Método para utilizar en una unidad de transmisión/recepción inalámbrica,

WTRU, para seleccionar un mapeo de antena, en el que un mapeo de antena es una combinación de una sola cadena de radiofrecuencia seleccionada entre una serie de cadenas de radiofrecuencia y de un solo haz de antena seleccionado entre una serie de haces de antena, el método caracterizado porque comprende además:

ajustar un conjunto de candidatos de mapeos de antena disponibles actualmente, disponible para selección mediante la WTRU en base a mediciones de canal a largo plazo;

seleccionar un mapeo de antena en la WTRU a partir del conjunto de candidatos de mapeos de antena disponibles actualmente;

determinar en la WTRU si el mapeo de antena seleccionado y el mapeo de antena de una segunda WTRU están calibrados;

calibrar el mapeo de antena seleccionado en respuesta a la determinación de que el mapeo de antena seleccionado no está calibrado; y

transmitir paquetes de datos desde la WTRU a la segunda WTRU utilizando el mapeo de antena seleccionado calibrado

Método y aparato para la selección del mapeo de antena en redes inalámbricas MIMO-OFDM.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a sistemas de comunicación inalámbricos que utilizan tecnología de múltiple entrada-múltiple salida (MIMO, multiple in-multiple out). Más en concreto, la presente invención se refiere a la selección de configuraciones óptimas de transmisión de una red de múltiples antenas capacitada para MIMO.

Antecedentes

Los dispositivos de comunicación inalámbrica con múltiples antenas dispuestas en una configuración de diversidad ofrecen una serie de beneficios de transmisión y recepción comparados con los dispositivos con una sola antena. La base de las diversidad es que, en cualquier momento, la antena con la mejor recepción es seleccionada para recepción o transmisión. Si bien un dispositivo que utilice diversidad de antenas puede tener múltiples antenas físicas, existe solamente un conjunto único de circuitos electrónicos para procesar la señal, denominado también una cadena de radiofrecuencia (RF).

La tecnología inalámbrica de múltiple entrada-múltiple salida (MIMO) mejora la diversidad de antena utilizando múltiples cadenas de RF. Cada cadena de RF está capacitada para recepción o transmisión simultáneas. Esto permite a un dispositivo MIMO conseguir un rendimiento global superior y resolver efectos negativos de la interferencia por múltiples trayectos. En un dispositivo de transmisión, cada cadena RF es responsable de la transmisión de un flujo espacial. Una sola trama puede ser desensamblada y multiplexada a través de múltiples flujos espaciales, que después son reensamblados en un receptor.

MIMO es una de las técnicas más prometedoras en las comunicaciones inalámbricas. A diferencia de las técnicas tradicionales de antena inteligente que ayudan a mitigar el desvanecimiento perjudicial por múltiples trayectos y mejoran la solidez de un solo flujo de datos, MIMO toma ventaja del desvanecimiento por múltiples trayectos para transmitir y recibir simultáneamente múltiples flujos de datos. En teoría, la capacidad de un sistema MIMO se incrementa linealmente con el número de antenas de transmisión y recepción. MIMO está siendo tomado en consideración por los estándares de comunicación inalámbrica de datos, tales como el acceso múltiple por división de código de banda ancha (WCDMA, wideband code division, multiple access) 3GPP e IEEE 802.11n.

En la implementación de MIMO, una WTRU puede funcionar en modo de multiplexado espacial o bien en un modo de diversidad espacial. En el modo de multiplexado espacial, la WTRU transmite múltiples flujos de datos independientes para maximizar el rendimiento global de datos. Mientras que en el modo de diversidad espacial, una WTRU puede transmitir un solo flujo de datos a través de múltiples antenas. Dependiendo del modo de funcionamiento, una WTRU está configurada para seleccionar una métrica de calidad apropiada o una combinación apropiada de métricas de calidad para utilizar en la selección de una combinación de haces deseada. Típicamente, se obtiene una matriz H de canal m x N de la forma:

donde los subíndices de los elementos h representan contribuciones atribuibles a cada mapeo de antenas entre las antenas a...m de la WTRU A de transmisión y las antenas a...m de la WTRU N de recepción.

Una WTRU puede obtener una matriz de calibración (K) de manera similar. La calibración en el contexto de LAN implica calcular un conjunto de coeficientes de corrección de valor complejo que, cuando se multiplican en los flujos de banda base de WTRU de transmisión en un esquema por antena y por subportadora, equilibran la diferencia de respuesta entre los trayectos de proceso de transmisión y recepción (hasta una constante desconocida a través de las antenas).

