BRPI0210656B1 - método e equipamento para processamento de dados para transmissão em um sistema de comunicação de múltiplos canais usando transmissão seletiva de canal - Google Patents

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Abstract

"método e equipamento para processamento de dados para transmissão em um sistema de comunicação multi-canal usando transmissão de canal seletiva". na presente invenção são descritas técnicas para selecionar canais de transmissão para uso para transmissão de dados e para processar e transmitir dados através de canais de transmissão selecionados. os canais de transmissão disponíveis para uso são separados em um ou mais grupos, com cada grupo incluindo qualquer número de canais. com a transmissão seletiva de canal, apenas canais "bons" em cada grupo são selecionados (por exemplo, com base nas snrs recebidas do canal e em um limite de snr), os canais "ruins" não são usados e a potência total de transmissão disponível para o grupo é distribuída (por exemplo, uniformemente) apenas pelos canais bons. cada grupo também pode ser associado a um esquema de codificação e modulação respectivo, e dados para cada grupo podem ser codificados e modulados com base no esquema selecionado para o grupo. desempenho aperfeiçoado é atingido pelo uso de apenas canais bons em cada grupo e coincidência do processamento de dados para os canais selecionados para a capacidade alcançável pelos canais.

Description

"MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA PROCESSAMENTO DE DADOS PARA TRANSMISSÃO EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO DE MÚLTIPLOS CANAIS USANDO TRANSMISSÃO SELETIVA DE CANAL".
FUNDAMENTOS
CAMPO A presente invenção relaciona-se de modo geral a comunicação de dados e, mais especificamente, a técnicas para processamento de dados para transmissão em um sistema de comunicação sem fio usando transmissão seletiva de canal e alocação de potência de transmissão definida (por exemplo, uniforme).
FUNDAMENTOS
Um sistema de comunicação de múltiplos canais é freqüentemente desenvolvido para prover capacidade de transmissão aumentada para diversos tipos de comunicação, tais como voz, dados e assim por diante. Tal sistema de múltiplos canais pode ser um sistema de comunicação de múltiplas entradas e múltiplas saldas (MIMO - Multiple-Input Multiple-Output), um sistema de modulação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM - Orthogonal Frequency Division Modulation), um sistema MIMO que utiliza OFDM, ou algum outro tipo de sistema. Um sistema MIMO emprega múltiplas antenas transmissoras e múltiplas antenas receptoras para explorar diversidade espacial para suportar diversos subcanais espaciais, cada um dos quais pode ser usado para transmitir dados. Um sistema OFDM particiona eficazmente a banda de freqüência de operação em diversos subcanais de freqüência (ou faixas de freqüências frequency bins) , cada um dos quais é associado a uma subportadora respectiva no qual dados possam ser modulados. Um sistema de comunicação de múltiplos canais suporta, assim, diversos canais de "transmissão", cada um dos quais pode corresponder a um subcanal espacial em um sistema MIMO, um subcanal de freqüência em um sistema OFDM, ou um subcanal espacial de um subcanal de freqüência em um sistema MIMO que utiliza OFDM.
Os canais de transmissão de um sistema de comunicação de múltiplos canais tipicamente experimentam diferentes condições de link (por exemplo, devido a desvanecimento diferente e efeitos de multipercurso) e pode atingir diferentes relações sinal/ruído mais interferência (SNRs - Signal to Noise plus interference Ratios). Conseqüentemente, a capacidade de transmissão (isto é, as taxas de bits de informações) que podem ser suportadas pelos canais de transmissão para um nivel especifico de desempenho podem ser diferentes de canal para canal. Ademais, as condições de link tipicamente variam ao longo do tempo. Como resultado, as taxas de bits suportadas pelos canais de transmissão também variam ao longo do tempo.
As diferentes capacidades de transmissão dos canais de transmissão mais a natureza variável no tempo destas capacidades torna um desafio prover um esquema de codificação e modulação eficaz capaz de processar dados antes da transmissão nos canais. Ademais, para considerações práticas, o esquema de codificação e modulação deve ser simples para ser implementado e utilizado em ambos os sistemas de transmissor e de receptor.
Existe, portanto, uma demanda na área por técnicas para processar dados para transmissão de modo eficaz e eficiente em múltiplos canais de transmissão com diferentes capacidades para melhorar o desempenho e reduzir a complexidade.
SUMÁRIO
Os aspectos da invenção provêem técnicas para selecionar canais de transmissão para uso para transmissão de dados e para processar e transmitir dados sobre os canais de transmissão selecionados. Em determinadas modalidades, os canais de transmissão disponíveis para uso podem ser divididos em um ou mais grupos, com cada grupo incluindo qualquer número de canais de transmissão. Para um sistema MIMO que utiliza OFDM, os canais de transmissão disponíveis correspondem aos subcanais espaciais e subcanais de freqüência, cada grupo pode corresponder a, por exemplo, uma antena transmissora respectiva e os canais de transmissão em cada grupo podem ser os subcanais de freqüência para as antenas transmissoras correspondentes.
Em um aspecto, o qual é referido como transmissão seletiva de canal (SCT - Selective Channel Transmission) , apenas canais de transmissão "bons" em cada grupo são selecionados para uso para transmissão de dados e canais de transmissão "ruins" não são usados. Os canais de transmissão bons podem ser definidos como aqueles que possuem SNRs ou ganhos de potência em, ou acima de, uma SNR específica ou limite de ganho de potência. A potência total de transmissão disponível para cada grupo é a seguir distribuída entre os canais de transmissão bons de acordo com um esquema de alocação definido. Em uma modalidade, o esquema de alocação definido distribui uniformemente a potência total de transmissão disponível entre os canais de transmissão bons. Outros esquemas de alocação também podem ser usados.
Em outro aspecto, a transmissão seletiva de canal pode ser usada em conjunto com codificação e modulação comum, que simplificaria assim a codificação/modulação em um sistema transmissor e a demodulação/decodificação complementar em um sistema receptor. Cada grupo de canais de transmissão pode ser associado a um esquema de codificação e modulação respectivo e dados para cada grupo podem ser codificados e modulados com base no esquema selecionado para o grupo. Cada grupo pode, assim, ser associado a (1) um limite respectivo (por exemplo, SNR ou ganho de potência) usado para selecionar canais de transmissão para uso para transmissão de dados e (2) um esquema de codificação e modulação respectivo usado para processar dados para o grupo. A transmissão seletiva de canal pode prover desempenho aperfeiçoado devido aos benefícios combinados de (1) usar apenas os melhores canais de transmissão em cada grupo, que são selecionados dentre todos os canais de transmissão disponíveis no grupo, (2) alocar a potência total de transmissão disponível somente entre os canais de transmissão selecionados e (3) coincidir o processamento de dados para os canais de transmissão selecionados para a capacidade alcançável para estes canais. A invenção provê adicionalmente métodos, sistemas e equipamentos que implementam diversos aspectos, modalidades e caracter!sticas da invenção, conforme descrito em maiores detalhes abaixo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As caracter!sticas, natureza e vantagens da presente invenção tornar-se-ão mais aparentes a partir da descrição detalhada abaixo quando tomada em conjunto com os desenhos nos quais caracteres semelhantes se identificam correspondentemente e em que: / A Figura 1 é um diagrama de um sistema de comunicação de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) que pode ser designado e operado para implementar diversos aspectos e modalidades da invenção; A Figura 2A é um fluxograma de um processo para selecionar canais de transmissão e para alocar potência de transmissão usando transmissão seletiva de canal, de acordo com uma modalidade da invenção; A Figura 2B é um fluxograma de um processo para obter um limite a usado para selecionar canais de transmissão para transmissão de dados, de acordo com uma modalidade da invenção; A Figura 3 é um diagrama de um sistema de comunicação MIMO capaz de implementar diversos aspectos e modalidades da invenção;
As Figuras 4A até 4D são diagramas de blocos para quatro sistemas de transmissão MIMO capazes de processar dados de acordo com quatro modalidades específicas da invenção; A Figuras 5 é um diagrama de blocos de um sistema receptor MIMO capaz de receber dados de acordo com uma modalidade da invenção;
As Figuras 6A e 6B são diagramas de blocos de uma modalidade de um processador de canal MIMO/dados e um cancelador de interferência, respectivamente, dentro do sistema receptor MIMO mostrado na Figura 5; e A Figura 7 é um diagrama de blocos de um sistema receptor MIMO capaz de receber dados de acordo com outra modalidade da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Diversos aspectos, modalidades e características da invenção podem ser aplicados a qualquer sistema de comunicação de múltiplos canais no qual múltiplos canais de transmissão são disponíveis para transmissão de dados. Tais sistemas de comunicação de múltiplos canais incluem sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas, sistemas de modulação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM), sistemas MIMO que utilizam OFDM e outros. Os sistemas de comunicação de múltiplos canais também podem implementar acesso múltiplo por divisão de código (CDMA - Code Division Multiple Access), acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA - Time Division Multiple Access), acesso múltiplo por divisão de freqüência (FDMA - Frequency Division Multiple Access), ou alguma outra técnica de acesso múltiplo. As técnicas de acesso múltiplo podem ser usadas para suportar comunicação concomitante com diversos terminais. A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de comunicação de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) 100 que pode ser projetado e operado para implementar diversos aspectos e modalidades da invenção. O sistema MIMO 100 emprega múltiplas (NT) antenas transmissoras e múltiplas (NR) antenas receptoras para transmissão de dados. O sistema MIMO 100 é formado eficazmente por um sistema de comunicação de acesso múltiplo que possui uma estação base (BS - Base Station) 104 que se comunica concomitantemente com diversos terminais (T) 106. Neste caso, a estação base 104 emprega múltiplas antenas e representa as múltiplas entradas (MI -Multiple Input) para transmissões de link direto e as múltiplas saídas para transmissões de link reverso. 0 link direto (isto é, downlink) refere-se as transmissões a partir da estação base para os terminais, e o link reverso (isto é, uplink) refere-se as transmissões a partir dos terminais para a estação base.
Um sistema MIMO emprega múltiplas (NT) antenas transmissoras e múltiplas (NR) antenas receptoras para transmissão de dados. Um canal MIMO formado por NT antenas transmissoras e NR antenas receptoras pode ser decomposto em Nc canais independentes, com Nc < min (NT, NR}. Cada um dos Nc canais independentes também é designado como um subcanal espacial do canal MIMO e corresponde a uma dimensão. Em uma implementação de sistema MIMO comum, as NT antenas transmissoras estão localizadas no, e associadas a um, único sistema transmissor, e as NR antenas receptoras estão localizadas, de modo semelhante, no, e associadas a um único sistema receptor. Um sistema MIMO também pode ser formado eficazmente para um sistema de comunicação de acesso múltiplo que possui uma estação base que comunica-se concomitantemente com diversos terminais. Neste caso, a estação base é equipada com diversas antenas e cada terminal pode ser equipado com uma ou mais antenas.
Um sistema OFDM particiona eficazmente a banda de freqüência de operação em diversos (NF) subcanais de freqüência (isto é, faixas de freqüência ou sub-bandas). Em cada partição de tempo, um símbolo de modulação pode ser transmitido em cada um dos NF subcanais de freqüência. Cada partição de tempo corresponde a um intervalo de tempo específico que pode ser dependente da largura de banda do subcanal de freqüência.
Um sistema de comunicação de múltiplos canais pode ser operado para transmitir dados através de diversos canais de transmissão. Para um sistema MIMO que não utiliza OFDM, existe tipicamente apenas um subcanal de freqüência e cada subcanal espacial pode ser designado como um canal de transmissão. Para um sistema MIMO que utiliza OFDM, cada subcanal espacial de cada subcanal de freqüência pode ser designado como um canal de transmissão. Para um sistema OFDM que não utiliza MIMO, existe apenas um subcanal espacial para cada subcanal de freqüência e cada subcanal de freqüência pode ser designado como um canal de transmissão.
Os canais de transmissão em um sistema de comunicação de múltiplos canais experimentam tipicamente diferentes condições de link (por exemplo, devido a desvanecimento diferente e efeitos de multipercurso) e pode atingir diferentes relações sinal/ruido mais interferência (SNRs). Conseqüentemente, a capacidade dos canais de transmissão podem ser diferentes de canal para canal. Esta capacidade pode ser quantificada pela taxa de bits de informações (isto é, o número de bits de informações por símbolo de modulação) que pode ser transmitida em um canal de transmissão para um nível específico de desempenho (por exemplo, uma taxa de erros de bits (BER - Bit Error Rate) ou taxa de erros de pacotes (PER - Packet Error Rate) específica) . Uma vez que as condições de link tipicamente variam com o tempo, as taxas de bits de informações suportadas para os canais de transmissão também variam com o tempo.
Para utilizar mais completamente a capacidade dos canais de transmissão, as informações de estado de canal (CSI) descritivas das condições de link podem ser determinadas (tipicamente no sistema receptor) e providas ao sistema transmissor. 0 sistema transmissor pode a seguir processar (por exemplo, codificar, modular e ponderar) os dados tal que a taxa de bits de informações transmitida para cada canal de transmissão coincida com a capacidade de transmissão do canal. As CSI podem ser categorizadas como "CSI completas" ou "CSI parciais". As CSI completas incluem caracterização suficiente (por exemplo, a amplitude ou fase) ao longo de toda a largura de banda do sistema para o percurso de propagação entre cada par de antena transmissora-receptora em uma matriz MIMO NT x NR (isto é, a caracterização de cada canal de transmissão). As CSI parciais podem incluir, por exemplo, as SNRs dos canais de transmissão.
