el sistema de transmisión y recepción convencional

Por ejemplo, en el documento “Preamble Design for Multiple-Antenna OFDM-based WLANs with Null Subcarriers” en proc. of IEEE Signal Processing letter, vol. 8, n.º 11, noviembre de 2001, Erik G. Larsson y Jian Li proponen proporcionar múltiples antenas al transmisor y al receptor con el fin de cumplir con las demandas de tasas de transmisión de datos aumentadas en WLAN y considerar el diseño de preámbulos óptimos para tal sistema con dos antenas de transmisión y múltiples antenas de recepción. Se propone modificar los preámbulos de manera que los preámbulos transmitidos en las dos antenas de transmisión sean diferentes entre sí y cumplan con ciertas condiciones. Por tanto, tal sistema no es retrocompatible con el sistema convencional que tiene sólo una antena de transmisión.

En el documento “A MIMO system with backward compatibility for OFDM based WLANs” en proc.... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para generar y transmitir una trama en un sistema de comunicación inalámbrica, comprendiendo el aparato:

un generador (2311, …, 231M) de tramas configurado para generar una trama que comprende:

un preámbulo corto que comprende un símbolo para sincronización de tiempo,

unos preámbulos largos primero y segundo subsiguientes al preámbulo corto, en el que los preámbulos largos primero y segundo están generados usando una secuencia larga básica,

un campo de datos subsiguiente a los preámbulos largos primero y segundo, en el que el segundo preámbulo largo proporciona una referencia para que un receptor realice una estimación de canal que permita al receptor demodular el campo de datos, y

un símbolo de señal entre el primer preámbulo largo y el segundo preámbulo largo, en el que el símbolo de señal comprende información sobre velocidad de codificación, y modulación; y

un transmisor (2111, …, 211M) configurado para transmitir la trama al receptor,

en el que la secuencia larga básica comprende, como sus elementos, {1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1}

caracterizado porque el símbolo de señal incluye información sobre codificación espacio-temporal por bloques, y

el primer preámbulo largo está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 1, 6 !s, el segundo preámbulo largo incluye dos preámbulos largos T1, T2 donde cada uno de los dos preámbulos largos T1, T2 está precedido respectivamente por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s, y el símbolo de datos está precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s.

2. El aparato según la reivindicación 1, en el que los preámbulos largos primero y segundo son representaciones de dominio de tiempo de unas secuencias largas primera y segunda respectivamente, derivándose las secuencias largas primera y segunda de la secuencia larga básica.

3. El aparato según la reivindicación 1, en el que los preámbulos largos primero y segundo son iguales a transformadas rápidas inversas de Fourier de las secuencias largas primera y segunda respectivamente.

4. El aparato según la reivindicación 3, en el que la segunda secuencia larga es igual a una secuencia generada cambiando valores de algunos elementos de la secuencia básica larga a un valor diferente, respectivamente.

5. El aparato según la reivindicación 1, en el que el símbolo para la sincronización de tiempo y el símbolo de señal son símbolos de OFDM.

6. El aparato según la reivindicación 1, en el que el transmisor (2111, …, 211M) comprende además múltiples antenas para transmitir la trama al receptor.

7. Un método para generar y transmitir una trama en un sistema de comunicación inalámbrica, comprendiendo el método: generar una trama que comprende:

un preámbulo corto que comprende un símbolo para sincronización de tiempo, unos preámbulos largos primero y segundo, en el que los preámbulos largos primero y segundo están generados usando una secuencia larga básica,

un campo de datos subsiguiente a los preámbulos largos primero y segundo, en el que el segundo preámbulo largo proporciona una referencia para que un receptor realice una estimación de canal que permita al receptor demodular el campo de datos, y

un símbolo de señal entre el primer preámbulo largo y el segundo preámbulo largo, en el que el símbolo de señal comprende información sobre velocidad de codificación, y modulación; y

transmitir la trama al receptor,

en el que la secuencia larga básica comprende, como sus elementos, {1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1},

caracterizado porque el símbolo de señal incluye información sobre codificación espacio-temporal por bloques, y

el primer preámbulo largo va precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 1, 6 !s, el segundo preámbulo largo incluye dos preámbulos largos T1, T2 donde cada uno de los dos preámbulos largos T1, T2 va precedido respectivamente por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s, y el símbolo de datos va precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s.

8. El método según la reivindicación 7, en el que los preámbulos largos primero y segundo son representaciones de dominio de tiempo de unas secuencias largas primera y segunda respectivamente, derivándose las secuencias largas primera y segunda de la secuencia larga básica.

9. El método según la reivindicación 7, que comprende además:

realizar una transformada rápida inversa de Fourier de las secuencias largas primera y segunda para generar los preámbulos largos primero y segundo.

10. El método según la reivindicación 7, en el que la segunda secuencia larga es igual a una secuencia generada cambiando valores de algunos elementos de la secuencia larga básica a valores diferentes, respectivamente.

11. El método según la reivindicación 7, en el que el símbolo para sincronización de tiempo y el símbolo de señal son símbolos de OFDM.

12. Un método para recibir una trama que se ha transmitido por un transmisor en un sistema de comunicación inalámbrica, comprendiendo el método:

recibir la trama que comprende:

un preámbulo corto que comprende un símbolo para sincronización de tiempo,

unos preámbulos largos primero y segundo, en el que los preámbulos largos primero y segundo están generados usando una secuencia larga básica,

un campo de datos subsiguiente a los preámbulos largos primero y segundo, y

un símbolo de señal entre el primer preámbulo largo y el segundo preámbulo largo, en el que el símbolo de señal comprende información sobre velocidad de codificación, y modulación; y comprendiendo el método:

estimar un canal entre el transmisor y un receptor usando el segundo preámbulo largo para demodular el campo de datos;

en el que la secuencia larga básica comprende, como sus elementos, {1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1},

caracterizado porque el símbolo de señal incluye información acerca de codificación espacio-temporal por bloques, y

el primer preámbulo largo va precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 1, 6 !s, el segundo preámbulo largo incluye dos preámbulos largos T1, T2 donde cada uno de los dos preámbulos largos T1, T2 va precedido respectivamente por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s, y el símbolo de datos va precedido por un intervalo de guardia que tiene una longitud de 0, 8 !s.