En referencia a la figura 1, se muestra un diagrama 100 de señal de calibración de canal de la técnica anterior. Una WTRU de transmisión 110 (WTRU de Tx) necesita calibrar primero el canal existente entre la WTRU 120 de recepción (WTRU de Rx). La WTRU de Tx 110 transmite una trama de aprendizaje de calibración (CTF, calibration training frame) 131 a la WTRU de Rx 120. La WTRU de Rx 120 responde transmitiendo una unidad 132 de datos por paquetes físicos (PPDU, physical packet data unit) de sondeo. La WTRU de Tx 110 calcula una estimación H 133 de canal para el canal, denominada H(2rightarrow1). La WTRU de Tx 110 transmite una respuesta 134 de calibración que incluye la estimación de canal H(2rightarrow1). La WTRU de Rx 120 lleva a cabo después la estimación de canal transmitiendo una CTF 135 a la WTRU de Tx 110. En respuesta, la WTRU de Tx 110 transmite una PPDU 136 de sondeo. La WTRU de Rx 120 calcula una estimación de canal H(1rightarrow2), y calcula las matrices de calibración K(1rightarrow2) y K(2rightarrow1) para el canal, 137. La WTRU de Rx 120 transmite a continuación una respuesta 138 de calibración que incluye la matriz de calibración K(1rightarrow2) a la WTRU de Tx 110. Debe observarse que la matriz de calibración K(1rightarrow2) se aplica a continuación en la WTRU de Tx 110, como un factor de corrección de fase o de ganancia de banda base, para la transmisión a la WTRU de Rx 120. La matriz de calibración K(2rightarrow1) se aplica en la WTRU de Rx 120, de nuevo como un factor de corrección de fase/ganancia de banda base, en la transmisión de señales de la WTRU de Rx 120 a la WTRU de Tx 110. En este momento el canal está calibrado y listo para el intercambio de paquetes.

Para iniciar el intercambio de paquetes de datos, la WTRU de Tx 110 transmite una solicitud 139 a la WTRU de Rx 120, que responde enviando el esquema 140 de modulación y codificación (MCS, modulation and coding scheme) de la PPDU. La WTRU de Tx 110 utiliza la matriz de calibración K(1rightarrow2) para calcular una matriz V de dirección, y comienza la transferencia 142 datos por paquetes.

La técnica anterior no considera la utilización de tecnología de antena inteligente. Las antenas inteligentes son, y en concreto lo es la conformación de haces, una técnica de procesamiento de señal utilizada con redes de transmisores o receptores que controlan la direccionalidad de un patrón de radiación, o la sensibilidad al mismo. Cuando se recibe una señal, la conformación de haces puede incrementar la ganancia en la dirección de las señales deseadas y disminuir la ganancia en la dirección de la interferencia y el ruido. Cuando se transmite una señal, la conformación del haz puede incrementar la ganancia en la dirección en que se va a enviar la señal. Cuando se combinan antenas capacitadas para conformación del haz con MIMO, el número de mapeos de antena disponibles se incrementa de manera espectacular.

Cuando se incluyen antenas de conformación del haz en una WTRU, el número de mapeos de antena disponibles se hace muy grande. Para optimizar la conexión de comunicaciones entre las WTRUs, es necesario seleccionar el mapeo de antena apropiado tanto en el transmisor como en el receptor.

Por lo tanto, se desea un método y un aparato para utilizar eficientemente la variedad de mapeos de antena disponibles en un dispositivo inalámbrico capacitado para MIMO que tiene múltiples antenas de conformación del haz.

El documento EP 1 063 789 A1 describe un método para llevar a cabo diversidad de antena en transmisión y recepción entre un primero y un segundo dispositivos de red, que incluye la utilización de una antena omnidireccional del primer dispositivo de red para transmitir una señal de calibración desde el primero al segundo dispositivo de red, identificar la mejor antena de recepción de un segundo dispositivo de red mediante conmutación de antenas, y establecer la así identificada mejor antena de recepción como la antena de transmisión y recepción del segundo dispositivo de red, utilizar la antena así determinada para transmitir una señal de calibración desde el primer dispositivo de red al segundo, identificar la mejor antena de recepción del primer dispositivo de red mediante conmutación de antenas, y establecer la así identificada mejor antena de recepción como la antena de transmisión y recepción del primer dispositivo de red.

El documento congresual "Adaptive MIMO Antenna Selection" de I. Berenguer y otros, del 37º congreso Asilomar sobre señales, sistemas y ordenadores,...

1. Método para utilizar en una unidad de transmisión/recepción inalámbrica, WTRU, para seleccionar un mapeo de antena, en el que un mapeo de antena es una combinación de una sola cadena de radiofrecuencia seleccionada entre una serie de cadenas de radiofrecuencia y de un solo haz de antena seleccionado entre una serie de haces de antena, el método caracterizado porque comprende además:

ajustar un conjunto de candidatos de mapeos de antena disponibles actualmente, disponible para selección mediante la WTRU en base a mediciones de canal a largo plazo;

seleccionar un mapeo de antena en la WTRU a partir del conjunto de candidatos de mapeos de antena disponibles actualmente;

determinar en la WTRU si el mapeo de antena seleccionado y el mapeo de antena de una segunda WTRU están calibrados;

calibrar el mapeo de antena seleccionado en respuesta a la determinación de que el mapeo de antena seleccionado no está calibrado; y

transmitir paquetes de datos desde la WTRU a la segunda WTRU utilizando el mapeo de antena seleccionado calibrado.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la calibración comprende además:

transmitir desde la WTRU una trama de aprendizaje de calibración, CTF;

recibir en la WTRU una unidad de datos por paquetes de capa física de sondeo, PPDU, en respuesta a la CTF.