Diversas técnicas podem ser usadas para processar dados antes da transmissão através de múltiplos canais de transmissão. Em uma técnica, os dados para cada canal de transmissão podem ser codificados e modulados com base em um esquema de codificação e modulação específico selecionado para aquele canal com base nas CSI do canal. Mediante codificação e modulação separada de cada canal de transmissão, a codificação de modulação podem ser otimizadas para a SNR atingida por cada canal. Em uma implementação de tal técnica, um código de base fixa é usado para codificar dados, e os bits codificados de cada canal de transmissão são a seguir puncionados (isto é, apagados seletivamente) para obter uma taxa de códigos suportada por aquele canal. Nesta implementação, o esquema de modulação de cada canal de transmissão também é selecionado com base na taxa de código do canal e na SNR. Este esquema de codificação e modulação é descrito em detalhes adicionais no pedido de Patente americano de No. de série 09/776.075, intitulado "CODING SCHEME FOR A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM", depositado em 01 de fevereiro de 2001, designado ao Requerente da presente invenção e aqui incorporado como referência. Para esta técnica, substancial complexidade de implementação é tipicamente associada a possuir uma taxa de código e esquema de modulação diferentes para cada canal de transmissão.
De acordo com um aspecto da invenção, são providas técnicas para (1) determinar um conjunto de canais de transmissão a ser usado para uma transmissão de dados, com o conjunto incluindo todos ou um subconjunto dos canais de transmissão disponíveis para uso, (2) alocar a potência de transmissão total disponível aos canais de transmissão selecionados de uma forma definida, e (3) processar dados para todos os canais de transmissão selecionados com base em um ou mais esquemas de codificação ou modulação, que pode ser determinado com base, em parte, na potência de transmissão específica alocada aos canais de transmissão selecionados. Mediante uso da transmissão de canal seletiva, apenas "bons" canais de transmissão que possuem capacidades de transmissão (por exemplo, SNRs recebidas ou ganhos de potência) em, ou acima de, um limite específico (SNR ou ganho de potência) são selecionados para uso para transmissão de dados, e canais de transmissão "ruins" não são usados. A potência de transmissão total disponível é a seguir alocada entre os canais de transmissão bons de uma forma definida (por exemplo, uniformemente).
Em outro aspecto, os canais de transmissão disponíveis são divididos em grupos e a transmissão seletiva de canal é aplicada independentemente a cada grupo de canais. Como exemplo, os subcanais de freqüência de cada antena transmissora pode ser agrupado e a transmissão seletiva de canal pode ser aplicada independentemente para cada uma das antenas transmissoras. Esta separação permite que a otimização seja atingida em uma base por grupo (por exemplo, por antena transmissora).
As técnicas de transmissão seletiva de canal podem ser usadas vantajosamente quando CSI completas ou parciais estão disponíveis no transmissor. Estas técnicas podem ser usadas em conjunto com um esquema de codificação e modulação comum, caso no qual muita da complexidade associada à técnica de codificação e modulação específica de canal descrita acima pode ser melhorada, enquanto atingindo ainda elevado desempenho. As técnicas de transmissão seletiva de canal também pode prover desempenho aperfeiçoado através de técnica de codificação e modulação específica de canal devido aos benefícios combinados de (1) usar apenas os N0 melhores canais de transmissão selecionados dentre os canais de transmissão disponíveis e (2) coincidir aproximadamente a codificação e modulação com as SNRs alcançadas para os canais de transmissão selecionados.
Para um sistema MIMO que utiliza OFDM e que possui CSI completas disponíveis, o sistema transmissor pode ter conhecimento do ganho de valor complexo do percurso de transmissão entre cada par de antena transmissora-receptora de cada subcanal de freqüência. Estas informações podem ser usadas para obter o canal MIMO ortogonal de modo que cada modo próprio - eigenmode (isto é, subcanal espacial) pode ser usado para um fluxo de dados independente.
Para um sistema MIMO que utiliza OFDM e que possui CSI parciais disponíveis, o transmissor pode possuir conhecimento limitado dos canais de transmissão. Os fluxos de dados independentes podem ser transmitidos em canais de transmissão correspondentes através das antenas de transmissão disponíveis, e o sistema receptor pode usar uma técnica de processamento linear (espacial) ou não linear (espaço temporal) específica (isto é, equalização) para separar os fluxos de dados. A equalização provê um fluxo de dados que corresponde a cada canal de transmissão (por exemplo, cada antena transmissora e/ou cada subcanal de freqüência), e cada um destes fluxos de dados possui uma SNR associada.
Caso o conjunto de SNRs para os canais de transmissão sejam disponíveis no sistema receptor, estas informações podem ser usadas para distribuir a potência de transmissão total disponível entre os canais de transmissão selecionados e para selecionar o esquema de codificação e modulação apropriado. Em uma modalidade, os canais de transmissão disponíveis em cada grupo são classificados em ordem de SNR recebido decrescente, e a potência de transmissão total disponível é alocada aos, e usada pelos Nu melhores canais de transmissão no grupo. Em uma modalidade, os canais de transmissão que possuem SNRs recebidas que descem abaixo de um limite de SNR especifico não são selecionados para uso. 0 limite de SNR pode ser selecionado para otimizar a capacidade ou algum outro critério. A potência de transmissão total disponível para cada grupo é alocada aos canais de transmissão selecionados no grupo de uma forma definida (por exemplo, uniformemente) tal que desempenho elevado possa ser atingido. Processamento semelhante pode ser efetuado caso os ganhos de canal (ao invés das SNRs) estejam disponíveis no sistema transmissor. Em uma modalidade, um esquema de codificação comum (por exemplo, um código Turbo específico de uma taxa de código específica) e um esquema de modulação comum (por exemplo, uma constelação PSK ou QAM específica) são usados para todos os canais de transmissão selecionados em cada grupo.
Transmissão Seletiva de Canal Caso um esquema de codificação e modulação simples (comum) possa ser usado em um sistema transmissor para cada grupo de canais de transmissão, um único codificador (por exemplo, convolucional ou Turbo) e taxa de códigos pode ser usada para codificar dados para todos os canais de transmissão selecionados no grupo e os bits codificados resultantes podem ser mapeados em símbolos de modulação usando um único esquema de modulação (por exemplo, PSK ou QAM). Todos os símbolos de modulação resultantes são a seguir extraídos do mesmo "alfabeto" de possíveis símbolos de modulação e codificados com a mesmo código e taxa de código. Desta forma, isto irá simplificar o processamento de dados em ambos o transmissor e receptor.
Porém, os canais de transmissão em um sistema de comunicação de múltiplos canais experimenta tipicamente diferentes condições de link e atinge diferentes SNRs. Neste caso, caso todos os canais de transmissão disponíveis sejam usados para transmissão de dados e a mesma quantidade de potência de transmissão seja usada para cada canal de transmissão selecionado, os símbolos de modulação transmitidos serão recebidos em SNRs diferentes dependendo dos canais específicos nos quais os símbolos de modulação são transmitidos. Caso todos os canais dé transmissão disponíveis sejam usados, o resultado pode ser uma grande variação na probabilidade de erros de símbolos sobre o conjunto de canais de transmissão e uma perda associada na eficiência da largura de banda.
De acordo com um aspecto da invenção, são providas técnicas para selecionar um conjunto de canais de transmissão usados para transmissão de dados e para alocar a potência de transmissão total disponível aos canais de transmissão selecionados de uma forma definida para atingir desempenho elevado enquanto reduz a complexidade de implementação. Em uma modalidade, um único esquema de codificação e modulação é usado para todos os canais de transmissão selecionados em cada grupo. Este esquema de codificação e modulação pode ser selecionado com base na distribuição das SNRs alcançadas no sistema receptor para os canais de transmissão selecionados. 0 uso de um único esquema de codificação e modulação para cada grupo reduz grandemente a complexidade do processo de codificação/modulação no sistema transmissor e o processo de demodulação/decodificação complementar no sistema receptor.
Caso a mesma quantidade de potência de transmissão for usada para todos os canais de transmissão disponíveis em um sistema MIMO que utiliza OFDM, a potência recebida para um canal específico pode ser expresso como: Eq(l) em que: é a potência recebida para o canal de transmissão (j, k) (isto é, o j-ésimo subcanal espacial do Jc-ésimo subcanal de freqüência) , Ptx_totai é a potência de transmissão total disponível no transmissor, NT é o número de antenas transmissoras, NF é o número de subcanais de freqüência, e H(j, k) é o ganho de canal "efetivo" de valor complexo a partir do transmissor para o receptor para o canal de transmissão (j, k). A equação 1 mostra que a potência receptora para cada canal de transmissão é dependente do ganho de potência daquele canal, isto é, . Por simplicidade, o ganho de canal H(j,k) inclui os efeitos do processamento no transmissor e receptor. Também por simplicidade, supõe-se que o número de subcanais espaciais é igual ao número de antenas transmissoras e NT.NF representa o número total de canais de transmissão disponíveis. Caso a mesma quantidade de potência seja transmitida para todos os canais de transmissão disponíveis, a potência total recebida para todos os canais podem ser expressos como: Eq(2) Caso a mesma potência de transmissão seja usada para todos os canais de transmissão disponíveis independentemente de seus ganhos de canal, os canais de transmissão pobres atingiram SNR recebida pior. Na verdade, para atingir uma SNR recebida específica, quanto mais pobre torna-se um canal de transmissão mais potência de transmissão precisa ser alocada a este canal. Quando um ou mais canais de transmissão tornam-se excessivamente pobres, a SNR para estes canais pode ser tal que transmissão de dados confiável possa não ser suportada, o que pode reduzir dramaticamente toda a capacidade do sistema caso estes canais sejam usados.
Em um aspecto, os canais de transmissão disponíveis em cada grupo são selecionados para uso com base em suas capacidades de transmissão e apenas canais cujas capacidades (por exemplo, como determinado pela potência recebida ou SNRs) estejam em, ou acima de, um limite específico, a, com relação à capacidade total, são selecionados para uso. Reciprocamente, os canais de transmissão cujas capacidades caiam abaixo deste limite são apagados (isto é, não são usados). Para os canais de transmissão selecionados, a potência de transmissão total disponível é alocada entre os canais de uma forma definida (por exemplo, uniformemente). 0 limite pode ser selecionado para maximizar a capacidade ou com base em algum outro critério, conforme descrito abaixo. Um esquema de codificação e modulação comum também pode ser usado para todos os canais de transmissão selecionados em cada grupo para simplificar o processamento.
Caso ganhos de potência sejam usados para determinar capacidades de transmissão e um grupo incluir todos os canais de transmissão disponíveis no sistema, o ganho de potência médio, Lmédior é inicialmente computado para todos os canais de transmissão disponíveis e pode ser expresso como: Eq(3) Um limite a pode ser obtido (por exemplo, conforme descrito abaixo) e usado para computar um limite de ganho de potência, r que pode ser usado para selecionar canais de transmissão. 0 ganho de potência para cada canal de transmissão é a seguir comparado com o limite de ganho de potência e um canal de transmissão é selecionado para uso caso seu ganho de potência for maior ou igual ao limite de ganho de potência (isto é, Em uma modalidade, a potência de transmissão disponível é alocada uniformemente entre os canais de transmissão selecionados e a potência de transmissão para cada canal de transmissão selecionado pode ser expresso como: Eq(4) em que N0 é o número de canais de transmissão selecionados para uso entre os NT.NF canais de transmissão disponíveis. Caso a potência de transmissão total disponível seja distribuída uniformemente entre todos os NT.NF canais de transmissão disponíveis, a potência de transmissão alocada para cada canal de transmissão será . Porém, com a transmissão seletiva de canal e alocação uniforme de potência, a potência de transmissão alocada a cada canal de transmissão é aumentada por um fator de Em muitos sistemas de comunicação, as quantidades conhecidas no receptor são as SNRs recebidas pelos canais de transmissão. Em tais sistemas, a técnica de transmissão seletiva de canal pode ser prontamente modificada para operar com base nas SNRs recebidas ao invés dos ganhos de canal.
Caso a potência de transmissão total disponível seja alocada uniformemente a todos os canais de transmissão disponíveis e a variância de ruído, o2, seja constante para todos os canais, a SNR recebida, , para o canal de transmissão (j,k) pode ser expresso como: Eq(5) A SNR média recebida, ymédiaf para cada canal de transmissão disponível pode ser expresso como: Eq(6) A SNR total recebida, Ytotair para todos os canais de transmissão disponíveis pode ser expresso como: Eq(7) As SNRs média e total recebidas, Ymédia e Ytotait nas equações (6) e (7), respectivamente, são baseadas na potência de transmissão total sendo distribuída igualmente por todos os canais de transmissão disponíveis.
Um limite α pode ser obtido e usado para computar um limite de SNR, que pode ser usado para selecionar os canais de transmissão. A SNR de cada canal de transmissão pode a seguir ser comparada com o limite de SNR e um canal de transmissão pode ser selecionado para uso caso suaSNR seja maior ou igual ao limite de SNR (isto é, Caso N0 canais de transmissão sejam selecionados dentre os NT.NF canais de transmissão disponíveis, a potência de transmissão total disponível pode ser distribuída uniformemente entre os N0 canais de transmissão selecionados conforme mostrado na equação 4.
Como observado acima, a transmissão seletiva de canal também pode ser aplicada individual e independentemente a grupos de canais de transmissão. Neste caso, os canais de transmissão disponíveis no sistema de comunicação são inicialmente separados em diversos grupos. Qualquer número de grupos pode ser formado, e cada grupo pode incluir qualquer número de canais (isto é, não necessariamente deve-se ter o mesmo número de canais em cada grupo).
Uma quantidade específica de potência de transmissão também é disponível para cada grupo com base nas diversas constantes e considerações de sistema. Para uma técnica de transmissão seletiva de canal, todos ou um subconjunto dos canais de transmissão disponíveis em cada grupo são selecionados para uso, por exemplo, com base em um limite específico determinado para o grupo. A potência de transmissão total disponível para cada grupo é a seguir alocada de uma forma definida específica para os canais de transmissão selecionados no grupo.
Diversas flexibilidades adicionais podem ser proporcionadas pelo processamento de dados separadamente para cada grupo de canais de transmissão. Como exemplo, a transmissão seletiva de canal pode ser aplicada independentemente a cada grupo de canais. Ademais, para aqueles grupos aos quais a transmissão seletiva de canal é aplicada, um limite pode ser usado para todos os grupos, a cada grupo pode ser designado um limite separado, ou alguns grupos podem compartilhar o mesmo limite enquanto a outros grupos podem ser designados limites separados. Ademais, os mesmos ou diferentes esquemas de alocação de potência de transmissão podem ser usados para estes grupos para os quais a transmissão seletiva de canal é aplicada. Um esquema de codificação e modulação diferente também pode ser usado para cada grupo, o qual pode ser selecionado com base nas capacidades de transmissão (por exemplo, as SNRs alcançáveis) dos canais de transmissão selecionados no grupo.
Para um sistema MIMO que utiliza OFDM, a construção MIMO cria múltiplos (Ns) canais de transmissão no domínio espacial e a construção OFDM cria múltiplos (NF) canais de transmissão no domínio da freqüência. 0 número total de canais de transmissão disponíveis para enviar dados é então N = NS.NF. Os N canais de transmissão podem a seguir ser separados em diversos grupos de diversas formas.
Em uma modalidade, os canais de transmissão são separados em uma base por antena. Caso o número de subcanais espaciais seja igual ao número de antenas transmissoras (isto é, NT = Ns) , a transmissão seletiva de canal pode ser aplicada independentemente a cada uma das NT antenas transmissoras. Em uma modalidade, os Nx grupos que correspondem às NT antenas transmissoras podem ser associadas a NT limites respectivos, um limite para cada grupo ou antena transmissora. A transmissão seletiva de canal a seguir determina o subconjunto de canais de transmissão (ou subcanais de freqüência) associados a cada antena transmissora que possui capacidades de transmissão adequadas (por exemplo, SNRs recebidas) . Isto pode ser atingido, por exemplo, pela comparação da SNR recebida de cada subcanal de freqüência ao limite para a antena transmissora. A potência de transmissão total disponível para cada antena transmissora é a seguir alocada de uma forma definida (por exemplo, uniformemente) aos subcanais selecionados de freqüência para a antena transmissora.
Em outra modalidade, os canais de transmissão disponíveis são separados em uma base por subcanal de freqüência. Nesta modalidade, a transmissão seletiva de canal pode ser aplicada independentemente a cada um dos NF subcanais de freqüência. Os subcanais espaciais em cada grupo podem ser selecionados para uso para transmissão de dados com base no limite para o grupo. A separação dos canais de transmissão disponíveis em grupos permite que seja alcançada otimização em uma base por grupo (por exemplo, por antena transmissora ou por subcanal de freqüência). Um esquema de codificação e modulação específico também pode ser usado para todos os canais de transmissão selecionados em cada grupo, o que pode simplificar o processamento em ambos os sistemas transmissor e receptor. Como um exemplo de aplicação, uma ou mais antenas transmissoras podem ser designadas a cada terminal programado para transmissão de dados. Os canais de transmissão associados às antenas transmissoras designadas para cada terminal podem ser dispostas em um grupo, a transmissão seletiva de canal pode ser executada em cada grupo de canais de transmissão, e um único esquema de codificação e modulação pode ser usado para transmissão de dados para cada terminal.
Caso a potência de transmissão total disponível para o grupo j seja distribuída uniformemente por todos os canais de transmissão disponíveis no grupo e a variância de ruído, o2, seja constante para todos os canais, a SNR recebida, /j(k), para o canal de transmissão k no grupo j pode ser expresso como: Eq(8) em que: é a potência recebida para o canal de transmissão k no grupo j, é a potência de transmissão total disponível para o grupo j, Hj(k) é o ganho de canal eficaz a partir do transmissor para o receptor para o canal de transmissão k no grupo j, e Nj é o número de canais de transmissão no grupo j. 0 grupo j pode corresponder a uma antena transmissora específica j, neste caso Nj = NF. Ά SNR média recebida, /média, jr por canal de transmissão disponível no grupo j pode ser expresso como: Eq(9) A SNR total recebida, para todos os canais de transmissão disponiveis no grupo j podem ser expressos como: Eq(10) em que o ganho de potência médio, Lmédio,j, para o grupo j pode ser expresso como: As SNRs média e total recebidas, para o grupo j é baseado na potência de transmissão total, , para o grupo j sendo distribuído uniformemente por todos os canais de transmissão disponiveis no grupo.
Um limite cij pode ser obtido para o grupo j e usado para computar um limite de SNR, , o qual pode a seguir ser usado para selecionar canais de transmissão. A SNR de cada canal de transmissão no grupo pode ser comparada com o limite de SNR, e um canal de transmissão pode ser selecionado para uso caso sua SNR for maior ou igual ao limite de SNT (isto é, . Caso NU;,· canais de transmissão sejam selecionados dentre os Nj canais de transmissão disponiveis no grupo, a potência de transmissão total disponível para o grupo pode ser distribuída uniformemente entre os N0j canais de transmissão selecionados. A potência de transmissão para cada canal de transmissão selecionado no grupo j pode então ser expresso como: Eq (12) Como mostrado na equação 12, apenas canais de transmissão para os quais a SNR recebida é maior ou igual ao limite de SNR (isto é, são selecionados para uso. 0 processo descrito acima pode ser repetido para cada grupo de canais de transmissão. Cada grupo pode ser associado a um limite diferente, , obtido para prover o desempenho desejado àquele grupo. A capacidade de alocar potência de transmissão em uma base por grupo (por exemplo, por antena transmissora) pode prover flexibilidade aumentada e pode melhorar adicionalmente o desempenho. A Figura 2A é um fluxograma de um processo 200 para selecionar canais de transmissão e para alocar potência de transmissão usando transmissão seletiva de canal, de acordo com uma modalidade da invenção. O processo 200 presume que todos os canais de transmissão disponíveis são considerados (isto é, um grupo de canais de transmissão para o sistema de comunicação) . O processo 200 pode ser usado caso os ganhos de canal H{j,k), as SNRs recebidas Y(jfk), ou alguma outra característica esteja disponível para os canais de transmissão. Para maior clareza, o processo 200 é descrito abaixo para o caso em que os ganhos de canal são disponíveis, e o caso em que as SNRs recebidas estão disponíveis é mostrado entre colchetes.
Inicialmente, os ganhos de canal H{j/k) [ou as SNRs recebidas y(j,k)] de todos os canais de transmissão disponíveis são recuperados, na etapa 212. Um limite de ganho de potência, [ou um limite de SNR, usado para selecionar canais de transmissão para transmissão de dados também é determinado, na etapa 214. 0 limite pode ser computado como descrito em maiores detalhes abaixo.
Cada canal de transmissão disponível é a seguir avaliado para possível uso. Um canal de transmissão disponível (ainda não avaliado) é identificado para avaliação, na etapa 216. Para o canal de transmissão identificado, é realizada uma determinação de se o ganho de potência [ou a SNR recebida] para o canal é maior ou igual ao limite de ganho de potência (isto é, [ou o limite de SNR (isto é, , na etapa 218. Caso o canal de transmissão identificado satisfaça o critério, então, é selecionado para uso, na etapa 220 . Caso contrário, caso o canal de transmissão não satisfaça o critério, ele é descartado e não é usado para transmissão de dados, na etapa 222. É realizada uma determinação de se todos os canais de transmissão disponíveis foram avaliados, na etapa 224. Se não, o processo retorna à etapa 216 e outro canal de transmissão disponível é identificado para avaliação. Caso contrário, o processo continua para a etapa 226.
Na etapa 226, a potência de transmissão total disponível é alocada de uma forma definida para os canais de transmissão selecionados. Em uma modalidade, a potência de transmissão total disponível é alocada uniformemente entre os canais selecionados, como mostrado na equação 4. Em outras modalidades, a potência de transmissão total disponível pode ser alocada de uma forma não uniforme usando diversos outros esquemas de alocação. O processo a seguir termina.
Seleção de Limite 0 limite usado para selecionar os canais de transmissão para transmissão de dados pode ser ajustado com base em diversos critérios. Em uma modalidade, o limite é ajustado para otimizar a capacidade. Diversos esquemas para obter o limite são descritos abaixo.
Em um primeiro esquema de obtenção de limite, o limite é ajustado com base nos ganhos de canal e a capacidade de transmissão teórica dos canais de transmissão selecionados. Inicialmente, os ganhos de canal para todos os canais de transmissão disponíveis são usados para computar ganhos de potência, os quais a seguir classificados e dispostos em uma lista G{X) em ordem de ganhos de potência decrescentes, em que 1<λ<ΝτΝΓ, tal que Para cada λ, em que , a capacidade teórica suportada pelos λ melhores canais de transmissão são a seguir computados. Isto pode ser atingido como a seguir. Em primeiro lugar, a potência de transmissão total disponível é al ocada (por exemplo, uniformemente) aos λ melhores canais de transmissão, e a potência de transmissão para cada um dos λ canais de transmissão é . A seguir, a SNR recebida alcançável para cada um dos λ canais de transmissão é computado com base na potência de transmissão alocada a cada canal de transmissão e o ganho de potência do canal. A SNR recebida, y^(k), para cada um dos λ canais de transmissão pode ser computada como: Eq (13) A capacidade teórica, Τ(λ), para os λ melhores canais de transmissão podem a seguir ser computados como: Eq (14) em que λ é um fator de escala real para levar em conta as ineficiências no esquema de modulação e codificação empregado.
Uma capacidade teórica, Γ(λ), é computada para cada valor de cada λ, em que , e armazenado em uma matriz. Após todos os NTNF valores de Γ(λ) terem sido computados para os NTNF possíveis conjuntos de canais de transmissão selecionados, a matriz de valores de capacidade teóricos é verificada e o maior valor de Τ(λ) é determinado. 0 valor de que corresponde à capacidade teórica mais elevada, , é o número de canais de transmissão que resulta na capacidade teórica máxima para estas condições de canal e alocação de potência de transmissão uniforme.
Uma vez que os ganhos de potência para os canais de transmissão disponíveis são classificados em ordem decrescente na lista G(X) , a capacidade teórica Γ(λ) aumenta tipicamente conforme mais canais de transmissão são selecionados para uso até que o ponto ideal seja alcançado, depois do que a capacidade Γ(λ) reduz-se porque mais da potência de transmissão total disponível é alocada aos canais de transmissão mais pobres. Assim ao invés de computar a capacidade teórica Τ(λ) para todos os valores possíveis de λ, a capacidade para cada valor novo de λ, Τ(λ) , pode ser comparado com a capacidade para o valor anterior de λ, .A computação pode a seguir ser finalizada caso o valor de capacidade de pico, , seja atingido quando 0 limite a pode ser então expresso como: :··.·.···· · .···· ·.·.·. ····.·:· ··:·.········:.:·. ··-. .·:···: . · ·: · · .···.·····.··.. .:. ■·.···.· ·.···.··.· ··.··· -·.·:···:.....-.- . . .. ·.
Eq (15) Ο limite a otimiza a capacidade teórica para as dadas condições de canal.
Na descrição acima, a capacidade de transferência total para um conjunto de canais de transmissão selecionados é obtido com base na capacidade teórica atingida por cada um dos canais de transmissão. Este método para obter a capacidade de transferência total pode não prover um resultado acurado em determinados cenários (por exemplo, caso um fluxo de dados seja transmitido em todos os canais de transmissão selecionados e um ou mais canais de transmissão sejam excessivamente pobres e corromperiam toda a transmissão de dados).
Em outro método para obter uma capacidade de transferência total para um conjunto de canais de transmissão selecionados, todo o grupo de SNRs para um conjunto de canais de transmissão selecionado é usado para obter a capacidade de transferência total e/ou o esquema de codificação e modulação. 0 mapeamento entre o grupo de SNRs para a capacidade de transferência total e/ou o esquema de codificação e modulação pode ser atingido com base em medidas estatísticas, simulações por computador, e assim por diante, e adicionalmente pode ser implementado, por exemplo, com uma ou mais tabelas. Caso um esquema de codificação e modulação comum seja usado para todos os canais de transmissão selecionados, a capacidade de transferência total está relacionada ao esquema de codificação e modulação específico selecionado para uso e o número de canais de transmissão selecionados.
Como exemplo, a distribuição de probabilidade do grupo inteiro de SNRs pode ser determinada como uma primeira etapa. Dada esta distribuição de probabilidade de SNT, a probabilidade de que a SNT caia abaixo de um determinado limite de SNR pode ser encontrada pelo exame da distribuição de probabilidade de SNR. Para cada esquema de modulação e codificação empregado, uma função que descreve a probabilidade de apagamento como uma função do limite de SNR pode ser desenvolvido através de simulação por computador ou observação sobre um número grande de tentativas (isto é, banco de dados de desempenho). Dada a distribuição de probabilidade de SNR e o banco de dados de desempenho, o sistema receptor pode selecionar um esquema de modulação e codificação apropriado para ser usado.
Em um segundo esquema de obtenção de limite, o limite é ajustado com base na SNR média alcançável para os canais de transmissão selecionados. Este esquema presume que os dados podem ser processador (por exemplo, codificados e intercalados) tal que eles possam ser transmitidos através de todos os canais de transmissão selecionados e recebidos com confiança, mesmo que tais canais possam atingir individualmente diferentes SNRs.
Inicialmente, um vetor de valores de referência (isto é, ) e um vetor correspondente de taxas de códigos (isto é, R = ) são definidos. As taxas de códigos podem incluir os efeitos do esquema de codificação e modulação e são representativos da taxa de bits de informações (isto é, o número de bits de informações por símbolo de modulação). Cada vetor inclui Nz elementos que correspondem ao número de taxas de códigos disponíveis, que podem ser aqueles disponíveis para uso no sistema. Alternativamente, os Nz valores de referência podem ser definidos com base nos pontos de operação suportados pelo sistema. Cada valor de referência (setpoint) corresponde a uma SNR recebida específica necessária para atingir um nível de desempenho específico. 0 valor de referência é tipicamente dependente da taxa de bits de informações, que são adicionalmente dependentes da taxa de códigos especifica e esquema de modulação usado para transmissão de dados. Para simplificar o processamento no transmissor e no receptor, um esquema de modulação comum pode ser usado para todos os canais de transmissão selecionados. Neste caso, a taxa de bits de informações e o valor de referência são ambos diretamente relacionados à taxa de códigos.