3. El método de la reivindicación 2, en el que la WTRU lleva a cabo una estimación de canal para el mapeo de antena seleccionado en base a la PPDU recibida.

4. El método de la reivindicación 2, que comprende además:

recibir en la WTRU una PPDU de sondeo;

llevar a cabo una estimación de canal para el mapeo de antena seleccionado en la WTRU en base a la PPDU recibida.

5. El método de la reivindicación 4, que comprende además:

calcular una matriz de calibración del mapeo de antena seleccionado.

6. El método de la reivindicación 5, en el que la matriz de calibración del mapeo de antena seleccionado se utiliza para calcular una matriz de dirección para la transmisión de paquetes de datos.

7. El método de la reivindicación 1, en el que la WTRU incluye por lo menos una antena de conformación del haz.

8. El método de la reivindicación 2, en el que la CTF incluye un campo de bits de esquema de modulación y codificación de capa física, MCS.

9. El método de la reivindicación 8, en el que el campo de bits MCS incluye una indicación del mapeo de antena seleccionado utilizado para la transmisión de la CTF mediante la WTRU.

10. El método de la reivindicación 8, en el que el campo de bits MCS incluye una indicación de una solicitud para el sondeo del conjunto completo de candidatos en serie o en paralelo.

11. El método de la reivindicación 8, en el que el campo de bits MCS incluye un campo de bits de recorrido para solicitar una actualización de un conjunto de candidatos de mapeo de antena de la segunda WTRU.

12. El método de la reivindicación 8, en el que el campo de bits MCS incluye una solicitud para detener temporalmente la selección de mapeo de antena.

13. El método de la reivindicación 2, en el que la PPDU de sondeo incluye una serie de campos de aprendizaje largo de rendimiento global elevado, HT-LTFs, uno para cada mapeo de antena de un conjunto de candidatos a calibrar.

14. El método de la reivindicación 13, en el que una serie de mapeos de antena son calibrados secuencialmente utilizando la serie de HT-LTFs.

15. El método de la reivindicación 13, en el que una serie de mapeos de antena son calibrados simultáneamente utilizando la serie de HT-LTFs.

16. El método de la reivindicación 2, en el que la PPDU de sondeo incluye un campo de bits de una unidad de datos de servicio de la capa de control de acceso al medio MAC, MSDU.

17. El método de la reivindicación 16, en el que el campo de bits MSDU incluye una solicitud para la selección continua del mapeo de antena.

18. El método de la reivindicación 16, en el que el campo de bits MSDU incluye una confirmación de selección continua del mapeo de antena.

19. El método de la reivindicación 16, en el que el campo de bits MSDU incluye una confirmación de una solicitud de búsqueda completa del conjunto de candidatos de mapeo de antena.

20. El método de la reivindicación 16, en el que el campo de bits MSDU incluye una confirmación de una solicitud para cambiar el tamaño de un conjunto de candidatos de mapeo de antena.

21. Una unidad de transmisión/recepción inalámbrica WTRU (320) de múltiple entrada/múltiple salida, MIMO, para seleccionar un mapeo de antena, en la que un mapeo de antena es una combinación de una sola cadena de radiofrecuencia seleccionada entre una serie de cadenas de radiofrecuencia y un solo haz de antena seleccionado entre una serie de haces de antena, comprendiendo la WTRU:

una serie de antenas (326A-326m) que incluye por lo menos una antena de conformación del haz;

una serie de cadenas de RF (322A, 322B) para procesamiento de señal;

un selector (324) del haz para acoplar selectivamente la serie de antenas a la serie de cadenas de RF, estando configurado el selector del haz para seleccionar un mapeo de antena entre un conjunto de candidatos de mapeos de antena en base a condiciones de canal actuales; y caracterizado por

una unidad de calibración (328) configurada para medir condiciones de canal y calibrar un canal, y para ajustar el conjunto de candidatos de mapeos de antena en base a mediciones de canal a largo plazo.

22. La WTRU de la reivindicación 21, en la que la unidad de calibración (328) comprende además:

un procesador para calcular matrices de estimación de canal, y para calcular matrices de calibración en función de las matrices de estimación de canal calculadas; y

una memoria para almacenar las matrices de estimación de canal calculadas y las matrices de calibración calculadas.

23. La WTRU de la reivindicación 22, en la que la unidad calibración (328) está configurada para calibrar una serie de mapeos de antena y almacenar en la memoria las matrices de calibración calculadas para su utilización posterior.

24. La WTRU de la reivindicación 23, en la que la unidad de calibración (328) está configurada para calibrar secuencialmente la serie de mapeos de antena.

25. La WTRU de la reivindicación 23, en la que la unidad de calibración (328) está configurada para calibrar simultáneamente la serie de mapeos de antena.

26. La WTRU de la reivindicación 21, en la que la unidad de calibración (328) está configurada para calibrar un canal mediante el recurso de calcular una matriz de calibración.