Cada taxa de códigos rn, em que l<n<Nz, é associada a um respectivo valor de referência zn, que é a SNR recebida mínima requerida para operar àquela taxa de códigos para o nível requerido de desempenho. 0 valor de referência requerido zn para a taxa de códigos rn pode ser determinada com base em simulação de computador, obtenção matemática e/ou medida empírica, conforme conhecido na área. Os elementos nos dois vetores R e Z também podem ser ordenados tal que , com z\ sendo o maior valor de referência e ri sendo a taxa de códigos mais elevada suportada.
Os ganhos de canal para todos os canais de transmissão disponíveis são usados para computar ganhos de potência, que são a seguir classificados e dispostos na lista 6(λ) como descrito acima. A seqüência Γ(λ) das SNRs médias alcançáveis para NTNF possíveis conjuntos de canais de transmissão selecionados é a seguir computada. Para cada valor de λ, em que 1 < λ < NTNF, a potência de transmissão total disponível é alocada uniformemente entre os λ melhores canais de transmissão, e a SNR média para os λ canais de transmissão, /média (λ) , pode ser computada como: Eq (16) em que σ2 é a potência de ruido recebida em um único canal de transmissão. Este valor da SNR, , representa a SNR média dos λ melhores canais de transmissão caso a potência de transmissão total disponível seja alocada uniformemente para todos os λ canais. A SNR média, , é a seguir armazenada como o λ-ésimo elemento da seqüência Γ(λ). A seqüência Γ (λ) inclui reduzir valores mais baixos de para valores maiores de λ uma vez que a potência de transmissão total disponível é alocada a mais canais de transmissão e os canais de transmissão são progressivamente piores.
Para cada taxa de códigos rn (em que 1<η<Νζ) , o maior valor de é a seguir determinado tal que a SNR média para os λ melhores canais de transmissão é maior ou igual ao valor de referência z„ associado à taxa de códigos rn. Isto pode ser alcançado ao atravessar a seqüência Γ(λ) e comparar cada elemento da seqüência (por exemplo, começando com o primeiro elemento, ou λ = 1) em relação ao valor de referência zn, como a seguir: Eq (17) Assim, para cada taxa de códigos rn, cada valor de λ (para λ = 1, 2, ..., é avaliado para determinar se a SNR média para os λ melhores canais de transmissão pode atingir o valor de referência associado zn, caso a potência de transmissão total seja distribuída uniformemente por todos os λ canais. 0 maior valor de λ, que satisfaz esta condição é o maior número de canais de transmissão que podem ser selecionados para a taxa de códigos rn enquanto alcança o valor de referência requerido zn. 0 limite αη associado à taxa de códigos rn pode ser expresso como: Eq (18) O limite an otimiza a capacidade para a taxa de códigos rn, a qual requer o valor de referência zn. Caso uma taxa de códigos comum seja usada para todos os canais de transmissão selecionados, a capacidade máxima alcançável Tn para a taxa de códigos rn pode ser computada como a capacidade para cada canal (a qual é rn) vezes o número de canais selecionados, λύιΠ&χ· A capacidade máxima alcançável Tn para a taxa de códigos rn pode, então, ser expressa como: V/ ^ em que a unidade de Tn é em bits de informações por símbolo de modulação. A capacidade ideal para o vetor de taxas de códigos pode, então, ser dado por: Eq (20) Conforme a taxa de códigos aumenta, mais bits de informações podem ser transmitidos por símbolo de modulação. Porém, a SNR requerida também aumenta, o que requer mais potência de transmissão para os canais de transmissão selecionados para uma dada variância de ruído σ2. Uma vez que a potência total de transmissão é limitada, a SNR mais elevada requerida pode ser atingida pela distribuição da potência total de transmissão disponível por menos canais de transmissão. Assim, a capacidade máxima alcançável para cada taxa de códigos no vetor R pode ser computada, e a taxa de códigos específica que provê a maior capacidade pode ser julgada como a taxa de códigos ideal para as condições de canal específicas sendo avaliadas. 0 limite ideal ctideai é então igual ao limite an que corresponde à taxa de códigos específica rn que resulta na capacidade ideal T±deal.
No esquema de obtenção de limite descrito acima, o limite ideal «ideai é determinado com base nos ganhos de canal para todos os canais de transmissão disponíveis. Caso as SNRs recebidas estejam disponíveis ao invés dos ganhos de canal, as SNRs recebidas podem ser classificadas e dispostas em uma lista γ[Χ) em ordem de SNRs decrescentes, em que tal que o primeiro elemento na lista . . ., e o último elemento na lista Uma seqüência Γ(λ) de SNRs médias alcançáveis para NTNF conjuntos possíveis de canais de transmissão selecionados podem ser então determinados. A SNR média para os λ melhores canais de transmissão, Ymédio (λ) , pode ser computado como: Eq (21) Ά SNR média, /média (λ) f é a seguir armazenada como o λ-ésimo elemento da seqüência Γ(λ).
Para cada taxa de códigos r„ (em que , o maior valor de λ, In(máx/ é a seguir determinado tal que a SNR média para os λ canais de transmissão selecionados é maior ou igual ao valor de referência associado zn. Esta condição pode ser expressa como mostrado na equação 17 acima. Uma vez que o maior valor de λ, λη(ΐηάχ, é determinado para a taxa de códigos rn, o ■ limite an associado a esta taxa de códigos pode ser determinado como: Eq (22) em que /média (λ) é a SNR média ao longo de todos os canais de transmissão disponíveis (isto é, ). 0 limite ideal ocideal e a capacidade ideal Tideal também pode ser determinada conforme descrito acima.
Para a descrição acima, o limite é selecionado para otimizar a capacidade para os canais de transmissão disponíveis e com base na distribuição uniforme da potência total de transmissão disponível sobre os canais de transmissão selecionados. 0 limite também pode ser selecionado para otimizar outros critérios ou medidas de desempenho, e isto está dentro do escopo da invenção. Ademais, outros esquemas de distribuição de potência também podem ser usados e estão dentro do escopo da invenção. A Figura 2B é um fluxograma de um processo 240 para obter um limite cc usado para selecionar canais de transmissão para transmissão de dados e que implementa o segundo esquema de obtenção de limite descrito acima. O processo 240 pode ser usado caso os ganhos de canal, as SNRs recebidas, ou alguma outra característica esteja disponível para os canais de transmissão. Para maior clareza, o processo 240 é descrito abaixo para o caso no qual os ganhos de canal estão disponíveis, e o caso no qual as SNRs recebidas estão disponíveis é mostrado 'entre colchetes.
Inicialmente, um vetor de valores de referência é definido e um vetor correspondente de taxas de códigos (R = [rlf 2Γ2, . .., ] ) que suporta os valores de referência associados é determinado, na etapa 250. Os ganhos de canal H(j,k) [ou as SNRs recebidas Y(j,k)] para todos os canais de transmissão disponíveis são recuperados e classificados a partir do melhor para o pior, na etapa 252. A sequência Γ(λ) das SNRs médias alcançáveis para NTNF conjuntos possíveis de canais de transmissão selecionados é a seguir computado com base nos ganhos de canal como mostrado na equação 16 [ou baseado nas SNRs recebidas como mostrado na equação 21], na etapa 254 .
Cada taxa de códigos disponível é a seguir avaliada através de um loop. Na primeira etapa do loop, uma taxa de códigos rn (ainda não avaliada) é identificada para avaliação, na etapa 256. Para a primeira passagem pelo loop, a taxa de códigos identificada rn, o maior valor de λ, λη,πώχί é determinado de modo que a SNR média para os λ melhores canais de transmissão seja maior ou igual ao valor de referência zn associado à taxa de códigos rn sendo avaliada, na etapa 258. Isto pode ser executado mediante comparação de cada elemento da seqüência Γ(λ) com os valores de referência zn conforme mostrado na equação 17. 0 limite an associado à taxa de códigos r„ é a seguir determinado com base na SNR média para λη(ΠώΧ canais de transmissão, como mostrado na equação 18, na etapa 260. A capacidade máxima alcançável, Tn, para a taxa de códigos r„ também pode ser determinado como mostrado na equação 19, na etapa 262. A seguir é realizada uma determinação de se todas as Nz taxas de códigos foram avaliadas, na etapa 264. Se não, o processo retorna à etapa 256 e outra taxa de códigos é identificada para avaliação. Caso contrário, a capacidade ideal, Tidealr e o limite ideal, aideaif podem ser determinados como mostrado na equação 20, na etapa 266. A seguir o processo termina.
Nos esquemas de obtenção de limite descritos acima, um limite é determinado para todos os canais de transmissão disponíveis no sistema de comunicação desde que a transmissão seletiva de canal seja implementada em todos os canais. Nas modalidades em que os canais de transmissão são separados em diversos grupos, um limite pode ser obtido e usado para cada grupo. 0 limite para cada grupo pode ser obtido com base em diversos critérios, tal como para otimizar a capacidade para os canais de transmissão incluídos no grupo.
Para determinar o limite para cada grupo, as obtenções descritas acima também podem ser usadas. Porém, a lista Gj (λ) para cada grupo apenas inclui os ganhos de potência [ou SNRs recebidas] para os canais de transmissão incluídos no grupo. Também, a seqüência Γ·,·(λ) de SNRs médias definidas com base nos ganhos de canal [ou SNRs recebidas] dos canais de transmissão no grupo.
Para o segundo esquema de obtenção de limite, o limite (Xj,n associado à taxa de códigos rn para o grupo j pode ser expresso como: Eq (23) 0 limite ideal para o grupo j é igual ao limite a.jrn que corresponde à taxa de códigos específica rn que resulta na capacidade ideal para o grupo j.
Como observado acima, cada grupo de canais de transmissão pode ser associado a um limite respectivo. Alternativamente, diversos grupos podem compartilhar o mesmo limite. Isto pode ser desejável, por exemplo, caso o mesmo esquema de codificação e modulação seja usado para diversas antenas transmissoras e a potência de transmissão disponível também seja dividida entre estas antenas transmissoras.
Nos esquemas acima descritos, o limite a é obtido com base na maior capacidade atingida com uma distribuição uniforme da potência de transmissão total disponível entre os canais de transmissão selecionados. Em alguns outros esquemas, o limite pode ser obtido com base em alguma outra condição e/ou medida.
Em determinados esquemas, o limite pode ser obtido com base em distribuição não uniforme da potência de transmissão total disponível entre os canais de transmissão selecionados. Como exemplo, um esquema de alocação de potência também pode ser obtido em que mais potência de transmissão é alocada para os melhores canais de transmissão, que pode melhorar a capacidade. Como outro exemplo, um esquema de alocação de potência pode ser obtido em que mais potência de transmissão é alocada para os canais de transmissão mais pobres (a um limite), que pode melhorar o desempenho caso os canais pobres limitarem o desempenho.
Podem ser obtidos diversos esquemas em que a potência de transmissão total disponível possa ser alocada não uniformemente, por exemplo, com base na distribuição de SNRs atingida para os canais de transmissão e os esquemas de codificação e modulação disponíveis (isto é, as taxas de códigos e esquemas de modulação disponíveis). Como um exemplo específico, os canais de transmissão disponíveis podem ser classificados com base em seus SNRs alcançados e particionados em diversos conjuntos. Os canais de transmissão no pior conjunto podem ser omitidos de serem usados, um primeiro percentual (isto é, x %) da potência de transmissão total disponível pode ser alocado aos canais de transmissão no segundo conjunto, um segundo percentual (isto é, y %) da potência de transmissão total disponível pode ser alocado aos canais de transmissão no terceiro conjunto e assim por diante. Em alguns esquemas, o limite pode ser selecionado para maximizar a capacidade atingida com base em alocação desigual de potência de transmissão.
Em outro esquema específico, o limite pode ser simplesmente uma SNR meta (fixa) específica, e todos os canais de transmissão que possuem SNRs recebidas maiores ou iguais à SNR meta é selecionada para uso, com a SNR recebida sendo baseada em alocação de potência de transmissão uniforme entre os melhores canais de transmissão.
Diversos outros esquemas de alocação de potência de transmissão também podem ser implementados e estão dentro do escopo da invenção.
Sistema de Comunicação de Múltiplos Canais A Figura 3 é um diagrama de um sistema de comunicação MIMO 300 capaz de implementar diversos aspectos e modalidades da invenção. 0 sistema 300 inclui um primeiro sistema 310 (por exemplo, a estação base 104 na Figura 1) em comunicação com um segundo sistema 350 (por exemplo, o terminal 106). O sistema 300 pode ser operado para empregar uma combinação de antena, freqüência e diversidade temporal para aumentar a eficácia espacial, melhorar o desempenho e aumentar a flexibilidade.
No sistema 310, a fonte de dados 312 provê dados (isto é, bits de informações) a um processador de dados de transmissão (TX) 314, que (1) codifica os dados de acordo com um esquema de codificação especifico, (2) intercala (isto é, reordena) os dados codificados com base em um esquema de intercalação específico, (3) mapeia os bits intercalados em símbolos de modulação para um ou mais canais de transmissão selecionados para uso para transmissão de dados. A codificação aumenta a confiabilidade da transmissão de dados. 0 intercalamento provê diversidade temporal para os bits codificados, permite que os dados sejam transmitidos com base em uma SNR média para os canais de transmissão selecionados, combate o desvanecimento e remove adicionalmente a correlação entre bits codificados usados para formar cada símbolo de modulação. O intercalamento pode prover adicionalmente diversidade de freqüência caso os bits codificados sejam transmitidos através de múltiplos subcanais de freqüência. Em um aspecto, a codificação, o intercalamento e/ou mapeamento de símbolos podem ser executados com base em sinais de controle providos por um controlador 334.
Um processador de canal de TX 320 recebe e demultiplexa os símbolos de modulação provenientes do processador de dados de TX 314 e provê um fluxo de símbolos de modulação para cada canal de transmissão selecionado, um símbolo de modulação por partição de tempo. O processador de canal de TX 320 pode precondicionar adicionalmente os símbolos de modulação para os canais de transmissão selecionados caso CSI completas estejam disponíveis.
Caso OFDM não seja empregada, o processador de canal de TX 320 provê um fluxo de símbolos de modulação ponderados para cada antena usada para transmissão de dados. E caso OFDM seja empregada, o processador de canal de TX 320 provê um fluxo de vetores de símbolo de modulação para cada antena usada para transmissão de dados. E caso processamento de CSI completas seja executado, o processador de canal de TX 320 provê um fluxo de símbolos de modulação precondicionados ou um fluxo de vetores de símbolo de modulação precondicionados para cada antena usada para transmissão de dados, dependendo de se OFDM é empregado. Cada fluxo é a seguir recebido e modulado por um modulador (MOD) respectivo 322 e transmitido através de uma antena associada 324.
No sistema receptor 350, diversas antenas receptoras 352 recebem os sinais transmitidos e provêem os sinais recebidos a demoduladores (DEMOD) respectivos 354. Cada demodulador 354 executa processamento complementar àquele executado no modulador 322. Os símbolos de modulação a partir de todos os demoduladores 354 são providos a um processador de canal/dados de recepção (RX) 356 e processados adicionalmente para recuperar os fluxos de dados transmitidos. O processador de canal/dados de RX 356 executa processamento complementar àquele executado pelo processador de dados de TX 314 e processador de canal de TX 320 e provê dados decodificados a um depósito de dados 360. O processamento pelo sistema receptor 350 é descrito em maiores detalhes abaixo.
Sistemas de Transmissão MIMO A Figura 4A é um diagrama de blocos de um sistema transmissor MIMO 310a, que é capaz de processar dados de acordo com uma modalidade da invenção. O sistema transmissor 310a é uma modalidade da parte transmissora do sistema 310 na Figura 3. O sistema 310a inclui (1) um processador de dados de TX 314a que recebe e processa bits de informações para prover símbolos de modulação e (2) um processador de canal de TX 320a que demultiplexa os símbolos de modulação para os canais de transmissão selecionados.
Na modalidade mostrada na Figura 4A, o processador de dados de TX 314a inclui um codificador 412, um intercalador de canal 414, um puncionador 416 e um elemento de mapeamento de símbolos 418. O codificador 412 recebe os bits de informações agregados a serem transmitidos e codifica os bits recebidos de acordo com um esquema de codificação especifico para prover bits codificados. 0 intercalador de canal 414 intercala os bits codificados com base em um esquema de intercalação especifico para prover diversidade. Em uma modalidade, a intercalação é executada tal que os bits transmitidos possam ser recuperados com base na SNR média dos canais de transmissão selecionados para uso. 0 puncionador 416 punciona (isto é, apaga) zero ou mais dos bits codificados intercalados para prover o número desejado de bits codificados. E o elemento de mapeamento de símbolos 418 mapeia os bits não puncionados em símbolos de modulação para os canais de transmissão selecionados.
Os dados piloto (por exemplo, os dados de padrão conhecido tal como uma seqüência toda de zeros ou toda de uns) também podem ser multiplexados com os bits de informações processados. Os dados piloto podem ser transmitidos (por exemplo, em uma forma multiplexada por divisão de tempo (TDM - Time Division Multiplexed)) em um subconjunto de, ou todos os canais de transmissão selecionados, ou em um subconjunto de, ou todos os canais de transmissão disponíveis. Os dados piloto também podem ser transmitidos em uma forma multiplexada por divisão de código (CDM - Code Division Multiplexed) junto com os dados codificados em todos ou um subconjunto dos canais de transmissão. Os dados piloto podem ser usados no receptor para executar estimação de canal e demodulação, como descrito abaixo.
Como mostrado na Figura 4A, a codificação, intercalação e puncionamento de dados poder ser atingido com base em um ou mais sinais de controle de codificação, que identificam os esquemas de codificação, intercalação e puncionamento específicos a serem usados. 0 mapeamento de símbolos pode ser atingido com base em um sinal de controle de modulação que identifica o esquema de modulação específico a ser usado.
Em um esquema de codificação e modulação, a codificação é atingida mediante uso de um código de base fixa e ajuste do puncionamento para atingir a taxa de códigos desejada, por exemplo, conforme suportado pela SNR média dos canais de transmissão selecionados. O código base pode ser um código Turbo, um código convolucional, um código concatenado, ou algum outro código. 0 código base também pode ser de uma taxa específica (por exemplo, um código de taxa 1/3) . Para este esquema, o puncionamento pode ser efetuado após a intercalação de canal para atingir a taxa de código desejada. 0 elemento de mapeamento de símbolos 416 pode ser projetado para agrupar conjuntos de bits não puncionados para formar símbolos não binários e para mapear cada símbolo não binário em um ponto em uma constelação de sinais que correspondem ao esquema de modulação selecionado para uso para os canais de transmissão selecionados. O esquema de modulação pode ser QPSK, M-PSK, M-QAM ou algum outro esquema. Cada ponto de sinal mapeado corresponde a um símbolo de modulação. A codificação, intercalação, puncionamento e mapeamento de símbolos no sistema transmissor 310a podem ser executados com base em diversos esquemas. Um esquema específico é descrito no pedido de Patente americano de No. de série 09/776.075. 0 número de bits de informações que podem ser transmitidos para cada símbolo de modulação para um nível específico de desempenho (por exemplo, 1% de PER) é dependente da SNR recebida. Assim, o esquema de codificação e modulação para os canais de transmissão selecionados podem ser determinados com base nas características' dos canais (por exemplo, os ganhos de canal, as SNRs recebidas, ou alguma outra informação). A intercalação de canal também pode ser ajustada com base no sinal de controle de codificação. A Tabela 1 lista diversas combinações de taxa de codificação e esquema de modulação que pode ser usado para diversas faixas de SNR recebidas. A taxa de bits suportada para cada canal de transmissão pode ser atingida usando qualquer de diversas combinações possíveis de taxa de codificação e esquema de modulação. Como exemplo, um bit de informação por símbolo de modulação pode ser atingido usando (1) uma taxa de codificação de 1/2 e modulação QPSK, (2) uma taxa de codificação de 1/3 e modulação 8-PSK, (3) uma taxa de codificação de 1/4 e 16-QAM, ou alguma outra combinação de taxa de codificação e esquema de modulação. Na Tabela 1, QPSK, 16-QAM e 64-QAM são usados para as faixas de SNR listadas. Outros esquemas de modulação tal como 8-PSK, 32-QAM, 128-QAM, e assim por diante, também podem ser usados e estão dentro do escopo da invenção. TABELA 1 Os símbolos de modulação a partir do processador de dados de TX 314a são providos ao processador de canal de TX 320a, que é uma modalidade do processador de canal de TX 320 na Figura 3. Dentro do processador de canal de TX 320a, um demultiplexador 424 recebe e demultiplexa os símbolos de modulação em diversos fluxos de símbolos de modulação, um fluxo para cada canal de transmissão selecionado para uso. Cada fluxo de símbolos de modulação é a seguir provido a um modulador 322 respectivo. Caso a OFDM seja empregada, os símbolos de modulação em cada partição de tempo para todos os subcanais de freqüência selecionados de cada antena transmissora são combinados em um vetor de símbolos de modulação. Cada modulador 322 converte os símbolos de modulação (para um sistema sem OFDM) ou os vetores de símbolos de modulação (para um sistema com OFDM) em um sinal analógico e adicionalmente amplifica, filtra, modula em quadratura e converte ascendentemente (upconverts) o sinal para gerar um sinal modulado adequado para transmissão através do link sem fio. A Figura 4B é um diagrama de blocos de um sistema transmissor MIMO 310b, que é capaz de processar dados de acordo com outra modalidade da invenção. 0 sistema transmissor 310b é outra modalidade da parte transmissora do sistema 310 na Figura 3 e inclui um processador de dados de TX 314b e um processador de canal de TX 320b.
Na modalidade mostrada na Figura 4B, o processador de dados de TX 314b inclui o codificador 412, o intercalador de canal 414, o elemento de mapeamento de símbolos 418. O codificador 412 recebe e codifica os bits de informações agregadas de acordo com um esquema de codificação específico para prover bits codificados. Ά codificação poder ser atingida com. base em um código específico e taxa de códigos selecionados pelo controlador 334, como identificado pelos sinais de controle de codificação. Nesta modalidade, o puncionamento e/ou repetição de bits (caso exista algum), é efetuado pelo codificador 412. O intercalador de canal 414 intercala os bits codificados e o elemento de mapeamento de símbolos 418 mapeia os bits intercalados em símbolos de modulação para os canais de transmissão selecionados.
Na modalidade mostrada na Figura 4B, o sistema transmissor 310b é capaz de precondicionar os símbolos de modulação com base nas CSI completas. Dentro do processador de canal de TX 320b, ' um processador MIMO 422 demultiplexa os símbolos demodulação em diversos (até Nc) fluxos de símbolos de modulação, um fluxo para cada subcanal espacial (isto é, modo próprio) usado para transmitir os símbolos de modulação. Para processamento de CSI completas, o processador MIMO 422 a seguir precondiciona os (até Nc) símbolos de modulação em cada partição de tempo para gerar NT símbolos de modulação precondicionados, como a seguir: Eq (24) em que: são respectivamente os símbolos de modulação para os subcanais espaciais 1, 2, Nc; eij são elementos de uma matriz de vetor próprio (eigenvector) E relacionada às características de transmissão a partir das antenas transmissoras para as antenas receptoras; e são símbolos de modulação precondicionados, que podem ser expressos como: A matriz de vetor próprio E pode ser computada pelo transmissor ou ser provida ao transmissor (por exemplo, pelo receptor).
Para processamento de CSI completas, cada símbolo de modulação precondicionado, x±r para uma antena transmissora específica i representa uma combinação linear dos símbolos de modulação para até Nc subcanais espaciais. Para cada partição de tempo, os (até) NT símbolos de modulação precondicionados gerados pelo processador MIMO 422 são demultiplexados pelo demultiplexados 424 e providos a (até) NT moduladores 322. Cada modulador 322 converte os símbolos de modulação precondicionados (para um sistema sem OFDM) ou os vetores de símbolos de modulação precondicionados (para um sistema com OFDM) em um sinal modulado adequado para transmissão através do link sem fio. A Figura 4C é um diagrama de blocos de um sistema de transmissão MIMO 310c, que utiliza OFDM e é capaz de processamento de dados de acordo com ainda outra modalidade da invenção. 0 sistema transmissor 310c é outra modalidade da parte transmissora do sistema 310 na Figura 3 e inclui um processador de dados de TX 314c acoplado a um processador de canal de TX 320c. O processador de dados de TX 314c pode ser operado para codificar e modular independentemente dados para cada grupo de canais de transmissão com base em um esquema de codificação e modulação específico selecionado para o grupo. Cada grupo pode corresponder a uma antena transmissora e os canais de transmissão em cada grupo podem corresponder aos subcanais de freqüência para as antenas transmissoras.
Na modalidade mostrada na Figura 4C, o processador de dados de TX 314c inclui diversos processadores de dados de subcanal espacial 410a até 410t, um processador de dados 410 para cada grupo de canais de transmissão a serem codificados e modulados independentemente. Cada processador de dados 410 inclui o codificador 412, o intercalador de canal 414, o elemento de mapeamento de símbolos 418. Estes elementos de processador de dados 410 operam para codificar os bits de informações para um grupo sendo processado pelo processador de dados, intercalar os bits codificados e mapear os bits intercalados para gerar os símbolos de modulação. Como mostrado na Figura 4C, o controle da codificação e da modulação pode ser provido individualmente para cada grupo.
Os símbolos de modulação de cada processador de dados 410 são providos a um combinador respectivo 434 dentro do processador de canal de TX 320c. Caso cada grupo inclua os subcanais de freqüência selecionados para uma antena transmissora específica, o combinador 434 combina os símbolos de modulação para os subcanais de freqüência selecionados para formar um vetor de símbolos de modulação para cada partição de tempo, que é a seguir provido a um modulador respectivo 322. 0 processamento por cada modulador 322 para gerar um sinal modulado é descrito abaixo. A Figura 4D é um diagrama de blocos de um sistema de transmissão MIMO 310d, que também utiliza OFDM e é capaz de processar dados de acordo com ainda outra modalidade da invenção. Nesta modalidade, os canais de transmissão para cada subcanal de freqüência pode ser processado independentemente. Dentro de um processador de dados de TX 314c, os bits de informações a serem transmitidos são demultiplexados por um demultiplexador 428 em diversos (até Nf) fluxos de dados de subcanal de freqüência, um fluxo para cada um dos subcanais de freqüência a ser usado para transmissão de dados. Cada fluxo de dados de subcanal de freqüência é provido a um processador de dados de subcanal de freqüência respectivo 430.
Cada processador de dados 430 processa dados para um subcanal de freqüência respectivo do sistema OFDM. Cada processador de dados 4 30 pode ser implementado de modo semelhante ao processador de dados de TX 314a na Figura 4A, o processador de dados de TX 314b mostrado na Figura 4B, ou algum outro projeto. Em uma modalidade, o processador de dados 430 demultiplexa o fluxo de dados de subcanal de freqüência em diversos subfluxos de dados, um subfluxo de dados para cada subcanal espacial selecionado para uso para o subcanal de freqüência. Cada subfluxo de dados é a seguir codificado, intercalado e mapeado em símbolos para gerar símbolos de modulação ponderados para subfluxos de dados. A codificação e modulação para cada fluxo de dados de subcanal de freqüência ou cada subfluxo de dados pode ser ajustado com base nos sinais de controle de codificação e modulação. Cada processador de dados 430 provê, desta forma, até Nc fluxos de símbolos de modulação ponderados para até Nc subcanais espaciais selecionados para uso para o subcanal de freqüência.
Para um sistema MIMO que utiliza OFDM, os símbolos de modulação podem ser transmitidos em múltiplos subcanais de freqüência e a partir de múltiplas antenas transmissoras. Dentro de um processador MIMO 320d, os até Nc fluxos de símbolos de modulação a partir de cada processador 430 são providos a um processador espacial de subcanal respectivo 432, que processa os símbolos de modulação recebidos com base no controle de canal e/ou as CSI disponíveis. Cada processador espacial 432 pode simplesmente implementar um demultiplexador (tal como aquele mostrado na Figura 4A) caso processamento de CSI completas não seja executado, ou pode implementar um processador MIMO seguido por um demultiplexador (tal como aquele mostrado na Figura 4B) caso processamento de CSI completas seja executado. Para um sistema MIMO que utiliza OFDM, o processamento de CSI completas (isto é, precondicionamento) pode ser executado em cada subcanal de freqüência.
Cada processador espacial de subcanal 432 demultiplexa os até Nc símbolos de modulação para cada partição de tempo em até NT símbolos de modulação para as antenas transmissoras selecionadas para uso para aquele subcanal de freqüência. Para cada antena transmissora, um combinador 434 recebe os símbolos de modulação para até NL subcanais de freqüência selecionados para uso para aquela antena transmissora, combina os símbolos para cada partição de tempo em um vetor de símbolos de modulação V e provê o vetor de símbolos de modulação ao próximo estágio de processamento (isto é, um modulador respectivo 322).
Um processador MIMO de canal de TX 320d recebe e processa, desta forma, os símbolos de modulação para prover até NT vetores de símbolos de modulação, Vi até VMt, um vetor de símbolos de modulação para cada antena transmissora selecionada para uso para transmissão de dados. Cada vetor de símbolos de modulação V cobre uma única partição de tempo e cada elemento do vetor de símbolos de modulação V está associado a um subcanal de freqüência específico que possui uma única subportadora no qual o símbolo de modulação é transportado. A Figura 4D também mostra uma modalidade do modulador 322 para OFDM. Os vetores de símbolos de modulação Vx a VNt a partir do processador de canal de TX 320d são providos aos moduladores 322a a 322t, respectivamente. Na modalidade mostrada na Figura 4D, cada modulador 322 inclui uma transformada de Fourier rápida inversa (IFFT - Inverse Fast Fourier Transform) 440, um gerador de prefixos cíclicos 442 e um upconverter 444. A IFFT 440 converte cada vetor de símbolos de modulação recebidos em suas representações no domínio do tempo (que é designado como um símbolo OFDM) usando IFFT. A IFFT 440 pode ser projetada para executar a IFFT em qualquer número de subcanais de freqüência (por exemplo, 8, 16, 32, . .., NF). Em uma modalidade, para cada vetor de símbolos de modulação convertidos em um símbolo OFDM, o gerador de prefixos cíclicos 442 repete uma parte da representação no dominio do tempo do simbolo OFDM para forma um "símbolo de transmissão" para uma antena transmissora específica. 0 prefixo cíclico assegura que o símbolo de transmissão retém suas propriedades ortogonais na presença de espalhamento de retardo de multipercurso, melhorando assim o desempenho contra efeitos de percurso danosos. A implementação da IFFT 440 e do gerador de prefixos cíclicos 442 é conhecida na técnica e não é descrita neste relatório em detalhe.
As representações no domínio do tempo de cada gerador de prefixos cíclicos 442 (isto é, os símbolos de transmissão para cada antena) são a seguir processador (isto é, convertidos em um sinal analógico, modulado, amplificado e filtrado) por um upconverter 444 para gerar um sinal modulado, que é a seguir transmitido a partir de uma antena respectiva 324. A modulação OFDM é descrita em maiores detalhes em um artigo intitulado "Multicarrier Modulation for Data Transmission: Na Idea Whose Time Has Come", por John A C. Bingham, Revista de Comunicações IEEE, Maio de 1990, que é aqui incorporado como referência.
As Figuras 4A a 4D mostram quatro projetos de um transmissor MIMO capaz de implementar diversos aspectos e modalidades da invenção. A invenção também pode ser praticada em um sistema OFDM que não utiliza MIMO. Neste caso, os canais de transmissão disponíveis correspondem aos subcanais de freqüência do sistema OFDM. Em geral, as técnicas aqui descritas são aplicáveis a múltiplos canais de transmissão em paralelo suportados por MIMO, OFDM ou qualquer outro esquema de comunicação (por exemplo, um esquema CDMA) capaz de suportar múltiplos canais de transmissão em paralelo.
Diversos outros projetos de transmissor também são capazes de implementar várias técnicas inventivas aqui descritas e tais projetos também estão dentro do escopo da invenção. Alguns destes projetos de transmissor são descritos em maiores detalhes nos seguintes pedidos de patente, que são, todos de propriedade da Requerente da presente invenção e são aqui incorporados por referência: • Pedido de Patente americano de No. de série 09/776.075, descrito acima; • Pedido de Patente americano de No. de série 09/532.492, intitulado "HIGH EFFICIENCY, HIGH PERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIER MODULATION", depositado em 22 de março de 2000; • Pedido de Patente americano de No. de série 09/826.481, intitulado "METHOD AND APPARATUS FOR UTILIZING CHANNER STATE INFORMATION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM", depositado em 23 de março de 2001; • Pedido de Patente americano de No. de série 09/854.235, intitulado: "METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING DATA IN A MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT (MIMO) COMMUNICATION SYSTEM UTILIZING CHANNEL STATE INFORMATION", depositado em 11 de maio de 2001; e • Pedido de Patente americano de No. de série 09/860.274 e [protocolo de advogado No. 104-45.1], ambos intitulados "METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING DATA FOR TRANSMISSION IN A MULTI-CHANNEL COMMUNICATION SYSTEM USING SELECTIVE CHANNEL INVERSION", depositados em 17 de maio de 2001 e 14 de junho de 2001, respectivamente.
Estes pedidos de patente também descrevem processamento MIMO e processamento de CSI em maiores detalhes. A Figura 4C mostra uma modalidade em que dados para cada antena transmissora podem ser codificados e modulados separadamente com base em um esquema de codificação e modulação selecionado para aquela antena transmissora. De modo análogo, a Figura 4 D mostra uma modalidade em que os dados para cada subcanal de freqüência podem ser codificados e modulados independentemente com base em um esquema de codificação e modulação selecionado para aquele subcanal de freqüência. Em geral, todos os canais de transmissão disponíveis (por exemplo, todos os subcanais espaciais de todos os subcanais de freqüência) podem ser separados em qualquer número de grupos e cada grupo pode incluir qualquer número e tipo de canais de transmissão. Como exemplo, cada grupo pode incluir subcanais espaciais, subcanais de freqüência ou subcanais em ambos os domínios.
Sistemas Receptores MIMO A Figura 5 é um diagrama de blocos de um sistema receptor MIMO 350a capaz de receber dados de acordo com uma modalidade da invenção. 0 sistema receptor 350a é uma modalidade específica do sistema receptor 350 da Figura 3 e implementa uma técnica de processamento de receptor de cancelamento sucessivo para receber e recuperar os sinais transmitidos. Os sinais transmitidos a partir das (até) NT antenas transmissoras são recebidos por cada uma das NR antenas 352a a 352r e direcionadas a um demodulador (DEMOD) respectivo 354 (que também é designado como um processador front-end).
Cada demodulador 354 condiciona (por exemplo, filtra e amplifica) um sinal recebido respectivo, converte descendentemente (downconverts) o sinal condicionado para uma freqüência intermediária ou banda base e digitaliza o sinal convertido para prover amostras. Cada demodulador 354 pode demodular adicionalmente as amostras com um piloto recebido para gerar um fluxo de símbolos de modulação recebidos, que é provido a um processador de canal/dados de RX 356a.
Caso OFDM seja empregado para a transmissão de dados, cada demodulador 354 executa adicionalmente processamento complementar ao executado pelo modulador 322 mostrado na Figura 4D. Neste caso, cada demodulador 354 inclui um processador FFT (não é mostrado) que gera representações transformadas das amostras e provê um fluxo de vetores de símbolos de modulação. Cada vetor inclui até Nl símbolos de modulação para até NL subcanais de freqüêncía selecionados para uso e um vetor é provido para cada partição de tempo. Para um esquema de processamento de transmissão no qual cada subcanal de freqüência é processado independentemente (por exemplo, como mostrado na Figura 4D) , os fluxos de vetor de símbolos de modulação a partir dos processadores FFT para todos os NR demoduladores são providos a um demultiplexador (não mostrado na Figura 5), que "canaliza" o fluxo de vetor de símbolos de modulação a partir de cada processador FFT em até NL fluxos de símbolos de modulação que correspondem ao número de subcanais de freqüência usados para transmissão de dados. 0 demultiplexador provê a seguir, cada um dos até NL fluxos de símbolos de modulação a um processador MIMO/dados de RX 356a.
Para um sistema MIMO que não utiliza OFDM, um processador MIMO/dados de RX 356a pode ser usado para processar os NR fluxos de símbolos de modulação a partir das Nr antenas receptoras. Para um sistema MIMO que utiliza OFDM, um processador MIMO/dados de RX 356a pode ser usado para processar o conjunto dos NR fluxos de símbolos de modulação a partir das NR antenas receptoras para cada um dos até Nl subcanais de freqüência usados para transmissão de dados. Alternativamente, um único processador de canal/dados de RX 356a pode ser usado para processar separadamente o conjunto de fluxos de símbolos de modulação associados a cada subcanal de freqüência.
Na modalidade mostrada na Figura 5, o processador de canal/dados de RX 356a (que é uma modalidade do processador de canal/dados de RX 356 na Figura 3) inclui diversos estágios de processamento de receptor sucessivos (isto é, em cascata) 510, um estágio para cada um dos fluxos de dados transmitidos a serem recuperados pelo sistema receptor 350a. Em um esquema de processamento de transmissão, a transmissão de canal seletiva é aplicada a todos os canais de transmissão disponíveis. Neste caso, os canais de transmissão selecionados podem ser usados para transmitir um ou mais fluxos de dados, cada um dos quais pode ser codificado independentemente com o esquema de codificação comum. Em outro esquema de processamento de transmissão, a transmissão de canal seletiva é aplicada separadamente a cada antena transmissora. Neste caso, os canais de transmissão selecionados para cada antena transmissora podem ser usados para transmitir um ou mais fluxos de dados, cada um dos quais pode ser codificado independentemente com o esquema de codificação selecionado para aquela antena transmissora. Em geral, caso um fluxo de dados for codificado e transmitido independentemente em cada subcanal espacial, a técnica de processamento de receptor de cancelamento sucessivo pode ser usada para recuperar os fluxos de dados transmitidos. Para maior clareza, o processador de canal/dados de RX 356a é descrito para uma modalidade em que um fluxo de dados é codificado e transmitido independentemente em cada subcanal espacial de um dado subcanal de freqüência sendo processado pelo processador de dados 356a.
Cada estágio de processamento de receptor 510 (exceto pelo último estágio 510n) inclui um processador MIMO/dados de canal 520 acoplado a um cancelador de interferência 530, e o último estágio 510n inclui apenas o processador MIMO/dados de canal 520n. Para o primeiro estágio de processamento de receptor 510a, o processador MIMO/dados de canal 520a recebe e processa os NR fluxos de símbolos de modulação a partir dos demoduladores 354a a 354r para prover um fluxo de dados decodificado para o primeiro canal de transmissão (ou o primeiro sinal transmitido). Para cada um dentre o segundo ao último estágios 510b a 510n, o processador MIMO/dados de canal 520 para aquele estágio, recebe e processa os NR fluxos de símbolos modificados a partir do cancelador de interferência 520 no estágio precedente para obter um fluxo de dados decodificado para o canal de transmissão sendo processado por aquele estágio. Cada processador MIMO/dados de canal 520 provê adicionalmente CSI (por exemplo, a SNR recebida) para o canal de transmissão associado.
Para o primeiro estágio de processamento de receptor 510a, o cancelador de interferência 530a recebe os Nr fluxos de símbolos de modulação para todos os NR demoduladores 354. Para cada um dentre o segundo ao penúltimo estágios, o cancelador de interferência 530 recebe os NR fluxos de símbolos modificados a partir do cancelador de interferência no estágio precedente. Cada cancelador de interferência 520 também recebe o fluxo de dados decodificado a partir do processador MIMO/dados de canal 520 dentro do mesmo estágio, e executa o processamento (por exemplo, codificação, intercalação, modulação, resposta de canal, e assim por diante) para obter Nr fluxos de símbolos remodulados que são estimativas dos componentes de interferência nos fluxos de símbolos de modulação recebidos devido a este fluxo de dados decodificado.' Os fluxos de símbolos remodulados são a seguir subtraídos dos fluxos de símbolos de modulação recebidos para obter NR fluxos de símbolos modificados que inclui todos, exceto os componentes de interferência subtraídos (isto é, cancelados). Os NR fluxos de símbolos modificados são a seguir providos ao próximo estágio.
Como mostrado na Figura 5, o controlador 362 pode ser acoplado ao processador de canal/dados de RX 356a e ordenar várias etapas no processamento de receptor de cancelamento sucessivo executado pelo processador 356a. A Figura 5 mostra uma estrutura de receptor que pode ser usada de uma maneira direta quando cada fluxo de dados é transmitido através de uma antena transmissora respectiva (isto é, um fluxo de dados correspondento a cada sinal transmitido). Neste caso, cada estágio de processamento de receptor 510 pode ser operado para recuperar um dentre os sinais transmitidos destinados ao sistema receptor 350a e prover o fluxo de dados decodificado que corresponde ao sinal transmitido recuperado.
Para algum outro esquema de processamento de transmissão, um fluxo de dados pode ser transmitido através de múltiplas antenas transmissoras, subcanais de freqüência e/ou intervalos de tempo para prover diversidade espacial, de freqüência e temporal, respectivamente. Para estes esquemas, o processamento de receptor inicialmente obtém um fluxo de símbolos de modulação recebido para o sinal transmitido em cada antena transmissora de cada subcanal de freqüência. Os símbolos de modulação para múltiplas antenas transmissoras, subcanais de freqüência e/ou intervalos de tempo podem ser combinados e/ou multiplexados de uma forma complementar como a demultiplexação executada no sistema transmissor. 0 fluxo dos símbolos de modulação combinados é a seguir processado para prover os fluxos de dados decodificados correspondentes. A Figura 6A é um diagrama de blocos de uma modalidade do processador MIMO/dados de canal 520x, que é uma modalidade do processador MIMO/dados de canal 520 na Figura 5. Nesta modalidade, o processador MIMO/dados de canal 520x inclui (1) um processador de canal de RX 620 que processa os (até) NR fluxos de símbolo de modulação recebidos para prover um fluxo de símbolo de modulação recuperado que corresponde ao fluxo de dados sendo recuperado e (2) um processador de dados de RX 630 que decodifica o fluxo de símbolo de modulação recuperado para prover o fluxo de dados decodificado. O processador de canal de RX 620 inclui um processador espacial / espaço temporal 622, um seletor 624 e um processador CSI 626, e o processador de dados de RX 630 inclui um elemento de demodulação 632, um de-intercalador 634 e um decodificador 636.
Em uma modalidade, o processador espacial/espaço temporal 622 executa processamento espacial linear nos NR sinais recebidos (para um canal MIMO não dispersivo com desvanecimento achatado) ou processamento espaço temporal nos Nr sinais recebidos (para um canal MIMO dispersivo com desvanecimento seletivo em freqüência). O processamento espacial pode ser atingido usando técnicas de processamento espacial linear tal como uma técnica de inversão de matriz de correlação de canal (CCMI - Channel Correlation Matrix Inversion), uma técnica de erro médio quadrático mínimo (MMSE - Minimum Mean Square Error) e outras. Tais técnicas podem ser usadas para anular os sinais indesejados e/ou maximizar a SNR recebida para cada um dos sinais constituintes na presença de ruído e interferência a partir de outros sinais. 0 processamento espaço temporal pode ser atingido usando técnicas de processamento espaço temporais tais como um equalizador linear MMSE (MMSE-LE - MMSE Linear Equalizer) , um equalizador de feedback de decisão (DFE -Decision Feedback Equalizer) , um estimador de seqüência de máxima probabilidade (MLSE - Maximum Likelihood Sequence Estimator) e outras. As técnicas CCME, MMSE, MMSE-LE e DFE são descritas em maiores detelhes no pedido de patente acima mencionado de No. de série 09/854.235. As técnicas DFE e MLSE também são descritas em maiores detalhes por S. L. Ariyavistakul et al. no artigo intitulado "Optimum Space-Time Processors with Dispersive interference: Unified Analysis and Required Filter Span", IEEE Trans. on Communication, Vol. 7, No. 7, de julho de 1999 e aqui incorporado como referência. 0 processador de CSI 612 determina as CSI para cada um dos canais de transmissão usados para transmissão de dados. Como exemplo, o processador de CSI 626 pode estimar uma matriz de covariância de ruído com base nos sinais piloto recebidos e a seguir computar a SNR do k-ésimo canal de transmissão usado para o fluxo de dados a ser decodificado. A SNR pode ser estimada de modo semelhante aos sistemas de única e múltiplas portadoras auxiliadas por piloto convencional, conforme conhecido da técnica. As SNRs para todos dentre os canais de transmissão usados para transmissão de dados pode compreender as CSI que são reportadas de volta ao sistema transmissor. 0 processador de CSI 626 pode prover adicionalmente ao seletor 624 um sinal de controle que identifica o fluxo de dados específico a ser recuperado por este estágio de processamento receptor. 0 seletor 624 pode receber diversos fluxos de símbolos a partir do processador espacial/espaço temporal 622 e extrairá a seguir alguns ou todos os símbolos de modulação recebidos para prover o fluxo de símbolo de modulação recuperado que corresponde ao fluxo de dados a ser recuperado. A extração de símbolo para obter o fluxo de símbolo de modulação recuperado pode ser executado com base em um sinal de controle a partir do processador de CSI 626. 0 fluxo extraído de símbolos de modulação é a seguir provido ao processador de dados de RX 630.
Para a modalidade na qual o fluxo de dados para cada canal de transmissão é codificado e modulado independentemente com base em um esquema de codificação e modulação comum, os símbolos de modulação recuperados para os canais de transmissão selecionados são demodulados de acordo com um esquema de demodulação (por exemplo, M-PSK, M-QAM) que é complementar ao esquema de modulação comum usado para o canal de transmissão. Os dados demodulados provenientes do elemento de demodulação 632 é a seguir de- intercalado pelo de-intercalador 634 de uma forma complementar àquela executada pelo intercalador de canal e os dados de-intercalados são adicionalmente decodificados por um decodificador 636 de uma forma complementar àquela executada pelo codificador. Por exemplo, um decodificador Turbo ou um decodificador Viterbi podem ser usados para o decodificador 636 caso codificação Turbo ou convolucional, respectivamente, é executada no sistema transmissor. 0 fluxo de dados decodificado proveniente do decodificador 636 representa uma estimativa do fluxo de dados transmitido sendo recuperado. A Figura 6B é um diagrama de blocos de um cancelador de interferência 530x, que é uma modalidade do cancelador de interferência 530 da Figura 5. Dentro do cancelador de interferência 530x, o fluxo de dados decodificado a partir do processador MIMO/dados de canal 520 dentro do mesmo estágio é recodifiçado, intercalado e remodulado por um processador de dados de canal 628 para prover símbolos remodulados, que são estimativas dos símbolos de modulação no sistema transmissor antes do processamento MIMO e distorção de canal. 0 processador de dados de canal 628 executa o mesmo processamento (por exemplo, codificação, intercalação e modulação) conforme executado no sistema transmissor para o fluxo de dados. Os símbolos remodulados são a seguir providos a um simulador de canal 630, que processa os símbolos com a resposta de canal estimada para prover uma estimativa, i*, da interferência devido ao fluxo de dados decodificado. A estimativa de resposta de canal pode ser obtida com base no piloto e/ou dados transmitidos pelo sistema transmissor e, por exemplo, de acordo com as técnicas descritas no pedido de Patente americano acima mencionado de No. de série 09/854.235.
Os Nr elementos no vetor de interferência lk correspondem aos componentes do sinal recebido na NR antena receptora devido ao fluxo de símbolos transmitido na k-ésima antena. Cada elemento do vetor de interferência representa um componente estimado devido ao &-ésimo fluxo de dados decodificado no fluxo de símbolos de modulação recebidos correspondentes. Estes componentes são interferência para os fluxos de dados restantes (ainda não detectados) nos NR fluxos de símbolos de modulação recebidos (isto é, o vetor r*) , e são subtraídos (isto é, cancelados) do vetor de sinais recebido x_k por um somador 632 para prover um vetor de símbolo modificado rk+1 que possui os componentes do £-ésimo fluxo de dados decodificado removido. 0 vetor de símbolo modificado xk+1 é provido como o vetor de entrada ao próximo estágio de processamento de receptor, como mostrado na Figura 5.
Diversos aspectos do processamento de receptor de cancelamento sucessivo são descritos em detalhes adicionais no pedido de Patente americano de No. de série 09/954.235. A Figura 7 é um diagrama de blocos de um sistema receptor MIMO 350b capaz de suportar OFDM e receber dados de acordo com outra modalidade da invenção. Os sinais transmitidos provenientes de (até) NT antenas transmissoras são recebidos por cada uma das NR antenas 352a a 352r e direcionadas a um demodulador respectivo 354. Cada demodulador 354 condiciona, processa e digitaliza um sinal recebido respectivo para prover amostras, que são providas a um processador MIMO/dados de RX 356b.
Dentro do processador MIMO/dados de RX 356b, as amostras para cada antena receptora são providas a um processador FFT respectivo 710, que gera representações transformadas das amostras recebidas e provê um fluxo respectivo dos vetores de símbolos de modulação. Os NR fluxos do vetores de símbolos de modulação provenientes dos processadores FFT 710a a 710r são a seguir providos ao processador 720. O processador 720 primeiro demultiplexa o fluxo dos vetores de símbolos de modulação a partir de cada processador FFT 710 em até NP fluxos de símbolos de subcanal. O processador 720 pode a seguir executar processamento espacial ou processamento espaço temporal nos Nr fluxos de símbolos de subcanal de cada subcanal de freqüência para prover (até) NT fluxos de símbolos de modulação pós-processados.
Para cada fluxo de dados transmitido pelos múltiplos subcanais de freqüência e/ou múltiplos subcanais espaciais, o processador 720 recombina adicionalmente os símbolos de modulação pós-processados para todos os subcanais de freqüência e espaciais usados para transmissão dos fluxos de dados em um fluxo de símbolos de modulação recuperado, que é a seguir provido a um processador de fluxo de dados 730. Cada processador de fluxo de dados 730 recebe um fluxo específico de símbolos de modulação recuperados, executa demodulação, de-intercalação e decodificação complementar ao executado no fluxo na unidade transmissora e provê um fluxo de dados decodificado respectivo.
Os sistemas receptores que empregam a técnica de processamento de receptor de cancelamento sucessivo e aqueles que não empregam a técnica de processamento de receptor de cancelamento sucessivo podem ser usados para receber, processar e recuperar os fluxos de dados transmitidos. Alguns sistemas receptores capazes de processar sinais recebidos através de múltiplos canais de transmissão são descritos nos pedidos de Patente americanos acima mencionados de Nos. de série 09/532.492, 09/776.075, 09/826.481, 09/854.235 e 09/860.274.
Obtenção de CSI para o Sistema de Transmissão A transmissão seletiva de canal pode ser implementada de diversos modos e diversos tipos de CSI podem ser reportadas por um sistema receptor para um sistema transmissor. Em uma implementação, as características do link. de comunicação são determinadas no sistema receptor e usadas para selecionar os canais de transmissão e seus esquemas de codificação e modulação. A identidade dos canais de transmissão selecionados e esquemas de codificação e modulação compreendem as CSI que são enviadas de volta ao sistema transmissor e usadas para processar dados para transmissão. Em outra implementação, as características de link são determinadas no sistema receptor e compreendem as CSI que são providas ao sistema transmissor. 0 sistema transmissor usa a seguir as CSI reportadas para selecionar os canais de transmissão e esquemas de codificação e modulação.
As CSI que são reportadas pelo sistema receptor ao sistema transmissor podem assim compreender qualquer tipo de informação que seja indicativa (1) das características do link de comunicação, (2) dos canais de transmissão selecionados e seus esquemas de codificação e modulação, ou alguma outra informação ou qualquer combinação de tais. Diversos tipos e formas de informações podem ser providos como CSI, alguns exemplos dos quais estão descritos abaixo.
Em uma modalidade, as CSI compreendem uma indicação de todos os canais de transmissão que tenham sido selecionados para uso e uma indicação dos esquemas de codificação e modulação a serem usados. Em uma implementação específica, uma máscara de canal pode ser definida para incluir um bit para cada canal de transmissão que pode ser selecionado para uso. Antes de um transmissão de dados, os canais de transmissão disponíveis podem ser avaliados e selecionados no sistema receptor. 0 bit para cada canal de transmissão selecionado pode a seguir ser desabilitado (por exemplo, ajustado para nível lógico alto) e o bit para cada canal de transmissão desselecionado pode ser desabilitado (por exemplo, ajustado para nível lógico baixo). Em outra implementação, os canais de transmissão selecionados podem ser identificados pela codificação de comprimento de execução (run-length) ou algum outro tipo de codificação. Para um sistema OFDM (com ou sem MIMO), a correlação no domínio da freqüência pode ser explorada para permitir redução na quantidade de dados a serem realimentados para as CSI. Como exemplo, caso M subcanais de freqüência para um subcanal espacial específico seja selecionado para uso, o seguinte pode ser reportado (1) as identidades dos subcanais espaciais e o primeiro e último subcanais de freqüência selecionados, (2) as identidades dos subcanais espaciais e o primeiro subcanal de freqüência selecionado e M, (3) um código específico indicativo das identidades dos subcanais espaciais e primeiro subcanal de freqüência selecionado e M, ou (4) algum outro valor, código ou mensagem.
Em outra modalidade, as CSI compreendem um indicador de taxa de dados para cada fluxo de dados processado independentemente (isto é, codificado e modulado) . A qualidade de um grupo de um ou mais canais de transmissão a serem usados para transmissão de um fluxo de dados processado independentemente pode ser determinado inicialmente (por exemplo, com base nas SNRs estimadas para os canais de transmissão no grupo) e uma taxa de dados que corresponde à qualidade de canal determinada pode ser identificada (por exemplo, com base em uma tabela de consulta). A taxa de dados identificada é indicativa da taxa de dados máxima que pode ser transmitida para o fluxo de dados para o nível requerido de desempenho. A taxa de dados pode ser mapeada para, e representada por, um indicador de taxa de dados (DRI - Data Rate Indicator), que pode ser codificado eficazmente. Em uma implementação tipica, as estimativas de SNR são mapeadas diretamente no DRI com base, por exemplo, em uma tabela de consulta.
Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem um indicador do esquema de processamento especifico a ser usado no sistema transmissor para cada grupo de canais de transmissão selecionados ou cada fluxo de dados processado independentemente.
Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem a SNR ou ganho de canal estimado para cada canal de transmissão selecionado ou cada fluxo de dados processado independentemente. A SNR ou estimativa de ganho de canal pode ser quantizada para um valor que possui qualquer número de bits.
Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem informações de controle de potência para cada canal de transmissão selecionado, fluxo de dados, grupo ou canais de transmissão, ou qualquer outra unidade de transmissão. As informações de controle de potência podem incluir um único bit para cada unidade de transmissão para indicar uma requisição para mais potência ou menos potência, ou pode incluir múltiplos bits para indicar a magnitude da mudança no nível de potência requisitado. Uma requisição para mais potência de transmissão poderia indicar que a SNR recebida para os canais de transmissão associados foi degradada e uma requisição para menos potência de transmissão indicaria que a SNR recebida para os canais de transmissão associados melhorou. Em uma implementação, o sistema transmissor faz uso das informações de controle de potência recebidas a partir do sistema receptor para estimar a SNR dos canais de transmissão associados, determina quais canais de transmissão selecionar e seleciona os esquemas de codificação e modulação apropriados.
Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem um indicador diferencial para uma medida específica de qualidade para um canal de transmissão, um fluxo de dados, um grupo ou canais de transmissão, ou alguma outra unidade de transmissão. Inicialmente, a SNR ou o DRI ou alguma outra medida de gualidade para a unidade de transmissão é determinado e reportado como um valor de medida de referência. Por conseguinte, a monitoração da qualidade da unidade de transmissão continua e a diferença entre a última medida reportada e a medida atual é determinada. A diferença pode a seguir ser quantizada e mapeada em um indicador diferencial, que é a seguir reportado. 0 indicador diferencial pode indicar para aumentar ou reduzir a última medida reportada por um tamanho de etapa especifico (ou para manter a última medida reportada). A medida de referência pode ser transmitida periodicamente para assegurar que erros nos indicadores diferenciais e/ou recepção errônea destes indicadores não se acumulem.
Outros tipos e formas de CSI também podem ser usadas e estão dentro do escopo da invenção. Em geral, as CSI incluem informações suficientes em qualquer tipo e forma que possa ser usada para identificar um conjunto de canais de transmissão selecionados e seus esquemas de codificação e modulação. 0 processamento para obter certos tipos e formas de CSI (por exemplo, a máscara de canal, indicador de taxa de dados, indicador diferencial e assim por diante) com base em estimativas das características de canal podem ser executadas no sistema receptor por um controlador 362 mostrado na Figura 3.
As CSI podem ser obtidas com base nos sinais transmitidos a partir do sistema transmissor e recebidos nos sistemas de recepção. Em uma modalidade, as CSI são obtidas com base em uma referência piloto incluída nos sinais transmitidos. Apesar de dados poderem ser transmitidos apenas nos canais de transmissão selecionados, os dados piloto também podem ser transmitidos em canais de transmissão não selecionados para permitir aos sistemas receptores estimar as características de canal.
Em ainda outra modalidade, as CSI compreendem um ou mais sinais transmitidos a partir dos sistemas receptores para o sistema transmissor. Em alguns sistemas, um grau de correlação pode existir entre o link reverso e o link direto (por exemplo, sistemas por divisão de tempo duplexados (TDD - Time Division Duplexed) em que o link reverso e o link direto compartilham a mesma banda de freqüência de uma maneira multiplexada por divisão de tempo). Nestes sistemas, a qualidade do link reverso pode ser estimada (para um grau requerido de acuidade) com base na qualidade do link direto, e vice-versa, o que pode ser estimado com base nos sinais (por exemplo, sinais piloto) transmitidos a partir dos sistemas de receptor. Os sinais piloto representarão então, um meio pelo qual o sistema transmissor pode estimar as CSI como observado nos sistemas receptores. Para este tipo de CSI, nenhum relatório de características de canal é explicitamente necessário. As CSI para um sistema TDD é descrito em maiores detalhes no pedido de Patente americano de No. de série [protocolo de advogado No. PD000141] , intitulado "METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING DATA IN A TIME DIVISION DUPLEXED (TDD) COMMUNICATION SYSTEM", depositado em 22 de junho de 2001, de propriedade da Requente da presente invenção e aqui incorporada como referência. A qualidade de sinal pode ser estimada no sistema transmissor com base em diversas técnicas. Algumas destas técnicas são descritas nas seguintes patentes, que são de propriedade da Requerente da presente invenção e aqui incorporadas por referência: • Patente americana No. 5.799.005, intitulada "SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING RECEIVED PILOT POWER AND PATH LOSS IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM", concedida em 25 de agosto de 1998, • Patente americana No. 5.903.554, intitulada "METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LINK QUALITY IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM", concedida em 11 de maio de 1999, • Patentes americanas Nos. 5.056.109 e 5.265.119, ambas intituladas "METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM", concedidas respectivamente em 8 de outubro de 1991 e 23 de novembro de 1993, e • Patente americana No. 6.097.972, intitulada "METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING POWER CONTROL SIGNALS IN CDMA MOBILE TELEPHONE SYSTEM", concedida em 1 de agosto de 2000.
Os métodos para estimar um único canal de transmissão com base em um sinal piloto e/ou uma transmissão de dados também pode ser encontrada em diversos artigos disponíveis na técnica. Tal método de estimação de canal é descrito por F. Ling em um artigo intitulado "Optimal Reception, Performance Bound and Cutoff-Rate Analysis of References-Assisted Coherent CDMA Communications with Applications", IEEE Transaction On Communication, Outubro de 1999, e aqui incorporado como referência.
Diversos tipos de informações para CSI e diversos mecanismos de relatório de CSI também são descritos no pedido de Patente de No. de série 08/963.386, intitulado "METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION", depositado em 3 de novembro de 1997, de propriedade da Requerente da presente invenção e na "TIE/EIA/IS-856 CDMA2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification", ambos aqui incorporados como referência.
As CSI podem ser reportadas a partir do sistema receptor ao transmissor usando diversos esquemas de transmissão de CSI. Como exemplo, as CSI podem ser enviadas por completo, de modo diferencial ou em uma combinação de tais. Em uma modalidade, as CSI são reportadas periodicamente e atualizações diferenciais são enviadas com base nas CSI transmitidas anteriormente. Em outra modalidade, as CSI são enviadas apenas quando existe mudança (por exemplo, caso a mudança exceda um limite especifico) , que pode baixar a taxa eficaz do canal de feedback. Como exemplo, a máscara de canal ou as SNRs podem ser enviadas de volta (por exemplo, diferencialmente) apenas quando elas mudam. Outras técnicas de compressão e recuperação de erros de canal de feedback para reduzir a quantidade de dados a ser realimentada para as CSI também pode ser usada e está dentro do escopo da invenção.
Fazendo referência novamente à Figura 3, as CSI completas ou parciais, que podem compreender as características de canal estimadas pelo processador de canal/dados de RX 356 e/ou a indicação dos canais de transmissão selecionados e seus esquemas de codificação e modulação de terminados pelo controlador 362, é provido a um processador de dados de TX 364, que processa as CSI e provê dados processados a um ou mais moduladores 354. Os moduladores 354 condicionam adicionalmente os dados processador e transmitem as CSI de volta ao sistema transmissor 310 através de um canal reverso.
No sistema 310, o sinal de feedback transmitido é recebido pelas antenas 324, demodulado pelos demoduladores 322 e providos a um processador de dados de RX 332. O processador de dados de RX 332 executa processamento complementar ao executado pelo processador de dados de TX 362 e recupera as CSI reportadas, que são a seguir providas ao controlador 334. 0 controlador 334 utiliza as CSI reportadas para executar diversas funções incluindo (1) selecionar o conjunto de melhores canais de transmissão disponíveis em cada grupo para transmissão de dados, e (2) determinar o esquema de codificação e modulação a ser usado para cada grupo de canais de transmissão selecionados. O controlador 334 pode selecionar os canais de transmissão para atingir uma capacidade elevada ou, baseado em algum outro critério ou performance, pode determinar adicionalmente o limite usado para selecionar os canais de transmissão, como descrito acima.
As técnicas aqui descritas podem ser usadas para transmissão de dados no link direto a partir de uma estação base para um ou mais terminais e também pode ser usado para transmissão de dados no link reverso a partir de cada terminal para uma estação base. Para o link direto, o sistema transmissor 310 das Figuras 3 e 4a a 4D podem representar parte de uma estação base e o sistema receptor 350 das Figuras 3, 5 e 7 pode representar parte de um terminal. E para o link reverso, o sistema transmissor 310 . das Figuras 3 e 4A a 4D pode representar parte de um terminal e sistema receptor 350 das Figuras 3, 5 e 7 podem representar parte de uma estação base.
Os elementos dos sistemas transmissor e receptor podem ser implementados com um ou mais processadores de sinais digitais (DSP), circuitos integrados de aplicação específica (ASIC), processadores, microprocessadores, controladores, microcontroladores, rede de portas lógicas programável (FPGA), dispositivos lógicos programáveis, outras unidades eletrônicas ou qualquer combinação de tais. Algumas das funções e processamento descritos neste relatório também podem ser implementados com software executado em um processador. Certos aspectos da invenção também podem ser implementados com uma combinação de software e hardware. Como exemplo, as computações para determinar o limite α e para selecionar canais de transmissão podem ser executados com base em códigos de programa executados em um processador (controlador 334 ou 362 na Figura 3) .
Os subtítulos foram incluídos neste relatório por referência e para auxiliar na localização de determinadas seções. Tais subtítulos não pretendem limitar o escopo dos conceitos aqui descritos e tais conceitos podem Ter aplicabilidade em outras seções ao longo de todo o relatório descritivo. A descrição anterior das modalidades reveladas é fornecida para permitir que qualquer técnico na área crie ou faça uso da presente invenção. As várias modificações a essas modalidades serão prontamente aparentes aos técnicos na área, e os princípios gerais definidos aqui podem ser aplicados a outras modalidades sem partir do espírito ou escopo da invenção. Dessa forma, a presente invenção não deve ser limitada às modalidades mostradas neste relatório mas deve ser acordado o escopo mais amplo consistente com os princípios e características de novidade descritas aqui.
REIVINDICAÇÕES

Claims (17)

1. Método para selecionar canais de transmissão em um sistema de comunicação de múltiplos canais (200, 300) para uso para transmissão de dados, caracterizado pelo fato de que compreende: definir (250) um conjunto de taxas de códigos (rn) , em que cada taxa de códigos é selecionável para codificação de dados antes da transmissão (258); definir (250) um conjunto de valores de referência (Zn) , em que cada valor de referência corresponde a uma taxa de códigos respectiva e é indicativa da relação sinal / ruído mais interferência (SNR) alvo requerida para um nível de desempenho específico na taxa de códigos correspondente; para cada taxa de códigos, identificar (258) um ou mais canais de transmissão para possível uso para transmissão de dados, em que um ou mais canais de transmissão identificados atingem o valor de referência que corresponde à taxa de códigos quando a potência total de transmissão disponível é distribuída entre os um ou mais canais de transmissão identificados de acordo com um esquema de alocação definido, e determinar (266) uma medida de desempenho para a taxa de códigos com base em um ou mais canais de transmissão identificados e na potência de transmissão alocada; e selecionar os canais de transmissão identificados associados à taxa de códigos que possui uma maior medida de desempenho para uso para transmissão de dados.
2. Método, de acordo com. a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cpae o esquema de alocação definido distribui uniformemente a potência total de transmissão entre os um ou mais canais de transmissão selecionados.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a medida de desempenho para cada taxa de códigos é uma capacidade de transmissão total alcançável pelos canais de transmissão identificados.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a potência total de transmissão disponível para cada grupo é alocada de modo igual entre os um ou mais cariais de transmissão selecionados no grupo.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a potência total de transmissão disponível para cada grupo é alocada de modo não uniforme entre os um ou mais canais de transmissão selecionados no grupo.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a maior quantidade de potência de transmissão é alocada para canais de transmissão capazes de atingir desempenho mais elevado.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: intercalar os dados para cada grupo de acordo com um esquema de intercalação.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de g~ue os dados para cada grupo são intercalados por todos os canais de transmissão selecionados no grupo.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os um ou mais canais de transmissão em cada grupo são selecionados adicionalmente com base em um limite.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o limite para cada grupo ê selecionado para prover capacidade de transmissão elevada para os canais de transmissão selecionados no grupo.
11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o limite para cada grupo é selecionado para prover uma capacidade de transmissão maior possível para os canais de transmissão disponíveis no grupo.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação de múltiplos canais é um sistema de modulação por divisão de frequência ortogonal (OFDM), e em que a pluralidade de canais de transmissão correspondem a uma pluralidade de subcanais de frequência.
13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação de múltiplos canais é um sistema de comunicação de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), e em que a pluralidade de canais de transmissão correspondem a uma pluralidade de subcanais espaciais de um canal MIMO.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação MIMO utiliza OFDM, e em que a pluralidade de canais de transmissão correspondem a um pluralidade de subcanais espaciais de um pluralidade de subcanais de frequência.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que cada grupo corresponde a uma antena transmissora respectiva e inclui uma pluralidade de canais de transmissão que corresponde a uma pluralidade de subcanais de frequência.
16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de gue, para cada grupo, canais de transmissão que possuem SNRs maiores ou iguais a um limite de SNR especifico são selecionados.
17. Equipamento para selecionar canais de transmissão em um sistema de comunicação de múltiplos canais (200, 300) para uso para transmissão de dados, caracterizado pelo fato de que compreende: dispositivos para definir um conjunto de taxas de códigos {rri), em que cada taxa de códigos é selecionável para codificação de dados antes da transmissão {258); dispositivos definir um conjunto de valores de referência (Zf5) , em que cada valor de referência corresponde a uma taxa de códigos respectiva e é indicativa da relação sinal / ruído mais interferência (SNR) alvo requerida para um nível de desempenho específico na taxa de códigos correspondente; dispositivos para identificar, para cada taxa de códigos, um ou mais canais de transmissão para possível uso para transmissão de dados, em que um ou mais canais de transmissão identificados atingem o valor de referência que corresponde à taxa de códigos quando a potência total de transmissão disponível é distribuída entre os um ou mais canais de transmissão identificados de acordo com um esquema de alocação definido, e dispositivos para determinar, para cada taxa de códigos, uma medida de desempenho para a taxa de códigos com base em um ou mais canais de transmissão identificados e na potência de transmissão alocada; e selecionar os canais de transmissão identificados associados à taxa de códigos que possui uma maior medida de desempenho para. uso para transmissão de dados.
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